Biomechanische Untersuchungen zur Frakturversorgung

Frakturen im Allgemeinen erfordern oft eine Stabilisierung durch Osteosynthesen. Dies können Platten, Schrauben, Drähte oder Kombinationen aus unterschiedlichen Verfahren sein. Welche Stabilisierungstechnik Vorteile für die Frakturversorgung im Hinblick auf die biomechanische Stabilität gewährleistet, testen wir in verschiedenen Projekten in unserem Labor.

Hierfür werden zunächst die gewünschten Frakturen simuliert (Bild 1: Simulation einer Fraktur des äußeren Schienbeinplateaus). Als Testmodelle stehen uns menschliche Knochen von Körperspendern, Tierknochen, zum Beispiel vom Schwein, oder künstliche Knochenmodelle zur Verfügung. Ist es gelungen, den gewünschten Frakturtyp zu produzieren, wird die Fraktur anatomisch eingerichtet und analog zur klinischen Frakturversorgung stabilisiert.

Anschließend werden die Knochen in einer Materialprüfmaschine einer biomechanischen Stabilitätsprüfung unterzogen. Das Testprotokoll bildet dabei die Kräfte ab, die im Menschen am Knochen durch Belastung und Muskelzug auftreten. Nach der Belastungsprüfung werden Unterschiede zwischen den verschiedenen Stabilisierungstechniken im Hinblick auf Auslockerung des Implantates, Schraubenausrisse und Maximalkräfte analysiert.

Auf diese Weise lassen sich Vor- und Nachteile unterschiedlicher Osteosyntheseverfahren aufdecken und Rückschlüsse auf die patientenbezogene Frakturversorgung ziehen.

Collage Simulation an der Materialprüfmaschine — Zur biomechanischen Analyse unterschiedlicher Stabilisierungstechniken werden Frakturen zunächst an tierischen, humanen oder Kunstknochen simuliert und anschließend wie im Operationsraum anatomisch eingerichtet. Anschließend erfolgt eine Stabilisierung über verschiedene Techniken und eine Belastung in einer Materialprüfmaschine, die die physiologisch auf den Knochen einwirkenden Kräfte simuliert. Gezeigt werden hier Beispiele an Schienbeinkopffrakturen, Beckenringfrakturen und an der körpernahen Elle.

Ausgewählte Publikationen

Hoelscher-Doht S, Zufall N, Heilig M, Heilig P, Paul MM, Meffert RH 2023
"Mother and baby plate": a strategy to improve stability in proximal fractures of the ulna. Arch Orthop Trauma Surg. 2023 Jul 17. doi: 10.1007/s00402-023-04979-8. Epub ahead of print. PMID: 37460845.

Jordan MC, Jäckle V, Scheidt S, Gilbert F, Hölscher-Doht S, Ergün S, Meffert RH, Heintel TM (2021)
Trans-obturator cable fixation of open book pelvic injuries.
Sci Rep. 2021 Jun 29;11(1):13463. doi: 10.1038/s41598-021-92755-2.

Hoelscher-Doht S, Kladny AM, Paul MM, Eden L, Buesse M, Meffert RH (2021)
Low-profile double plating versus dorsal LCP in stabilization of the olecranon fractures.
Arch Orthop Trauma Surg. 2021 Feb;141(2):245-251.

Fuchs KF, Heilig P, McDonogh M, Boelch S, Gbureck U, Meffert RH, Hoelscher-Doht S*, Jordan MC* (2020)
Cement-augmented screw fixation for calcaneal fracture treatment: a biomechanical study comparing two injectable bone substitutes.
J Orthop Surg Res. 2020 Nov 14;15(1):533.

Jordan MC, Brems AC, Heintel T, Jansen H, Hoelscher-Doht S, Meffert RH (2019)
The Anterior Subcutaneous Pelvic Ring Fixator: No Biomechanical Advantages Compared with External Fixation.
J Bone Joint Surg Am. Oct 2;101(19):1724-1731. doi: 10.2106/JBJS.18.01363.

Jordan MC, Fuchs K, Heintel TM, Jansen H, Hoelscher-Doht S, Meffert RH (2018)
Are Variable-Angle Locking Screws Stable Enough to Prevent Calcaneal Articular Surface Collapse? A Biomechanical Study.
J Orthop Trauma. Jun;32(6):e204-e209. doi: 10.1097.

Jordan MC, Zimmermann C, Gho SA, Frey SP, Blunk T, Meffert RH, Hoelscher-Doht S (2016)
Biomechanical analysis of the effect of different osteosyntheses and the combination with bone substitute in tibial head depression fractures.
BMC Musculoskelet Disord. Jul 15;17:287. doi: 10.1186/s12891-016-1118-4.#

Hoelscher-Doht S, Jordan MC, Bonhoff C, Frey S, Blunk T, Meffert RH (2014)
Bone substitute first or screws first? A biomechanical comparison of two operative techniques for tibial head depression fractures.
J Orthop Sci Nov;19(6):978-83. doi: 10.1007/s00776-014-0613-4.

Doht S, Meffert RH, Raschke MJ, Blunk T, Ochman S (2014)
Biomechanical analysis of the efficacy of locking plates during cyclic loading in metacarpal fractures.
ScientificWorldJournal. Mar. doi: 10.1155/2014/648787.

Zahn RK, Jakubietz M, Frey S, Doht S, Sauer A, Meffert RH (2014)
A locking contoured plate for distal fibular fractures: mechanical evaluation in an osteoporotic bone model using screws of different length.
J Appl Biomech. Feb;30(1):50-7. doi: 10.1123/jab.2013-0018.

Doht S, Lehnert T, Frey S, Fehske K, Jansen H, Blunk T, Meffert RH (2012)
Effective combination of bone substitute and screws in the jail technique: a biomechanical study of tibial depression fractures.
Int Orthop. Oct;36(10):2121-5. doi: 10.1007/s00264-012-1604-8.

Doht S, Jansen H, Meffert R, Frey S (2012)
Higher stability with locking plates in hand surgery? Biomechanical investigation of the TriLock system in a fracture model.
Int Orthop. Aug;36(8):1641-6. doi: 10.1007/s00264-012-1524-7.

Eden L, Doht S, Frey SP, Ziegler D, Stoyhe J, Fehske K, Blunk T, Meffert RH (2012)
Biomechanical comparison of the Locking Compression superior anterior clavicle plate with seven and ten hole reconstruction plates in midshaft clavicle fracture stabilisation.
Int Orthop. Dec;36(12):2537-43. doi: 10.1007/s00264-012-1671-x.

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