Medial Support Nagel und Proximaler Femurnagel Antirotation in der Behandlung von Reverse-Obliquity-Intertrochanterischen Frakturen (Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen/Orthopädische Traumatologie 31-A3.1): Eine Finite-Elemente-Analyse
Einleitung
Proximale Femurfrakturen, insbesondere intertrochanterische Frakturen, haben aufgrund der alternden Bevölkerung zunehmend an Bedeutung gewonnen. Bis zum Jahr 2050 wird geschätzt, dass jährlich 6,3 Millionen Hüftfrakturen auftreten werden. Unter diesen stellen reverse-obliquity intertrochanterische Frakturen (AO/OTA 31-A3.1) eine besondere Herausforderung dar, da sie durch ihre spezifischen mechanischen Eigenschaften gekennzeichnet sind. Im Gegensatz zu typischen intertrochanterischen Frakturen betreffen reverse-obliquity Frakturen sowohl die mediale als auch die laterale Wand des Femurs, was zu einer schlechten Stabilität führt. Diese Instabilität führt häufig zu Komplikationen wie dem Verlust der Frakturreduktion, Implantatversagen und der Notwendigkeit einer sekundären Stabilisierung.
Die intramedulläre Nagelung hat sich als Goldstandard für die Behandlung von intertrochanterischen Frakturen etabliert, insbesondere bei osteoporotischem Knochen. Konventionelle intramedulläre Nägel wie der proximale Femurnagel Antirotation (PFNA-II) sind jedoch bei reverse-obliquity Frakturen weniger effektiv, da sie die mediale Femurstützstruktur nicht rekonstruieren können. Studien haben gezeigt, dass 40 % der Patienten postoperativ einen Verlust der Frakturreduktion erleiden und einige eine zusätzliche Stabilisierung benötigen, um eine Heilung zu erreichen. Die mediale Femurwand spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stabilität, und ihre Abwesenheit führt häufig zu Komplikationen wie der medialen Migration des Femurs, Coxa vara und Cut-out.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurde ein neuartiger intramedullärer Nagel, der Medial Support Nagel (MSN-II), entwickelt. Der MSN-II basiert auf dem Konzept einer „triangulären stabilen Struktur“, die die Rekonstruktion der medialen Abstützung, der lateralen Wand und der superioren Wand des proximalen Femurs umfasst. Erste Finite-Elemente-Analysen und biomechanische Tests haben gezeigt, dass der MSN-II im Vergleich zum PFNA-II eine bessere Stabilität bietet. Diese Studie zielt darauf ab, die biomechanische Leistung des MSN-II und des PFNA-II bei der Behandlung von reverse-obliquity intertrochanterischen Frakturen mithilfe der Finite-Elemente-Analyse zu vergleichen.
Methoden
Die Studie wurde mithilfe der Finite-Elemente-Analyse durchgeführt, um die biomechanische Leistung des MSN-II und des PFNA-II bei der Behandlung von AO/OTA 31-A3.1 Frakturen zu vergleichen. Ein dreidimensionales Modell des Femurs und der beiden intramedullären Nägel wurde mit Modellierungssoftware erstellt. Das Frakturmodell basierte auf Computertomographie (CT)-Scans einer 70-jährigen Freiwilligen, und das AO/OTA 31-A3.1 Frakturmuster wurde durch die Erstellung einer Osteotomieebene in einem Winkel von 60° zur Sagittalebene oberhalb des kleinen Trochanters simuliert.
Die Finite-Elemente-Modelle wurden mit der Software HyperMesh erstellt, und die Analyse wurde mit der Software Abaqus durchgeführt. Die Materialeigenschaften des Femurs und der intramedullären Nägel wurden als homogen und isotrop definiert, wobei der Femur als kortikaler und spongiöser Knochen und die Nägel als Titanlegierung modelliert wurden. Reibungskontaktinteraktionen wurden zwischen Knochen und Implantat angenommen, mit Reibungswerten von 0,46, 0,23 und 0,30 für Knochen-Knochen-, Implantat-Implantat- und Knochen-Implantat-Interaktionen.
Die Modelle wurden verschiedenen Kraftlasten im Bereich von 300 N bis 2100 N ausgesetzt, um Teil- bis Vollbelastungsbedingungen zu simulieren. Die Richtung der Kraft wurde auf 10° Adduktion in der Koronalebene und 9° posteriorer Neigung in der Sagittalebene festgelegt. Das distale Ende des Femurs wurde als Festlager fixiert. Die Finite-Elemente-Analyse verglich Parameter wie die maximale Spannung am Femur und Implantat sowie die Verschiebung der Frakturstelle.
Ergebnisse
Die Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse zeigten, dass der MSN-II im Vergleich zum PFNA-II eine bessere biomechanische Stabilität bei der Behandlung von reverse-obliquity intertrochanterischen Frakturen bietet.
Spannungsverteilung
Die maximale Spannung am Femur und der Spiralklinge stieg mit der aufgebrachten Last in beiden Modellen an. Die Spannung im PFNA-II-Modell war jedoch durchgehend höher als im MSN-II-Modell. Bei einer Körpergewichtslast von 600 N betrug die maximale Spannung am Femur 581 MPa für den PFNA-II und 443 MPa für den MSN-II. Ebenso betrug die maximale Spannung an der Spiralklinge 291 MPa für den PFNA-II und 241 MPa für den MSN-II. Bei der maximalen Gewichtsbelastung von 2100 N erreichte die maximale Spannung am Femur 1988 MPa für den PFNA-II und 1508 MPa für den MSN-II. Die Spannung an der Spiralklinge betrug 1305 MPa für den PFNA-II und 827 MPa für den MSN-II.
Die Spannungskonzentration im PFNA-II-Modell befand sich hauptsächlich medial des Nagels und an der Verbindung zwischen der Spiralklinge und dem Nagel. Im Gegensatz dazu zeigte das MSN-II-Modell eine gleichmäßigere Spannungsverteilung, wobei die Stützschraube die Spannungskonzentration in der Spiralklinge reduzierte.
Verschiebung der Frakturstelle
Die Verschiebung der Frakturstelle nahm mit der aufgebrachten Last in beiden Modellen zu. Die Verschiebung im PFNA-II-Modell war jedoch durchgehend größer als im MSN-II-Modell. Bei einer Körpergewichtslast von 600 N betrug die maximale Verschiebung der Frakturstelle 0,48 mm für den PFNA-II und 0,36 mm für den MSN-II. Bei der maximalen Gewichtsbelastung von 2100 N stieg die Verschiebung auf 1,47 mm für den PFNA-II und 1,16 mm für den MSN-II.
Diskussion
Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, dass der MSN-II im Vergleich zum PFNA-II eine überlegene biomechanische Stabilität bei der Behandlung von reverse-obliquity intertrochanterischen Frakturen bietet. Das Design des MSN-II, das eine Stützschraube zur Rekonstruktion der medialen Femurstützung beinhaltet, reduziert das Risiko von Komplikationen wie der medialen Migration des Femurs, Coxa vara und Cut-out.
Die trianguläre stabile Struktur des MSN-II rekonstruiert effektiv die mediale Abstützung, die laterale Wand und die superiore Wand des proximalen Femurs und bietet somit eine verbesserte Stabilität. Die Stützschraube verhindert nicht nur das Gleiten des Kopf-Hals-Fragments entlang der Frakturlinie, sondern reduziert auch die Spannungskonzentration in der Spiralklinge, wodurch das Risiko eines Implantatversagens verringert wird.
Im Gegensatz dazu fehlt dem PFNA-II die Fähigkeit, die mediale Femurstützung zu rekonstruieren, was zu höheren Spannungskonzentrationen im Femur und Implantat führt. Diese erhöhte Spannung trägt zu einem höheren Risiko von Komplikationen bei, einschließlich Frakturverschiebung und Implantatversagen.
Die Studie unterstreicht auch die Bedeutung eines sorgfältigen postoperativen Belastungsmanagements bei Patienten mit reverse-obliquity intertrochanterischen Frakturen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine frühe Mobilisierung mit Vollbelastung die Spannung am Femur und Implantat erhöht, was zu einer Frakturverschiebung und einem Implantatversagen führen kann. Daher wird eine minimale Belastung in der frühen postoperativen Phase empfohlen, um Komplikationen zu vermeiden.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend bietet der MSN-II signifikante biomechanische Vorteile gegenüber dem PFNA-II bei der Behandlung von reverse-obliquity intertrochanterischen Frakturen. Seine trianguläre stabile Struktur bietet eine verbesserte Stabilität und reduziert das Risiko von Komplikationen wie der medialen Migration des Femurs, Coxa vara und Cut-out. Der MSN-II ist eine vielversprechende Option für die Behandlung von reverse-obliquity intertrochanterischen Frakturen und verdient weitere klinische Untersuchungen.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001031