Im Jahr 1998 konnten wir einige größere Forschungsgeräte, die nicht mehr dem neuesten Stand der Technik entsprachen, durch Neugeräte ersetzen. Eine neue dynamische Materialprüfmaschine, eine Mikrofräse für die Histologie und ein neues Bildanalysegerät konnten beschafft werden. Neue Forschungsprojekte wurden uns von der Synos-Stiftung und von der DFG bewilligt. Beteiligt sind wir neu an zwei EU-Forschungsprojekten und einem BMBF-Projekt. Von der Industrie kommen in zunehmendem Maße Anfragen für gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekte und Aufträge für Prüfungen. Das Qualitätssicherungsprojekt wurde nahezu abgeschlossen, so daß wir für Frühjahr 1999 mit der Akkreditierung als Prüflabor rechnen dürfen.

Trotz der 3 Räume, die wir für das Kompetenzzentrum für Biomaterialien im Klinikforschungsgebäude erhalten haben, kommen wir mit den 35 Mitarbeitern und den neuen Geräten an unsere Raumkapazitätsgrenzen. Im Februar 1998 richteten wir die Tagung für experimentelle Osteologie im Institut aus, die auf sehr gute Resonanz stieß. Sehr erfreulich war, daß uns auch 1998 wieder eine große Anzahl von wissenschaftlichen Preisen zuerkannt wurde. Die Forschungsergebnisse wurden in 95 Publikationen, darunter in 20 Originalarbeiten veröffentlicht. Im September 1998 wurde Prof. Caius Burri, Leiter der Abteilung für Experimentelle Chirurgie, emeritiert. Am 4. September wurde er feierlich vom Rektor der Universität verabschiedet und hat bei dieser Gelegenheit das der Caius Burri Stiftung gehörende Institutsgebäude dem Klinikum übereignet. Alle Mitarbeiter des Institutes möchten sich auch an dieser Stelle noch einmal bei Prof. Burri für seine hervorragende Förderung der Forschung und die gute Zusammenarbeit bedanken.

 

 

Lutz Claes, März 1999

Personal

Prof. Dr. L. Claes (Direktor, Director)

Dr. L. Dürselen (Stv. Leiter)

A. Reindl (Sekretariat)

E. Kern (Sekretariat

Dr. Shohei Iwabu, Sano City, Tochigi, Japan

 

Seminare / Seminars

Vorlesungen

• Universität Ulm, Biomechanik des Bewegungsapparates für Medizinstudenten
  Dozenten: Augat, Claes, Cordier, Dürselen, Ignatius, Kaspar, Neidlinger-Wilke, Pohl, Simon, Wilke, Wolf

Fachhochschule Ulm, Studiengang Medizintechnik: Biomechanik des Bewegungsapparates
Dozenten: Augat, Claes, Cordier, Dürselen, Ignatius, Kaspar, Neidlinger-Wilke, Pohl, Simon, Wilke, Wolf

Universität Ulm, Seminar für Internatsstudenten: Biomechanik der Osteosynthese
Dozenten: Claes, Wilke, Dürselen

Lehranstalt für Krankengymnastik und Massage: Grundlagen der Biomechanik
Dozenten: Wilke, Wolf

 

 

Promotionen

 

Förderer

 

Wissenschaftliche Preise

Projekte

Vergleichende Untersuchung der Primärstabilität von Hüftprothesen mit Option 3000 bzw. Weber-Schaft

L. Claes, G. Duda, S. Fiedler, M. Ohnmacht

Projekt 320

Förderung: Abteilung

Ein neuer Prothesentyp für den Ersatz des Hüftgelenkes der in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. L. Kinzl und Prof. Dr. A. Gächter entwickelt wurde sollte auf seine Primärstabilität untersucht werden. Die neue Prothese (Option 3000, Mathys, Bettlach), die nur im proximalen Teil partiell zementiert ist, wurde mit einer voll zementierten Prothese (Weber) verglichen. Beide Prothesen wurden alternierend in 6 Femurpaare implantiert und in einer Materialprüfmaschine mit Kräften bis 1500 N belastet. Die Bewegungen an der Implantat-Knochenfläche wurden mit induktiven Meßaufnehmern erfaßt. Die Ergebnisse zeigten, daß der neue Prothesentyp signifikant stabiler implantiert werden kann als der voll zementierte Schaft und die Interfacebewegungen sehr gering waren. Die bisher vorliegenden guten klinischen Erfahrungen bestätigen das neue Konzept der Prothesenverankerung.

 

 

 

 

 

Entwicklung eines Fixateur externes zur Bestimmung des Einflusses von Scherbewegungen auf die Frakturheilung

S. Wolf, P. Augat, H. Schmitt, L. Claes

Projekt 281

Förderung: DFG Cl 77/3

Im Gegensatz zu den heilungsfördernden axialen interfragmentären Bewegungen gelten Bewegungen senkrecht zur Knochenlängsachse (Scherbewegungen) als heilungsverzögernd. Ein experimenteller Nachweis für diese Hypothese wurde bisher jedoch nicht erbracht. In diesem Projekt sollte für den Tierversuch ein Fixateur externe entwickelt werden, der unter Extremitätenbelastung des Tieres Scherbewegungen bekannter Amplitude zuläßt. Es wurde ein zirkulärer Fixateur konstruiert, der definierte Axial- und Scherbewegungen zuläßt und gegenüber anderen Belastungen äußerst rigide ist. Ein austauschbares Gleitmodul erlaubt ferner rein axiale Bewegungen, so daß Versuchsgruppen mit überlagerten Scher-Axial-Bewegungen mit solchen mit reinen Axialbewegungen verglichen werden können.

In-vivo Messung von interfragmentären Bewegungen unter verschiedenen Lastbedingungen

S. Wolf, B. Evers, M. Ohnmacht, L. Claes

Projekt 322

Förderung: Klinikforschungsförderung

Die Größe von interfragmentären Bewegungen ist ein maßgebender Faktor für den Erfolg/Mißerfolg des Frakturheilungsprozesses. In Tierexperimenten konnte ein Bewegungsamplitudenbereich, der mechanisch günstige Bedingungen für den Heilungsprozeß darstellt, ermittelt werden. Es ist jedoch nach wie vor nicht bekannt, wie groß die interfragmentären Bewegungen unter verschiedenen Lastbedingungen (aktive/passive Bewegungen) in vivo sind. Daher sollten die interfragmentären Bewegungen an mit Fixateur externe stabilisierten Frakturen langer Röhrenknochen dreidimensional erfaßt werden. In einer ersten Untersuchung einer Oberarmfraktur konnte ermittelt werden, daß die durch krankengymnastische Übungen erzeugten interfragmentären Bewegungen in einer ähnlichen Größenordnung lagen wie solche, die durch Abstützung über die Extremität erzeugt wurden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Muskelaufbau durch Training mit der Vibrationsplattform

P. Augat, C. Becker, S. Scheible, A. D'Ettore, L. Claes, T. Nikolaus

Projekt 375

Förderung: Abteilung

Machbarkeitsstudie für ein regelmäßiges Training von postmenopausalen Frauen auf einer Vibrationswippe. Ziel des Trainings auf der Vibrationsplattform ist die Zunahme der Muskelkraft, die Verbesserung der muskulären Koordination und der Balancefähigkeit. Langfristig soll über dieses muskuläre Training die Sturzhäufigkeit und das Verletzungsrisiko älterer Menschen gesenkt und die Lebensqualität erhöht werden.

Die verwendete Stimulationsfrequenz von etwa 30 Hz zeigte in Vorversuchen muskuläre Kraftzuwächse von 15-20% sowie positive Einflüsse auf die Knochendichte an den trainierten Regionen.

An der Studie nehmen insgesamt 40 Frauen im Alter zwischen 55 und 65 Jahren teil. Vor Studienbeginn wird der gesundheitliche Status und die körperliche Leistungsfähigkeit bestimmt sowie die Balancefähigkeit und die Muskelkraft in der unteren Extremität gemessen. Das Trainingsprogramm umfaßt ein leichtes Aufwärmtraining, eine 5minütige Stimulation mit der Vibrationswippe bei 30 Hz und 15 mm Amplitude und ein leichtes Krafttraining für die obere Extremität. Das Trainigsprogramm wird über 8 Wochen mit 2 Trainingseinheiten pro Woche durchgeführt. Nach Beendigung der Trainigsperiode werden die eingangs erfaßten Bewertungsparameter erneut bestimmt.

Induktion einer Osteopenie beim Schaf

P. Augat, A. Ignatius, C. Gohl, L. Claes

Projekt 374

Förderung: Abteilung

Im Bereich der tierexperimentellen Forschung hat sich für die präklinische Untersuchung therapeutischer Wirkstoffe die Ratte als Osteoporosemodell durchgesetzt. Allerdings ist die Ratte für viele Fragestellungen nicht geeignet sowie auch für die Validierung der Effektivität therapeutischer Wirkstoffe nicht ausreichend. So gibt es vor allem für die Entwicklung und Testung von Implantaten im osteoporotischen Knochen momentan kein allgemein akzeptiertes Tiermodell.

Im Gegensatz zur Ratte ist das Schaf nach etwa 2 Jahren ausgewachsen, zeigt kortikales Remodeling und besitzt dem menschlichen Skelett ähnliche Ausmaße. Eine Osteopenie im Tiermodel kann z. B. durch eine Ovarektomie künstlich herbeigeführt werden. Die bisherigen Untersuchungen zur Veränderung des Knochens nach Ovarektomie beim Schaf lassen noch keine eindeutigen Schlüsse auf das Ausmaß der Veränderungen im Knochen zu. Um den Effekt einer Ovarektomie zu verstärken, kann zusätzlich eine medikamentös verursachte Osteopenie induziert werden. Es ist bekannt, daß sich durch die Gabe von Glukokortikoiden über einen Zeitraum von 3 Monaten die Knochenbildung beim Schaf um etwa die Hälfte vermindert.

Ziel dieses Versuchsvorhabens ist es, die Validität des Tiermodells Schaf für die Osteoporose zu untersuchen. Dazu soll eine Ovarektomie erwachsener Mutterschafe alleine und in Kombination mit der Gabe von Glukokortikoiden durchgeführt werden. Die zusätzliche Verabreichung Osteopenie induzierender Medikamente soll die erwartete Osteoporose früher und/oder ausgeprägter induzieren.

Sollte die Induktion einer Osteoporose gelingen stünde mit dem Modell des osteoporotischen Schafes ein einmaliges Modell zur Testung der Stabilität und Verträglichkeit osteosynthetischer Verfahren im osteoporotischen Knochen zur Verfügung.

 

Implantatentwicklung für osteoporotische Frakturen des proximalen Femur

P. Augat, S. Rapp, L. Claes

Projekt 373

Förderung: Synos-Stiftung

Die Osteosynthese proximaler Femurfrakturen beim osteoporotischen Menschen ist aufgrund der verringerten Haltefestigkeit des osteoporotischen Knochens mit einer relativ hohen Komplikationsrate verbunden. Ein Ansatz der bereits bei osteoporotischen Frakturen von Wirbelkörpern versucht wird ist die Augmentierung des Implantats mit Hilfe von Knochenzement. Die Zementaugmentierung verleiht dem Knochen eine unmittelbar postoperativ vorhandene Belastungsstabilität. Ferner wird durch eine gleichmäßigere Verteilung der durch das Implantat in den spongiösen Knochen eingebrachten Last, ein Wandern des Implantats verhindert. Die Kombination eines dynamischen Osteosyntheseprinzips mit der Augmentierung des Implantats im spongiösen Knochen läßt eine Verminderung der Komplikationsraten erhoffen.

Ziel dieses Projekts ist es ein Osteosyntheseverfahren zu entwickeln welches auf dem dynamischen Gleitlaschenprinzip beruht und eine Augmentierung mit Knochenzement ermöglicht. Als wichtige Kriterien für die Entwicklung des Verfahrens gelten dabei:

• hohe Primärstabilität

hohe Wechseldruckbelastungsstabilität

leichte und effektive Applizierbarkeit des Zementes

• keine Migration des Zementes in den Frakturbereich

Mechanische Festigkeit und Knochendichte bei transgenen Mäusen (Proteoglykan-Mutanten)

P. Augat, P. Horny, W. Vogel, P. Kraus, C. Maier, L. Claes

Projekt 362

Förderung Abteilung

Im Rahmen des Projekts sollen transgene Mäuse mit ektopischer Expression muriner Biglykan cDNA unter Kontrolle des ß-Aktin sowie des Pgk-1-Promotors auf Knochendichte und Knochenstabilität untersucht werden. Biglykan gehört zur Gruppe der Klasse I SLRP’s (Small Leucine Rich Proteoglycans) und wird in Knochen und Knorpel exprimiert. Auf Grund von Studien zur Bgn-Defizienz ist mit zunehmendem Alter der Tiere ein Einfluß auf die Knochenstruktur zu erwarten.

Mögliche Parameter auf die sich eine unterschiedlich Knochenentwicklung auswirken könnte sind:

Größe und Größenverhältnisse der Knochen

Knochenmineralgehalt

Mechanische Eigenschaften des Knochens.

Um diese Eigenschaften zu untersuchen werden folgende Prüfmethoden verwendet:

Knochendichtemessung mit mikroCT am Femur

Mechanische Prüfung (Dreipunkt Biegung) des Femurschaftbereichs

 

 

 

 

 

 

 

Wechselwirkung von Prostaglandin E2 und mechanischer Stimulierung auf Osteoblasten aus osteoporotischem und gesundem Knochengewebe

C. Neidlinger-Wilke, O. Holbein, D. Kaspar, L. Kinzl, L. Claes

Projekt 182

Förderung: Abteilung/Kontaktstipendium

Prostaglandine gelten als wichtige lokale Mediatoren im Knochenstoffwechsel und zeichnen sich durch komplexe Wirkungen bei der Regulation der Knochenmasse aus. Erste in vivo Studien deuten auf einen möglichen therapeutischen Einsatz von Prostaglandinen bei der Behandlung und Prävention der Osteoporose hin. Von großem Interesse ist dabei der Aspekt ob die PGE2-Wirkung in Kombination mit mechanischer Stimulierung verstärkt werden kann. Die laufenden in vitro Untersuchungen an Osteoblastenkulturen aus humanen Knochenproben von Osteoporose-Patienten und altersentsprechenden Kontrollen sollen zeigen, ob die Wirkung mechanischer Stimulierung durch PGE2 beeinflußt wird. Dabei wird untersucht, ob verschiedene Amplituden zyklischer Dehnungen mit oder ohne PGE2-Zusatz im Nährmedium unterschiedliche Effekte auf die Proliferation, alkalische Phosphataseaktivität, TGFß-Freisetzung sowie die mitogene Aktivität der Osteoblastenkulturen haben.

Serumanalysen zum Einfluß der in vivo Biomechanik auf die systemischen Effekte bei der Knochenheilung

D. Kaspar, C. Neidlinger-Wilke, G. Suger, O. Holbein, H. Gerngroß, L. Claes

Projekt 298

Förderung: DFG Cl-77/3

In einer ersten Studie konnte nachgewiesen werden, daß im Serum von Patienten mit Kallusdistraktion im Gegensatz zum Serum von Patienten mit stabiler Plattenosteosynthese eine erhöhte mitogene Aktivität und ein Anstieg an Wachstumsfaktoren nachweisbar sind. In der jetzigen Studie wurden Serumproben von Patienten, deren Frakturen mit einem Fixateur externe stabilisiert waren, während des gesamten Behandlungsverlaufs gesammelt. Die Seren wurden biochemisch analysiert um zu überprüfen, ob die kontinuierliche Gewebedehnung bei der Kallusdistraktion der Auslöser für die Freisetzung systemischer mitogener Faktoren ist oder ob dieser Effekt auch bei einer ebenfalls flexibel fixierten aber nicht distrahierten Fraktur beobachtet werden kann.

Die Ergebnisse sprechen dafür, daß ein Anstieg der mitogenen Aktivität sowohl beim zyklischen mechanischen als auch beim stetig distrahierenden Stimulus zu beobachten ist. In beiden Fällen konnte ein Anstieg der mitogenen Kapazität der Seren sowie der Wachstumsfaktoren TGF-ß und IGF-I im Zusammenhang mit dem mechanischen Stimulus nachgewiesen werden.

 

 

 

 

In vitro Untersuchungen zu den zellulären Effekten mechanischer Stimulierung

D. Kaspar, C. Neidlinger-Wilke, W. Seidl, L. Claes

Projekt 297

Förderung: DFG Cl-77/3

Zum Verständnis der Zellbiologie biomechanischer Effekte bei der Knochenregeneration und der Osteoneogenese wurden In-vitro-Experimente zur mechanischen Stimulierung der sekundären Frakturheilung durchgeführt.

Es wurde der Einfluß von Mikrodehnungen auf zelluläre Reaktionen (Proliferation, Kollagensynthese, Alkalische Phosphatase Aktivität, Osteocalcinsynthese, TGF-ß-Freisetzung) von humanen Osteoblasten und einer osteoblastentypischen Zellinie und die Beteiligung spez. Mediatoren untersucht. Hierfür wurde ein Zellstimulator entwickelt, der es ermöglicht, durch Vier-Punkt-Biegung elastischer Silikonkultur-schalen definierte Dehnungen auf Osteoblasten-Monolayerkulturen zu übertragen.

Es konnte ein Amplitudenbereich zwischen 0,1 und 1% Dehnung eingegrenzt werden, in dem humane, primäre Osteoblasten und die Osteoblastenzellinie mit einer erhöhten Proliferation positiv auf eine mechanische Stimulation reagierten. Außerdem zeigte sich, daß bereits vier Dehnungszyklen ausreichten um die Proliferation zu stimulieren. Eine Frequenzabhängigkeit konnte nicht nachgewiesen werden. Unter mechanischen Bedingungen, die zur Induktion der Proliferation führten, wurde auch die Kollagensynthese und die TGF-ß-Freisetzung stimuliert, während die Aktivität der knochenspezifischen Alkalischen Phosphatase und die Synthese des nichtkollagenen Proteins Osteocalcin durch den mechanischen Stimulus gehemmt wurden. Eine Beteiligung der Signalüberträger Prostaglandin E₂ und cAMP konnte unter den gewählten mechanischen Bedingungen nicht nachgewiesen werden.

 

In vitro Effekte mechanischer Stimulation auf Osteoblasten und ihre Vorläufer

Im Rahmen dieses Projekts soll untersucht werden, wie sich unterschiedliche mechanische Reize (Dehnungen bzw. hydrostatischer Druck) auf osteoblastische Zellen auswirken. Sind differenzierte Osteoblasten sensitiv gegenüber zyklischem hydrostatischem Druck? Kann die Differenzierung von Vorläuferzellen aus dem menschlichen Knochenmark durch mechanische Belastung beeinflußt werden? Wie werden die mechanischen Signale in biologische umgewandelt?

Dehnungsexperimente: Im letzten Jahr konnten wir bereits zeigen, daß sich die Proliferation von Osteoblasten durch zyklische Dehnung steigern läßt. Dieser Effekt ist von der Dehnungsamplitude abhängig und findet sich nur in einem Amplitudenbereich von 0,1 bis 1 %. Adhärent wachsende Zellen aus dem menschlichen Knochenmark zeigen dagegen keine Stimulierbarkeit durch zyklische Dehnung. Die Proliferation verändert sich gegenüber der nicht stimulierten Kontrolle nicht signifikant. Gleiches gilt für die Bildung der osteoblastischen Marker Osteocalcin, Prokollagen I und alkalische Phosphatase. Allerdings weisen diese Zellen sehr hohe Werte an Prokollagen I und alkalischer Phosphatase auf.

Hydrostatischer Druck: Humane Osteoblasten wurden mit zyklischem hydrostatischem Druck stimuliert. Dabei konnte eine von der Amplitude abhängige Steigerung der Proliferation beobachtet werden. Das Optimum lag dabei bei 0,25 bar. Die alkalische Phosphatase Aktivität war leicht gesenkt. Bei der Stimulation von Vorläuferzellen aus humanem Knochenmark waren keine Veränderungen zu beobachten.

Signalwege: Durch die Blockierung verschiedener Ionenkanäle bei Dehnungsexperimenten konnten wir die dehnungsinduzierte Proliferationssteigerung humaner Osteoblasten hemmen. Darüber hinaus konnte ihr Orientierungsverhalten, das bei großen Dehnungen senkrecht zur Dehnungsrichtung erfolgt, verringert werden. Somit konnten wir eine wichtige Funktion von Ionenkanälen bei der Verarbeitung mechanischer Signale zeigen.

 

Förderung: Abteilung

In diesem Projekt untersuchten wir die lokalen mechanischen Bedingungen im Kallusgewebe zu fünf verschiedenen Heilungszeitpunkten. Hierzu erstellten wir fünf verschiedene Finite-Elemente-Modelle und berechneten die räumliche Verteilung von Dehnungen und hydrostatischem Spannungsanteil im Frakturgebiet. Wir verglichen die Resultate der Finite-Elemente-Analysen mit Ergebnissen aus histologischen Untersuchungen und aus Zellkulturexperimenten (Projekt 278 und 297) und konnten erstmals den Zusammenhang zwischen lokalem mechanischen Stimulus und lokal gebildetem Gewebetyp quantitativ formulieren. Es entstand eine neue Gewebedifferenzierungshypothese, die sich in mathematischer Form als Gewebetransformationsfunktion in Simulationsprogrammen einbinden laßt.

Geplant ist nun ein dreidimensionales dynamisches Finite-Elemente-Modell, das die Simulation des Verknöcherungsprozeßes unterschiedlicher Frakturgeometrien erlaubt und so Vorhersagen zur Frakturheilung ermöglicht.

Finite-Elemente-Modell der proximalen Schafstibia mit teilbelastetem Implantat

U. Simon, P. Augat, A. Ignatius, L. Claes

Projekt 343

Förderung: Abteilung

In dieser Studie galt es, die Frage zu beantworten, welchen Einfluß die Implantatsteifigkeit auf die Beanspruchung des umgebenden Knochengewebes und damit auf die Langzeitstabilität von Knochenimplantaten ausübt. Auf der Basis von CT-Daten entwickelten wir ein dreidimensionales Finite-Elemente-Modell mit ca. 45.000 Hexaederelementen, das die oberen 60 mm der proximalen Schafstibia mit Kortikalis, Spongiosa und Markraum erfaßt und durch isotrope, linear-elastische Werkstoffgesetze beschreibt. In das Modell der intakten Tibia können nachfolgend Defekte geschnitten und mit unterschiedlichen Implantaten gefüllt werden. Wir berechneten die Spannungsverteilungen unter physiologischer Belastung der Gelenkflächen für unterschiedlich steife Implantate und zur Kontrolle für die intakte Schafstibia. Die Verifikation des Modells gelang durch die gute Übereinstimmung beim Vergleich berechneter mit in vitro gemessener Verformungen.

Bei sehr steifen Implantaten (Titan) ergaben sich gleichzeitig Bereiche mit stark erhöhten Druckspannungen und solche mit nahezu fehlender mechanischer Beanspruchung des umgebenden spongiösen Knochengewebes. Sehr weiche Implantate (PUR-Komposit) führten zu einer gleichmäßigeren Beanspruchung der Kontaktflächen, erreichten dagegen aber nicht die Tragfähigkeit der intakten Tibia. Bereiche mit erhöhter Beanspruchung waren in histologischen Präparaten aus Tierversuchen (Projekt 272) durch Knochenanbau-, Bereiche mit stark verminderter Beanspruchung durch Knochenabbauprozesse gekennzeichnet.

Das Schaf ist eine beliebtes Modell in Knochenheilungsstudien. Die biomechanischen Randbedingungen der experimentellen Untersuchungen sind jedoch im allgemeinen nur unzureichend bekannt, wodurch ein Vergleich der Ergebnisse erschwert wird. Ziel dieses Projekts ist daher die Erstellung eines graphischen 3D Computermodells der hinteren Schafsextremität zur Simulation der lokalen mechanischen Rahmenbedingungen bei der Frakturheilung.

Hierzu wurde bei mehreren Schafen die Bewegung und die Bodenreaktionskraft bei einem normalen Gang aufgenommen. Die Ansatzflächen der Muskeln und Ligamente wurden digitalisiert, Längen der Muskeln sowie relative Positionen und Durchmesser der Muskelbäuche zur Rekonstruktion ihrer 3D Schwerpunktslinien bestimmt, Becken, Femur, Tibia, Metatarsus, Phalanx und Huf im CT erfaßt und als 3D Modell rekonstruiert. Aufgrund der höheren Genauigkeit wurde die Kinematik im Kniegelenk zusätzlich in vitro bestimmt.

Aus der gemessenen Bodenreaktionskraft können mit Hilfe inverser Dynamik die resultierenden Gesamtkräfte und —momente an den Orten der Gelenke berechnet werden. Über einen Optimierungsansatz kann daraus unter Verwendung verschiedener Kriterien (Minimierung der Summe einer Potenz der Muskelkräfte bzw. —spannungen) auf die Beträge der Muskelkräfte und die Gelenkkontaktkräfte geschlossen werden. Diese Größen lassen letztlich die Berechnung der Beanspruchungen der langen Röhrenknochen zu. Die so definierten mechanischen Rahmenbedingungen lassen direkt — bei bekannter Steifigkeit — die Berechnung von interfragmentären Bewegungen zu oder gehen als Eingangsgrößen in weiterführende Modelle, wie etwa die Osseointegration von Implantaten (Projekt P343), ein. Dieses Verfahren ermöglicht es somit tierexperimentelle Studien besser zu planen und in ausgesuchten Fällen sogar zu ersetzen.

Muskuloskeletale Beanspruchung des Oberschenkels

M. Pohl, G. Duda, L. Claes

Projekt 323

Förderung: DFG CL 77/4-1

Bei einer Reihe klinischer Problemstellungen ist es nötig, die knöchernen Strukturen operativ zu ersetzen (künstlicher Gelenkersatz), zu korrigieren (Umstellungs-osteotomien) oder zu stabilisieren (Osteosynthese). Die biomechanischen Bedingungen sind bei diesen Eingriffen von wesentlicher Bedeutung. Bisher durch-geführte Experimente oder mathematische Modellierungen der muskuloskelettalen Veränderungen beinhalten starke Vereinfachungen der biomechanischen Situation. Damit sind Verbesserungen von Gelenkersatzprothesen als auch von Operations-verfahren mit erheblichen Fehlern behaftet. Um diese Einschränkungen zu beheben, ist das Verständnis der femoralen Beanspruchung als auch der angreifenden Muskel- und Ligamentkräfte grundsätzliche Voraussetzung. Ziel dieses Forschungsvorhaben ist die Ermittlung der individuellen Beanspruchung der muskuloskelettalen Strukturen des Oberschenkels bei unterschiedlichsten Tätigkeiten. Es soll damit die Quantifizierung der Beanspruchungsänderung in Folge klinisch wichtiger Operationen am Femur ermöglichen und somit eine zusätzliche Entscheidungshilfe für den operierenden Chirurg darstellen.

Entwicklung vereinfachter Lastfälle für die prä-klinische Testung von Hüftendoprothesen

M. Heller, G.N. Duda, M. Pohl, L. Claes

Projekt 319

Förderung: EU

In diesem Projekt steht die Frage nach dem Einfluß der Muskelkräfte auf die Beanspruchung der Hüfte eines THR Patienten im Vordergrund. Untersuchungen, die sich im Rahmen der prä-klinischen Testung mit der primären und sekundären Stabilität von Implantaten beschäftigen, gehen von Annahmen über die wirkenden Belastungen aus. Das Wissen über die tatsächlich in vivo wirkenden Belastungen ist bisher aber auf Messungen an wenigen Patienten und einigen wenigen Orten des muskuloskelettalen Systems beschränkt.

In einer Vorstudie wurde an einem Finite Elemente (FE) Modell, bei dem möglichst physiologische Randbedingungen mit einem Kraftdatensatz (Richtungen und Beträge) aus der Literatur modelliert wurden, der Einfluß der Muskelkräfte auf die Oberflächendehnungen des Femurs untersucht. Es zeigte sich, daß ein vereinfachtes Modell ohne bzw. mit nur teilweiser Berücksichtigung der Muskelkräfte (glutei und tractus iliotibialis) deutlich höhere Dehnungen liefert, als sie bei in vivo Messungen aufgetreten sind.

Ausgehend von den Ergebnissen des Projektes 307 wurde ein muskuloskelettales Modell der humanen unteren Extremität entwickelt. Dieses Modell zeichnet sich dadurch aus, daß es mittels verschiedener Skalierungsverfahren automatisch an die spezifische Anatomie eines THR Patienten angepaßt werden kann. In Zusammenarbeit mit dem EU-Projekt Partner (P.D. Bergmann) stehen Patientendaten für 4 THR Patienten zur Verfügung. Für diese Patienten werden die an der Hüfte wirkenden Muskelkräfte während mehrerer typischer Alltagsaktivitäten eines THR Patienten berechnet und die in vivo gemessenen Kontaktkräften an der Hüfte mit den berechneten verglichen.

Basierend auf den so berechneten Muskelkräften werden vereinfachte Lastkollektive entwickelt, die zum einen die komplexe muskuloskelettale Beanspruchung möglichst genau widerspiegeln, zum anderen aber soweit vereinfacht sind, daß auch eine technische Realisierung der Belastung in einem mechanischen Prüfaufbau möglich ist. In diesem Schritt fließen die in der FE Vorstudie gefundenen Erkenntnisse über die Bedeutung der verschiedenen Muskelgruppen ein.

10-Jahres-Langzeitergebnisse nach Carbonfaser-Bandplastiken

Dieses Projekt ist fertiggestellt. Es wurden insgesamt 19 Patienten im Mittel 10 Jahre nach Versorgung einer chronischen Außenbandinstabilität mit einer anatomischen Kohlefaser-Bandplastik nach Burri nachuntersucht. Die Untersuchung umfaßte einen detaillierten Fragebogen, klinische Untersuchung und röntgenologische Stressaufnahmen sowie Messungen der plantaren Belastungsmuster beim Gehen und Latenzzeitmessungen der Peronealmuskulatur auf der Kipp-Plattform. Die untersuchte Patientengruppe wies gute klinische und funktionelle Ergebnisse auf, so daß der Langzeiterfolg dieser Operationsmethode als gut zu beurteilen ist. Während sich die Carbonfaser—Bandplastik als intraartikulärer Ersatz des vorderen Kreuzbandes nicht bewährt hat, sind die bisher vorliegenden Ergebnisse mit diesem Material bei der Rekonstruktion des lateralen Bandapparates am Sprunggelenk weniger kritisch zu betrachten. Das mag daran liegen, daß beim Einsatz des Carbonfaserbandes als Ersatz für die lateralen Sprunggelenksbänder das Transplantat extraartikulär liegt und von Bindegewebe umhüllt wird, wie es in tierexperimentellen Studien beim Seitenband des Kniegelenks gezeigt werden konnte. Für den Carbonfaser—Bandersatz am Sprunggelenk bleibt als Erkenntnis aus den vorliegenden Ergebnissen, daß ein mechanisch suffizienter Bandersatz mit anatomischem Verlauf gute funktionelle Ergebnisse nach einem follow-up von über 10 Jahren erzielen konnte.

Biomechanische Auswirkungen von Bandrupturen und Rekonstruktionsverfahren des lateralen Bandapparates auf die Sprunggelenkkinematik und die intraartikulären / plantaren Belastungsmuster des Fußes

E. Cordier, R. Schmidt, C. Bertsch, S. Neller,D. Rosenbaum, L. Claes

Projekt 339

Förderung: DFG (CL77/3-2)

Dieses Projekt ist fertiggestellt. Durch in-vitro Untersuchungen von 3 anatomiegerechten Operationsverfahren wurde die folgende Fragestellung beantwortet: Lassen sich mit einer anatomischen Rekonstruktion des lateralen Bandapparates ein normales Bewegungsspiel sowie physiologische Belastungsverhältnisse in den beteiligten Gelenken des Sprunggelenkkomplexes erreichen? Die durchgeführte Studie konnte den bisherigen Kenntnisstand über die biomechanischen Aspekte des Sprunggelenkkomplexes erweitern. Die Resultate decken sich mit früheren Untersuchungen. Die Kollateralbänder haben demnach keinen wesentlichen stabilisierenden Effekt auf das Subtalargelenk, sondern sind hauptsächlich für die Gelenkführung im oberen Sprunggelenk verantwortlich. Desweiteren konnte gezeigt werden, daß anatomische bandplastische Eingriffe im Gegensatz zu Tenodesen keinen negativen Einfluß auf biomechanische Aspekte am Sprunggelenkkomplex haben. Zwar wurde in beteiligten Sprunggelenken eine Druckerhöhung nach anatomischen bandplastischen Verfahren festgestellt, allerdings liegen diese mit ihren Absolutwerten deutlich unter den erhöhten intraartikulären Druckwerten nach Tenodesen. Anatomische Rekonstruktionen des Außenbandapparates sollten jedem anderen Operationsverfahren vorgezogen werden. Der direkten Naht sollte nach Möglichkeit der Vorzug gegeben werden.

Die chronische laterale Sprunggelenkinstabilität des Soldaten

E. Cordier, R. Schmidt, S. Benesch, S. Fiedler, B. Siegel, A. Bender, R. Moisescu, K. Lipke, M. Tannheimer, F. Hoffmann, M. Röderer, L. Claes

Förderung: Fraunhofer

In Juli 1997 wurden 7 Projekte zum Thema "chronische Sprunggelenkinstabilität" mit folgender Zielsetzung begonnen: Verbesserung von Diagnostik und Therapie, sowie Vermeidung unnötiger Operationen und Prävention der Spätarthrose.

Projekt 351: "Die chronische Instabilität des unteren Sprunggelenkes. Biomechanische Evaluation im computergestützten Bewegungsimulator"

Es wurde nach Aufnahme von entsprechenden Versuchsanordnungen aus früheren Meßreihen (Projekt 339) das Studiendesign verbessert.

Projekt 352: "Entwicklung eines OSG- / USG Goniometers zur standardisierten Differenzierung von Instabilitäten bei der klinischen Patientenuntersuchung"

Eine Zusammenarbeit wurde mit dem Gait Laboratory des Dundee Limb Fitting Centre (Scotland) begonnen, wo ein Subtalargoniometer für Ganganalysen schon entwickelt wurde.

Projekt 353: "Messung der peronealen Reaktionszeit an 100 gesunden Probanden. Bestimmung der Normalwerte und Reliabilität der Meßmethode anhand einer klinischen Studie"

Bis Juni war eine erneute Literaturrecherche und eine Einarbeitung des Doktoranden in das Studienproblem vorgesehen. Nach Lieferung des Meßsystems und Einarbeitung in die Meßmethodik wurden die ersten Meßversuche gestartet. Dann wurden die ersten Ergebnisse im Rahmen der Tagung der dt. Gesellschaft für Wehrmedizin und Wehrpharmazie in Jever präsentiert. Im 4. Quartal wurde eine genaue Meß- und Auswertemethodik und — vorschrift ausgearbeitet und diese im Oktober im Rahmen der Studieneinführung für die Projektgruppen Koblenz und Berlin an unserem Institut vorgestellt. Es erfolgte die Reparatur und der Austausch der defekten Meßgeräte, so daß weitere Meßreihen im Dezember durchgeführt werden konnten. Desweiteren lieferte die Firma Noraxon nach unseren Vorschlägen einen automatischen Auswertalgorithmus für das Programm MyoResearch 98 sowie die korrigierten Versionen des genannten Programms.

Projekt 354: "Weiterentwicklung der bestehenden Meßmethodik zur peronealen Latenzzeitbestimmung. Meßeinrichtungen, Datenaufnahme, Auswertung zum Einsatz in der klinischen Routinediagnostik."

Durch die Inbetriebnahme der neuen Kipp-Plattformen wurde die Meßmethodik zur Bestimmung der peronealen Latenzzeit (PRT) stark vereinfacht. Um die Vergleichbarkeit der Reaktionszeitmessung in den verschiedenen Meßzentren der Studie zu garantieren, bedarf es allerdings einer rechnergestützten Auswertung der jeweiligen Patientenmeßwerte. Dazu wurde in Zusammenarbeit mit der Fa. Noraxon ein Algorithmus entwickelt, der reproduzierbar den Zeitpunkt des EMG-Onsets erkennt, und somit eine untersucherunabhänge Ermittlung der PRT ermöglicht. Parallel dazu treiben wir die Entwicklung eines eigenen Meßsystems zur Ermittlung der peronealen Latenzzeit voran. Ein neuer 4-Kanal-EMG-Verstärker, der exakt an die Erfordernisse der Meßaufgabe angepaßt ist, wurde am Institut aufgebaut und erfolgreich getestet.

Projekt 355: "Multicenterstudie an 200 Patienten mit instabilem Sprunggelenk unter Beteiligung dreier chirurgischer Abteilungen zur Bestimmung von Inzidenz und Wertigkeit des propriozeptiven Defizites bei chronischer Sprunggelenkinstabilität"

Das Kernstück des Forschungsprogramms bildet die Multicenterstudie der Bundeswehrkrankenhäuser Koblenz, Berlin und Ulm. Das Studiendesign zur Durchführung des Projekts wurde erarbeitet. Für alle Bundeswehrkrankenhäuser wurden die EMG-Meßeinheiten geliefert und nach erfolgter Einführung der beteiligten Mitarbeiter starteten in November die Messungen. Für die Bundeswehrkrankenhäuse Ulm, Berlin und Koblenz wurden insgesammt 38 Patienten in die Studie aufgenommen.

Projekt 356: "Die Trainierbarkeit von propriozeptiven und koordinativen Parametern bei der chronisch-funktionellen Sprunggelenkinstabilität. Klinische Studie an betroffenen Soldaten"

Das Therapiekonzept wurde in Zusammenarbeit mit einer Physiotherapiepraxis erarbeitet. Nach erfolgter Einweisung in die Geräte wurde mit den Messungen begonnen. Die Grundlagen der Propriozeption wurden in einem Poster dargestellt und auf dem wehrmedizinischen Kongress in Jever vorgestellt. Es wurden bereits drei Patienten in die Studie aufgenommen.

Projekt 357: "Nachuntersuchung von Patienten mit anatomischer Rekonstruktion des Kapsel-Bandapparates nach chronischer Instabilität des OSG. Vergleich mit den Ergebnissen der Tenodeseverfahren."

Im Rahmen einer prospektiven Studie wurden 19 Patienten mit einer chronisch anterolateralen Sprunggelenkinstabilität 36 Monate nach einer anatomischen Rekonstruktion des Kapsel-Band-Apparates klinisch und radiologisch nachuntersucht. Um funktionelle Aspekte beurteilen zu können, wurde zusätzlich die peroneale Reaktionszeit (PRT) auf der Kipp-Plattform bestimmt und eine dynamische Pedographie vorgenommen. Insgesamt 32 Patienten hatten zuvor auf einem Fragebogen detaillierte Angaben zu aktuellen Beschwerden, Stabilität, Beweglichkeit und Sportfähigkeit gemacht. Das Gesamtergebnis wurde nach drei in der Literatur häufig verwendeten Score-Systemen bewertet. Die Ergebnisse der eigenen Nachuntersuchung wurden mit weiteren 47 Studien aus der Literatur verglichen. Zur Auswertung kamen hier Publikationen über anatomisch rekonstruktive Verfahren, sowie über häufig verwendete Tenodeseformen (Bandplastiken nach Watson-Jones, Evans und Chrisman-Snook und deren Modifikationen). Beim Vergleich der Ergebnisse zeigte sich der Anatomical Repair den Tenodesen in klinischer und funktioneller Hinsicht deutlich überlegen.

 

 

Ersatz des vorderen Kreuzbandes mit Hilfe computerunterstützter Chirurgie

L. Dürselen, S. Gillner, M. Simnacher, L. Claes

Projekte 324, 347

Förderung: DFG DU 254/2-1, Universitätsklinikum (P 352)

Um chronische Kniegelenksinstabilitäten und damit posttraumatische Arthrosen zu verhindern, können gerissene Kreuzbänder mit einer Reihe von Operationstechniken rekonstruiert und so die Kniegelenksstabilität wiederhergestellt werden. Bei den meisten Techniken müssen femorale und tibiale Bohrlöcher erstellt werden, um die Transplantate oder Nähte im Knochen zu verankern. Dabei kommt es auf eine exakte Plazierung der Bohrungen an, da schon Abweichungen von 1-2 mm sich in einer zu hohen oder zu niedrigen Transplantatlast niederschlagen können. Eine genaue Bohrlocherstellung wird jedoch von der schlechten Einsehbarkeit der Kreuzbandinsertionen erschwert. Ziel des Projektes ist es einerseits, dem Chirurgen die exakte, standardisierte Bohrkanalerstellung an nicht einsehbaren Stellen im Kniegelenk zu ermöglichen, andererseits soll durch den Computer die geeignetste Lokalisation für die Insertion eines autogenen Sehnentransplantats gefunden werden.

Hierzu wurde ein stereotaktisches System aufgebaut, welches mit Hilfe eines optischen Trackingsystems (OPTOTRAK, Northern Digital), das die Lage von Femur und Tibia sowie von chirurgischen Instrumenten im Raum ermittelt, ermöglicht, ein virtuelles Bild des Operationsgebietes (CT) mit der realen Welt in Übereinstimmung zubringen. So kann dem Chirurgen real-time die Lage seiner Instrumente (z.B. Bohrer) im Kniegelenk auf einem Bildschirm dargestelllt werden. Als Sollwertparameter für die Rekonstruktion des verletzten Gelenkes soll die Kinematik des gesunden kontralateralen Knies herangezogen werden. Diese wird mit dem optischen Trackingsystem erfaßt und in eine dreidimensionale Darstellung der helikalen Achse überführt. Um auswertbare Kinematikdaten zu erhalten, werden Programme erstellt, die das Signalschwanken herausfiltern sollen. Messungen an Leichenkniegelenken ergaben nach Kreuzbanddurchtrennung eine in strecknahen Gelenkstellungen veränderte Kinematik. Die typische Schlußrotation der Tibia fehlte. Ähnliche Ergebnisse wurden in vivo an Probanden mit Kreuzbandinsuffizienz festgestellt.

In vitro Studien zur Biomechanik des normalen, des verletzten und des wiederhergestellten Bandapparates am Schafskniegelenk

L. Dürselen, M. Mennicke, A. Warttinger, L. Claes

Projekte 293, 294

Förderung: Abteilung

Tierexperimente zur Problematik Bandersatz oder Bandheilung am Kniegelenk erfordern Kenntnisse über die biomechanischen Belastungen, denen Bänder in gesunden und verletzten Kniegelenken ausgesetzt sind. Um dieses Wissen zu vertiefen, wurden in-vitro Experimente durchgeführt, die zeigen sollten, welchen Dehnungen der gesunde, der verletzte und der wiederhergestellte Bandapparat des Schafskniegelenks während passiver und aktiver Flexion-Extensionbewegungen ausgesetzt ist. Hierzu wurden Schafskniegelenke in einen Kniegelenksbewegungs- und Belastungssimulator eingespannt und die Kollateral- und Kreuzbänder mit Dehnungssensoren bestückt. Während passiver und aktiver Flexion-Extension konnten die Banddehnungen aufgezeichnet werden. Anschließend wurde das vordere Kreuzband und dann das mediale Seitenband sukkzessive durchtrennt und die Dehnungsmessungen wiederholt, um den Einfluß einer entstandenen Instabilität auf das Dehnungsmuster der übrigen Bänder zu untersuchen. Schließlich wurden die Bänder wieder genäht und der Meßvorgang erneut durchgeführt. Die Experimente zeigen, daß die Durchtrennung von einzelnen oder mehreren Bändern zu einer Veränderung der Dehnungscharakteristiken der noch intakten Bänder führt. Eine in-vitro Rekonstruktion durch chirurgische Nähte führt jedoch nur zum Teil zur Wiederherstellung der ursprünglichen Dehnungsmuster.

Entwicklung eines resorbierbaren Augmentationsbandes für den Kreuzbandersatz

L. Dürselen, U. Fuhrmann, P. Horny, A. Ignatius, L. Claes

Projekt 334 (P3)

Förderung: Kompetenzzentrum für Biomaterialien im Knochenkontakt Ulm, (BMBF)

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines biodegradierbaren bandförmigen Implantats zur temporären Sicherung von Krreuzbandplastiken am Kniegelenk. Bisher zu diesem Zweck erhältliche resorbierbare Implantatmaterialien verlieren jedoch ihre Festigkeit schon nach mehreren Wochen fast vollständig und sind deshalb als Schutz z.B. für ein Sehnentransplantat nur bedingt geeignet. Um während des Einheilungs- und anschließendem Remodellingprozesses ausreichenden Schutz vor mechanischen Überbeanspruchungen zu gewährleisten, sollte ein entsprechendes Augmentations-band nach 6 Monaten noch ca. 50% seiner ursprünglichen Zugfestigkeit von etwa 800 N aufweisen und nach 16-18 Monaten vollkommen abgebaut sein.

Die geforderte Degradationsgeschwindigkeit von ca 1,5 Jahren läßt nach dem heu-tigen Stand der Technik nur die Verwendung von Poly (L-lactid) zu (PLLA). Da reines PLLA jedoch eine zu lange Resorptionsdauer aufweist, muß das Material durch zu-sätzliche Maßnahmen wie Steuerung von Restmonomergehalt oder Bestrahlung ver-ändert werden. Geeignete Verfahren zu finden, ist ebenfalls Ziel dieses Projektes.

Die vom Denkendorfer Institut für Textil und Verfahrenstechnik (Prof. Dr. H. Planck) gelieferten Materialvarianten zeigten bisher sehr unterschiedliches Degradations-verhalten. Zwei Materialien verloren schon nach 8 bzw. 24 Wochen 100% ihrer Festigkeit und schieden somit für die Verwendung als Bandaugmentation aus.Die übrigen Fadenmaterialien sind noch im Test und zeigen nach 48 Wochen noch 60 bzw. 25% ihrer Ausgangsfestigkeit. Acht weitere Materialien sind inzwischen geliefert und wurden ebenfalls in den Degradationstest gegeben.

Entwicklung einer Biohybridprothese für den Kreuzbandersatz

L. Dürselen, A. Ignatius, L. Claes

Projekt 366

Förderung: EU (Brite-Euram)

Das Ziel dieses neuen von der EU geförderten Projektes, an dem drei Firmen und drei Forschungs- und Entwicklungspartner beteiligt sind, ist die Entwicklung einer völlig neuartigen Hybridbioprothese für den Band- bzw. Sehnenersatz. Die komplexe Struktur der natürlichen Bänder/Sehnen sollen möglichst genau nachgeahmt werden und so die ungünstigen Eigenschaften der gescheiterten alloplastischen Bandprothesen und die Nachteile von autogenen Transplantaten vermeiden. Hierzu soll ein Komposit aus mit Vorläuferzellen besiedelten Hyaluronsäurefasern und resorbierbaren Polymerfasern hergestellt werden.

ROBOPED - Entwicklung eines Diagnoseroboters für das Kniegelenk

L. Dürselen, H. Mannel, S. Gillner, L. Claes

Projekt 376 (P3)

Förderung: EU (Biomed II, Craft)

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines innovativen, mit nach neuestem Stand der Robotik und Sensorik ausgerüsteten Elementen, exakten und einfach zu bedienenden orthopädischen Diagnosesystems. An diesem von der EU geförderten Projekt sind sechs Firmen und drei Forschungs- und Entwicklungspartner beteiligt. Die geplanten Möglichkeiten die Kniegelenksfunktion zu untersuchen, beinhalten automatische funktionelle Untersuchung und Kalibirierung, moderne auf Sensorsignalen basierende Steuerung (Nachgiebigkeit, Kraft), redundante nicht-invasive Sensorik, die komfortables Bedienfehler verzeihendes Testen erlaubt, dynamische Datenverarbeitung und auf neuesten biomechanischen und klinischen Erkenntnissen basierende Bewertung und Darstellung der Meßergebnisse. Das System soll ein standardisiertes Untersuchen des Kniegelenks ermöglichen und zum besseren Verständnis der Kniegelenksfunktion beitragen.

Biomechanische in vitro Untersuchungen zur Lastübertragung an Wirbelsäulen-abschnitten mit Simulation der Muskelkräfte und Wirbelsäulenimplantattestungen

Projekte 187, 230, 291, 305, 332, 346

Förderung: DFG Wi 1352/2-1, Industrie

Die Wirbelsäulenchirurgie hat aufgrund immer besserer operativer Stabilisationsverfahren in den letzten Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung gewonnen und zur Entwicklung einer Vielzahl neuer Operationsmethoden mit neuen Implantaten geführt. Um den Erfolg dieser neuen Techniken vor einer klinischen Anwendung abzuschätzen, sollten sie präklinisch biomechanisch getestet werden. Im Rahmen eines DFG-Projektes wurde unser universeller Wirbelsäulenbelastungs-simulator weiterentwickelt, der erstmals die Simulation von Muskelkräften erlaubt, um bei in vitro Experimenten unter physiologischeren Lastbedingungen zu testen.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, in vivo gemessene Implantatbelastungen in vivo bestimmte intradiskale Drücke in vitro zu erzeugen, um somit mehr Aufschluß über die wahren Lastbedingungen zu erhalten. Ferner soll überprüft werden, wie die z.Zt. üblichen Lastbedingunen bei in vitro Implantattestungen mit denen in vivo übereinstimmen. Dazu wurden die in Berlin entwickelten Meßimplantate und intradiskale Drucksonden an Wirbelsäulenpräparaten montiert und in Ulm im Wirbelsäulenbelastungssimulator getestet.

Im Rahmen von Workshops wurden mit Klinikern, Biomechanikern und Industrievertretern zur Standardisierung Kriterien oder Empfehlungen für die Testung von Wirbelsäulenimplantaten erarbeitet.

In dieser Versuchseinrichtung wurden mit diesen Kriterien eine Vielzahl von Implantattestungen, einige im Rahmen von Kooperationen, statt. In verschiedenen Untersuchungen wurden anteriore und posteriore Implantatsysteme sowie Kombinationen und endoskopische Systeme zur Stabilisierung von Wirbelsäulenfrakturen oder degenerativen Erkrankungen und Cage-Systeme getestet. Es konnten eindeutige Unterschiede der Implantate herausgearbeitet werden, die eine Beurteilung der verschiedenen Systeme erlaubte. Ferner wurden Halswirbelsäulenpräparate mit mono- und bikortikaler Verschraubung verglichen. Dabei zeigte sich, daß die monokortikalen Schrauben mit neuem Design eine vergleichbare Stabilität zur bikortikalen Verankerung garantieren.

 

Wertigkeit von Präparaten anderer Spezies als Modelle für Wirbelsäulenunter-suchungen

Förderung: Klinikforschungsförderung P.272

Für biomechanische Untersuchungen an der Wirbelsäule sind wegen der einzigartigen Anatomie des Zweifüßlers zweifellos humane Präparate, von jungen gesunden Erwachsenen als Wirbelsäulenmodell am besten geeignet. Aufgrund der mangelnden Verfügbarkeit von menschlichen Präparaten für in vitro Untersuchungen an der Wirbelsäule soll nach Alternativen und Modellen gesucht werden. Ziel dieser Studie war es, die biomechanischen und anatomischen Eigenschaften von Kalbs-, Schafs- und Schweinewirbelsäulen zu bestimmen und mit denen der menschlichen zu vergleichen. Vor allem Kalbs- aber auch Schafswirbelsäulen zeigten erstaunliche Ähnlichkeiten in der Bewegungscharakteristik in den einzelnen Wirbelsäulenabschnitten. Die anatomischen Parameter zeigten zum Teil große Übereinstimmungen zum Teil große Unterschiede. Die Schweinewirbelsäulen zeigten hier im Halsbereich die besten Übereinstimmungen mit dem Menschen. Es ist deshalb wichtig biomechanische und anatomische Größen zu berücksichtigen, wenn eine Entscheidung für ein Modell getroffen werden muß.

In vitro Testung eines neu entwickelten HWS- und eines LWS-Cages

H.-J. Wilke, A. Kettler, L. Claes

Projekte 363, 370

Förderung: Industrie

Bei der operativen Behandlung degenerativer Bandscheibenerkrankungen werden häufig Cages eingesetzt. Dabei handelt es sich um Implantate, die als Abstandshalter in die betroffenen Bandscheibenfächer implantiert werden, um damit die ursprüngliche Segmenthöhe wieder herzustellen. Ihre Käfigform soll ein Einwachsen von Knochen und damit eine knöcherne Fusion ermöglichen. Hierzu muß eine möglichst hohe Primärstabilität gewährleistet werden, die auch unter zyklischer Belastung möglichst wenig abnehmen sollte. Desweiteren sollte ein Dislozieren sowie ein zu starkes Einsintern oder Einbrechen der Cages in die benachbarten Wirbelkörper verhindert werden.

In den vorliegenden Projekten wurde begonnen, den neu entwickelten WING HWS-Cage (Medinorm AG, Quierschied) und den neu entwickelten Zientek LWS-Cage (Zientek Medizintechnik, Remshalden) sowie zum Vergleich mehrere bereits etablierte HWS- und LWS-Cages auf diese Problematiken hin in in vitro Testreihen zu untersuchen. Dabei sollen Ausreißtests, Sinterungstests, Flexibilitätstests vor und nach zyklischer Belastung sowie Kompressionstests durchgeführt werden.

Die bisherigen Auswertungen bezüglich der HWS-Cages deuten darauf hin, daß der neu entwickelte WING Cage ebenso wie der AcroMed HWS-Cage eine deutlich geringere Sinterungstendenz zeigen als der BAK/C Cage.

Die ersten Tests mit den LWS-Cages liesen erkennen, daß der neue Zientek LWS-Cage im Vergleich zu dem in Form und Implantationsmodus ähnlichen Stryker LWS-Cage eine geringere Dislokationstendenz sowie eine höhere Primärstabilität mit geringerem Stabilitätsverlust während zyklischer Belastung aufweist.

 

 

Neuentwicklung eines thorakoskopisch implantierbaren Stabilisationssystems zur Behandlung von Frakturen der Wirbelsäule

M. Schultheiss, H.-J. Wilke, E. Hartwig, L. Kinzl, L. Claes

Projekt 346

Förderung: Abteilung

Ein minimal invasives, endoskopisches Intervenieren an der Wirbelsäule stellt bedingt durch technische (3-D-Kamera) und operative (endoskopisches Zwerchfellsplitting) Möglichkeiten und therapeutische Vorteile für den Patienten eine sinnvolle Alternativtechnik in der Behandlung von traumatischen und tumorösen Läsionen dar. Ziel dieser Studie war deshalb die Neuentwicklung eines endoskopisch implantierbaren ventralen Stabilisationssystems mit verbesserter Schraubenhaltefestigkeit im Wirbelkörper zur Behandlung von thorakalen und thorokalumbalen Frakturen der Wirbelsäule, da es für die endoskopische Implantationstechnik derzeit kein speziell adaptiertes Implantat gibt.

Die Primärstabilität des Gesamtsystems ließ sich in einer biomechanischen in vitro Testung gemäß standardisierten Anforderungen im worst case Modell einer Korpektomie von Th12 eruieren und so mit konventionellen Systemen (Kaneda Systeme, USS ventral/ dorsal, Fixateur interne) vergleichen.

Das neue primärstabile endoskopisch implantierbare Stabilisationssystem bietet mit verbesserter Haltefestigkeit, speziell im osteoporotischen Wirbelkörper, die Grundlage zur Anwendung der minimal invasiven, thorakoskopischen Technik in der Frakturbehandlung der Wirbelsäule.

Die Praktikabilität des neuen Systems wird sich in anatomischen und klinischen Studien zeigen.

Verbesserte Haltefestigkeit im Wirbelkörper durch einen neuen Schraubdübel

Förderung: Abteilung

In den letzten 10 Jahren haben sich Frakturen an der Wirbelsäule, bedingt durch Osteoporose, annähernd verdoppelt. Lockerung und Materialversagen im osteoporotisch geschwäch-ten Knochen machen die Frakturversorgung mit gängigen ventralen Systemen derzeit problematisch. Dies ist zurückzuführen auf einen schlechten Schraubenhalt in den angrenzenden Segmenten. Diese Studie verglich das biomechanische Verhalten eines durch geometrische Optimierung an die speziellen Gegebenheiten des osteoporotischen Knochen angepassten neuen Schraubdübels, dessen Haltefestigkeit sich durch nachträgliche Zementierung durch den Dübel hindurch im Falle eines schlechten Schraubenhaltes noch verbessern läßt mit gängigen Verankerungsmethoden. Die Ausreißkraft des neuen zementierten wie unzementierten Schraubdübels sowie der anderen Systeme wurde an Kalb- und osteoporotischen Humanwirbelkörpern getestet. Der neue Schraubdübel zeigt eine verbesserte Haltefestigkeit im Wirbelkörper wie auch im osteoporotischen Knochen mit zusätzlichem Zementenhancement.

Der neue Schraubdübel wird neueren endoskopisch implantierbaren Stabilisations-systemen als Verankerung dienen. Biomechanische Testungen dieser neuen Systeme folgen vor der klinischen Erprobung.

Entwicklung eines biodegradierbaren Komposit-Werkstoffes zur Herstellung von Implantaten und Knochenersatzmaterialien für die Unfallchirurgie und Orthopädie

Projekte 204, 260, 272, 309, 310

Förderung: BMBF

Ein Projektblock beschäftigt sich mit der Entwicklung neuartiger resorbierbarer Knochenersatzmaterialien, die aus einer Polymer- und einer Keramikkomponente bestehen. Ziel ist, daß die Materialien nach einer initialen Osteointegration im Zuge des anschließenden Knochenumbaus möglichst vollständig durch neugebildeten Knochen substituiert werden. Im Zuge der Entwicklung dieser Materialien wurden in vitro Degradationstests durchgeführt, mit deren Hilfe die Resorptionszeit und die biomechanischen und chemischen Veränderungen im Verlauf des Abbaus untersucht wurden. Weiterhin wurden umfangreiche in vitro Biokompatibilitätsstudien im Zellkulturlabor durchgeführt, die als Screening-Methoden zur Beurteilung der unspezifischen Toxizität der Materialien dienten. Die Ergebnisse der in vitro Studien zeigten, daß die Materialien in ihrer Festigkeit in etwa dem spongiösen Knochen entsprechen. Die in vitro Biokompatibilität der Einzelkomponenten und der Komposite wird, je nach chemischer Zusammensetzung und Behandlung der Keramikkomponente, als sehr gut bis mäßig bewertet. Anhand dieser Studien wurden die besten Materialien, ein Komposit aus Tricalciumphosphat und Polylactid und eines aus einer schnell resorbierbaren Glaskeramik und Polylactid ausgewählt und im Tierversuch am Schaf auf ihre Funktionalität getestet.

Hierzu wurden die Materialien entweder in einem neuen teilbelasteten Modell unterhalb des Tibiaplateaus oder unikortikal in die Tibiadiaphyse (weitgehend unbelastet) implantiert. Die biomechanischen Ergebnisse nach 6 und 12 Monaten Implantationszeit zeigen, daß beide Komposite bei Defektauffüllung im spongiösen Knochen Druckfestigkeiten wie autologe Spongiosa aufwiesen, oder autologe Spongiosa sogar übertrafen. Nach 24 Monaten waren die Druckfestigkeiten jedoch deutlich schlechter. Quantitative histologische Auswertungen zeigten, daß in den Knochenersatzmaterialien neuer Knochen in einer Größenordnung wie auf der gesunden, nicht operierten Seite gebildet wurde. Diese Knochen war jedoch nach 24 Monaten zum großen Teil avital. Bisher können daher die Komposite nicht für die klinische Anwendung empfohlen werden.

PUR-Komposit als Werkstoff für den langzeitstabilen Hartgewebeersatz

A. Ignatius, K. Unterricker, L. Claes

Projekt 272

Förderung: BMBF

Ein weiteres Projekt befaßt sich mit der Entwicklung und Prüfung eines nicht-resorbierbaren Kompositmaterials aus Polyurethan und Bioglas. Dieses Material soll als permanentes Implantatmaterial z.B. im Bereich des Wirbelkörperersatzes und in der Gelenkendoprothetik verwendet werden. Die Keramikkomponente soll aufgrund ihrer osteokonduktiven Eigenschaften die knöcherne Integration des Polyurethans wesentlich verbessern. Hierzu wurde das Materialien in einem neuen teilbelasteten Modell unterhalb des Tibiaplateaus und unikortikal in die Tibiadiaphyse (weitgehend unbelastet) implantiert. Als Referenzmaterial wurde Reintitan mit in den Versuch aufgenommen. Die biomechanischen Ergebnisse ergaben im teilbelasteten Implantationsmodell nach 6 Monaten Implantationszeit höhere Scherfestigkeiten für Titan, nach 24 Monaten Implantation jedoch höhere Scherfestigkeiten für das Komposit. Im unbelasteten unikortikalen Modell ergaben Ausstoßversuche zu allen Zeitpunkten höhere Scherfestigkeiten für das Kompositmaterial. In der histologischen Auswertung zeigte das neue Material eine ausgezeichnete Biokompatibilität. Derzeit werden rasterelektronenmikroskopische und EDX Analysen durchgeführt, die weitere Daten zur Zusammensetztung des Interface liefern sollen. Die Ergebnisse werden für 1999 erwartet

Optimierung biodegradierbarer Polymere: Variation der Kristallinität und Zusatz basischer Keramiken

A. Ignatius, L. Claes

Projekt 335

Förderung: Kompetenzzentrum für Biomaterialien im Knochenkontakt (BMBF)

Bioresorbierbare Polymere werden in zunehmendem Ausmaß zur Fixation gering belasteter Frakturen verwendet. Die Polyester mit den beiden Hauptvertretern Polylactid, Polyglycolid und ihre Copolymere werden am häufigsten verwendet. Gelegentlich wird jedoch über unspezifische Entzündungsreaktionen und Osteolysen am Implantationsort berichtet. Zur Klärung der Ursache dieser Reaktionen wird in vorliegendem Projekt der Einfluß der Konzentration verschiedener resorbierbarer Polymere in Abhängigkeit von der lokalen Durchblutungssituation auf die Biokom-patibilität in einem Tiermodell ermittelt (Teil A). Hierbei werden 4 Polymere, Poly(L-lactid), Poly(L,DL-lactid), Polyglycolid und Polydioxanon untersucht. In einem weiteren Projektteil (Teil B) wird der Einfluß verschiedener Kristallinitäten (hochkristallin, niederkristallin, amorph) von Polylactid auf die Entstehung von unspezifischen Entzündungsreaktionen und Osteolysen untersucht. Schließlich werden Komposite aus Polylactid und verschiedenen Konzentrationen an Trikalziumphosphat hergestellt und im gleichen Tiermodell auf ihre Gewebeverträglichkeit geprüft (Teil C).

Hierzu werden zunächst die Polymere und Komposite hergestellt und chemisch charakterisiert. Die Polylactide und das Polyglycolid wurden im Institut für Textil- und Verfahrenstechnik in Denkendorf bei Prof. Dr. Planck hergestellt. Das PDS wurde von Firma Ethicon zu Verfügung gestellt, die Komposite von Firma Biovision gefertigt. Zur Festlegung der Implantationszeiten wurden die Materialien in vitro bei 37°C degradiert. An verschiedenen Expositionszeitpunken wurden die inhärente Viskosität, das Molekulargewicht und die Kristallinität bestimmt. Anschließend sollen die Materialien an 2 Lokalisationen (spongiös und kortikal) in die Tibia des Schafes implantiert werden. Nach der festgelegten Implantationszeit soll die histomorphometrische Auswertung des Implantatlagers und die Bewertung der verschiedenen Materialmodifikationen erfolgen. 1998 wurden die Materialien hergestellt und die Degradationsversuche sowie die chemische Charakterisierung durchgeführt. Die Tierexperimente werden 1999 durchgeführt.

 

Entwicklung neuer, resorbierbarer Folien aus Verbundmaterialien zur Verbesserung der Knochendefektbehandlung in der Kieferchirurgie

A. Ignatius, L. Claes, M. Ohnmacht

Projekt 338

Förderung: Kompetenzzentrum für Biomaterialien im Knochenkontakt (BMBF)

Dieses Projekt wird in Kooperation mit der Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie des Bundeswehrkrankenhauses Ulm (Prof. Dr. Dr. J. Kreidler) bearbeitet.

Das Ziel ist die Herstellung einer resorbierbaren Folie zur speziellen Anwendung im Rahmen der dentalen Implantologie. Die Folie soll eine physikalische Barriere bilden und das Hineinwachsen von Fibroblasten in den Knochendefekt verhindern (Prinzip der Guided Bone Regeneration). Gleichzeitig soll die Folie eine gute Biokompatibilität besitzen und gut formbar sein. Schließlich soll die Folie eine geeignete Degradationskinetik besitzen. Die Folie soll aus Material auf der Basis von Polylactid gefertigt werden und auf der dem Knochendefekt zugewandten Seite eine Schicht aus Trikalziumphosphat erhalten. Diese Schicht soll zum einen die Folie versteifen, zum anderen besitzt TCP osteokonduktive Eigenschaften und soll somit die Neubildung von Knochen unter der Folie beschleunigen. 1998 wurde die Folie durch Heißpressen hergestellt und keramisch beschichtet. Weiterhin wurden die ersten Degradationsversuche durchgeführt. Die Tierexperimente sollen 1999 begonnen werden.

 

 

 

 

In vitro Degradation und Scherprüfung resorbierbarer Pins

A. Ignatius, L. Claes

Projekt 331

Förderung: Abteilung

Das Ziel des Projekts ist die vergleichende Untersuchung der Scherfestigkeit des Polypin® (Biovision), des Ethipin® (Ethicon) und des Biofix® (Braun-Dexon GmbH) nach in vitro Degradation bei 37°C. Die Degradationsversuche wurden 1998 abgeschlossen. Die initiale Scherfestigkeit des Polypin lag in der gleichen Größenordnung wie die des Ethipin®, war jedoch signifikant geringer als die des Biofix®. Der Festigkeitsverlust über die Zeit war jedoch beim Polypin wesentlich geringer als bei den anderen Pins, weswegen sein Einsatz nicht auf schnell heilende Frakturen beschränkt ist.

 

 

 

 

In vitro Degradation und Festigkeitsprüfung resorbierbarer Pins

A. Ignatius, L. Claes

Projekt 317

Förderung: Biovision

Das Ziel des Projekts ist die Festigkeitsuntersuchung verschiedener resorbierbarer Stifte aus Polylactid mit unterschiedlichen Anteilen resorbierbarer Keramik nach in vitro Degradation bei 37°C. Die Degradation wurde 1998 abgeschlossen.

 

 

 

In vitro Untersuchungen zur Biokompatibilität verschiedener Prothesenoberflächen an Osteoblasten und Fibroblasten

C. Schmidt, A. Ignatius, L. Claes

Projekt 337

Förderung: Kompetenzzentrum für Biomaterialien im Knochenkontakt (BMBF)

In diesem Projekt werden primäre humane Osteoblasten auf verschiedenen Materialien, die bereits als Prothesenmaterialien Verwendung finden, kultiviert. Als Materialien stehen Scheibchen aus Reintitan, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb in zwei verschiedenen Oberflächenbearbeitungen, Stahl und hochmolekulares Polyethylen zur Verfügung. ThermanoxÔ dient als Kontrolle. Zu verschiedenen Zeitpunkten werden die Morphologie, Adhäsion, Proliferation, die extrazelluläre Matrix (Fibronektin, Kollagen Typen I und III), die Bildung osteoblastentypischer Differenzierungsmarker (Alkalische Phosphatase, Osteocalcin) sowie die Freisetzung regulatorischer Substanzen (Transforming Growth Factor-b ; Zytokine) untersucht.

Das Jahr 1998 stand hauptsächlich in der Anpassung bereits evaluierter Methoden an das Projekt sowie die Erarbeitung neuer Methoden zur Fragestellung. Im zweiten und dritten Quartal begannen die Versuche.

Mittlerweile sind die Versuche zur Proliferation, der Bestimmung der Alkalischen Phosphatase-Aktivität, der Osteocalcin- und der Fibronektinbestimmung abgeschlossen und werden ausgewertet.

 

 

 

 

 

 

Durchflußzytometrische Untersuchung der Integrinexpression von Osteoblasten nach Kontakt mit Prothesenoberflächen

C. Schmidt, T. Henke*, C. Willy*, A. Ignatius, L. Claes

*Bundeswehrkrankenhaus Ulm

Projekt 350

Förderung: Abteilung

Der primären Adhäsion von Osteoblasten auf Implantatoberflächen kommt eine Schlüsselrolle im Einwachsen von Endoprothesen in den Knochen zu. Von ihr hängen Parameter wie die Proliferation und Differenzierung der Knochenzellen ab. Direkt an der Zellanheftung beteiligt sind Integrine, membranständige Proteine, die als Rezeptoren für Extrazellulärmatrixmoleküle dienen. Durch die Quantifizierung von Integrinen/Integrinuntereinheiten lassen sich Aussagen zur Anheftung von Osteoblasten an Implantatmaterialien und damit zur Biokompatibilität der Materialien treffen.

In diesem Projekt soll zu verschiedenen Zeitpunkten der Osteoblastenanheftung die Menge der Integrinuntereinheiten a _v und b ₁ auf unterschiedlichen Implantatmaterialien mittels Durchflußzytometrie bestimmt werden. Ziel ist die vergleichende Bewertung der Materialien bzgl. ihrer Biokompatibilität und Osteointegration.

1998 wurde begonnen, die Durchflußzytometrie für Osteoblasten zu optimieren.

Akkreditierung nach EN 45001

W. Ohmayer

Projekt 311

Förderung: Abteilung

Im Zuge der Harmonisierung des EU-Binnenmarktes wird es immer wichtiger, nach europaweit anerkannten Regeln zu arbeiten. Für ein Prüflabor sind diese Regeln in der Qualitätsmanagement-Norm EN 45001 festgelegt. Hierbei handelt es sich um eine Richtlinie, die die Erfüllung gewisser Kriterien, wie z.B. die Dokumentation aller Tests, die Sicherstellung geeigneter Prüfverfahren und Umgebungsbedingungen, die Kalibrierung der verwendeten Messgeräte sowie eine ständig dem Stand der Wissenschaft und Technik angepasste Qualifikation der Mitarbeiter verlangt.

Durch die Akkreditierung nach EN 45001 soll potentiellen Auftraggebern die Möglichkeit gegeben werden, ihre Implantate bei einem anerkannten, akkreditierten Prüflabor testen zu lassen, was die Akzeptanz der Produkte und das Vertrauen in die Produkte international erhöht und Wettbewerbsvorteile bringt.

Die Einhaltung dieser Kriterien wurde im März 1999 durch eine unabhängige Stelle, in unserem Fall die ZLG (Zentralstelle der Länder für Gesundheitsschutz bei Medizinprodukten), in einer Begutachtung überprüft. Die Begutachtung ergab, dass die Anforderungen der Norm zum größten Teil erfüllt sind. Die gefundenen kleinen Abweichungen sind bereits beseitigt und damit steht dem Erhalt der Akkreditierungsurkunde nichts mehr im Wege.

Publikationen

Bücher

1. Wilke H.-J., Claes L.E. (1998) Die traumatische und degenerative Bandscheibe. Hefte zu der Unfallchirurg, Hrsg. Wilke, Claes, Springer Verlag, Heidelberg 1997.

 

Originalarbeiten

1. P. Augat, K. Margevicius, J. Simon, S. Wolf, G. Suger, L. Claes (1998) Local Tissue Properties in Bone Healing: Influence of Size and Stability of the Osteotomy Gap. Journal of Orthopaedic Research, 16, 475-481.

L. Claes (1998) Ist die Stoßwellentherapie für die Knochenbruchbehandlung wissenschaftlich begründet? Fortschritt und Fortbildung in der Medizin, Band 22, 129-134.

L. Claes, S. Wolf, A. Ignatius (1998) Mechanische Eigenschaften von biodegradablen Polymeren und Keramiken. OP-Journal, 14, 230-233.

L. Claes, A. Ignatius, K. Rehm, Ch. Scholz (1998) Der Knochenfixationsstift Polypin. OP-Journal, 14, 256-259.

L. Claes, C. Heigele, C. Neidlinger-Wilke, D. Kaspar, W. Seidl, K. Margevicius, P. Augat (1998) Effects of Mechanical Factors on the Fracture Healing Process. Clinical Orthopaedics and Related Research, 355S, 132-147.

G. N. Duda, K. Eckert-Hübner, R. Sokiranski, A. Kreutner, R. Miller, L. Claes (1998) Analysis of Inter-Fragmentary Movement as a Function of Musculoskeletal Loading Conditions in Sheep. Journal of Biomechanics, 31, 201-210.

G. N. Duda, H. Kirchner, H.-J. Wilke, L. Claes (1998) A Method to Determine the 3-D Stiffness of Fracture Fixation Devices and ist Application to Predict Inter-Fragmentary Movement. Journal of Biomechanics, 31, 247-252.

G. Duda, M. Heller, J. Albinger, O. Schulz, E. Schneider, L. Claes (1998) Influence of Muscle Forces on Femoral Strain Distribution. Journal of Biomechanics, 31, 841-846.

A. Ignatius, L. Claes (1998) Die biologische Antwort auf biodegradable Kunststoffe In-vitro-Biokompatibilität von biodegradablen Polymere. OP-Journal, 14, 239-244.

U. Quint, H.-J. Wilke, F. Löer, L. Claes (1998) Laminectomy and Functional Impairment of the Lumbar Spine: The Importance of Muscle Forces in Flexible and Rigid Instrumented Stabilization - A Biomechanical Study in Vitro. European Spine Journal, 7, 229-238.

U. Quint, H.-J. Wilke, F. Löer, L. Claes (1998) Funktionelle Folgen operativer Dekompressionen am lumbalen Bewegungssegment — eine biomechanische Studie in vitro. Z. Orthop. 136, 350-357.

U. Quint, H.-J. Wilke, F. Löer, L. Claes (1998) Statische und dynamische Stabilisierungsmöglichkeiten der Wirbelsäule bei Läsionen des anterioren und posterioren Ligamentkomplexes. Der Unfallchirurg 9, Heft 101, 684-690.

U. Quint, H.-J. Wilke, F. Löer, L. Claes (1998) Zur Primärstabilität nach dorso-ventraler Stabilisierung bei lumbalen ligamentären oder ossären Läsionen. Med. Orth. Tech. 118, 154-159.

U. Quint, H.-J. Wilke, A. Shirazi-Adl, M. Parnianpour, F. Löer, L. Claes (1998) Importance of the Intersegmental Trunk Muscles for the Stability of the Lumbar Spine. Spine, Vol. 23, No. 18, 1937-1945.

K. Rehm, L. Claes (1998). Die programmierte Vergänglichkeit: Was ist "biodegradabel"? OP-Journal, 14, 228-229.

D. Rosenbaum, H.-P. Becker, H.-J. Wilke, L. Claes (1998) Tenodeses Destroy the Kinematic Coupling of the Ankle Joint Complex. The Journal of Bone and Joint Surgery, 80-B, 162-168.

H.-J. Wilke, M. Schultheiss, M. Arand, L. Claes (1998) Stabilisationsverfahren der thorako-lumbalen Wirbelsäule. Osteosynthese International 6, 129-138.

H.-J. Wilke, B. Jungkunz, K. Wenger, L. Claes (1998) Spinal Segment Range of Motion as a Function of in Vitro Test Conditions: Effects of Exposure Period, Accumulated Cycles, Angular-Deformation Rate, and Moisture Condition. The Anatomical Record 251, 15-19.

H.-J. Wilke, K. Wenger, L. Claes (1998) Testing Criteria for Spinal Implants: Recommendations for the Standardization of in Vitro Stability Testing of Spinal Implants. European Spine Journal 7, 148-154.

S. Wolf, A. Janousek, J. Pfeil, W. Veith, F. Haas, G. Duda, L. Claes (1998) The Effects of External Mechanical Stimulation on the Healing of Diaphyseal Osteotomies Fixed by Flexible External Fixation. Clinical Biomechanics 13, 359-364.

 

 

Buchbeiträge

 

1. K. Eckert-Hübner, L. Claes (1998). Biomechanische Einflüsse auf die Gewebedifferenzierung und Vaskularisierung im Kallus. In: Der Unfallchirurg, 62. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie e.V. Hrsg.: L.Kinzl, K. E. Rehm. Springer Verlag, 632-633.

G. N. Duda, L. Claes (1998) Rahmenbedingungen der Frakturheilung: Einfluß der muskuloskelettalen Belastung auf die Spaltbewegung. In: Der Unfallchirurg, 62. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie e.V. Hrsg.: L.Kinzl, K. E. Rehm. Springer Verlag, 633-634.

A. Janousek, J. Pfeil, S. Wolf, H. Hertz, G. Schlag, L. Claes (1998) Histosequenzmarkierung zur Darstellung endostaler, corticaler und periostaler Knochenbruchheilung. In: Der Unfallchirurg, 62. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie e.V. Hrsg.: L.Kinzl, K. E. Rehm. Springer Verlag, 644-645.

E. Mayr, A. Laule, G. Suger, L. Claes, A. Rüter (1998) Beschleunigt niedrig intensiver Ultraschall die Regeneratreifung bei der Kallusdistraktion? In: Der Unfallchirurg, 62. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie e.V. Hrsg.: L.Kinzl, K. E. Rehm. Springer Verlag, 701-702.

J. Pospiech, H.-J. Wilke, L. Claes, D. Stolke (1998) Die ventrale zervikale Fusion — intradiskale Druckänderungen in den Nachbarsegmenten. In: Die traumatische und degenerative Bandscheibe, H.-J. Wilke und L. Claes (Hrsg.). Hefte zu "Der Unfallchirurg", Springer Verlag, 33-42.

L. Rudig, H.-J. Wilke, L. Claes, J. Degreif (1998) Das traumatisierte Bewegungssegment nach instabilen thorakolumbalen Wirbelfrakturen — eine klinisch-experimentelle In-vivo-Studie zur Segmentstabilität. In: Die traumatische und degenerative Bandscheibe, H.-J. Wilke und L. Claes (Hrsg.). Hefte zu "Der Unfallchirurg", Springer Verlag, 43-51.

G. Suger, A. Laule, L. Claes, L. Kinzl (1998) Quantitativ histologische Bestimmung der Gewebedifferenzierung in Distraktionskallus in Abhängigkeit von unterschiedlichen Fixateursteifigkeiten. In: Der Unfallchirurg, 62. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie e.V. Hrsg.: L.Kinzl, K. E. Rehm. Springer Verlag, 658-660, 1998

M. Schultheiss, E. Hartwig, H.-J. Wilke, L. Claes, L. Kinzl (1998) Neuentwicklung eines thorakoskopisch implantierbaren Stabilisationssystems mit verbesserter Schraubenhaltefestigkeit zur Behandlung von Frakturen der Wirbelsäule — Design und biomechanische Prüfung — In: Der Unfallchirurg, 62. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie e.V. Hrsg.: L.Kinzl, K. E. Rehm. Springer Verlag, 730-731.

H.-J. Wilke, K. Fischer, B. Jeanneret, L. Claes, F. Magerl (1998) In-vivo-Messungen der schmerzverursachenden Wirbelsäuleninstabilität. BGW Forschungsprojekt Wirbelsäule Prävention Rehabilitation Begutachtung, Heft 2, 201-210.

H.-J. Wilke, P. Neef, M. Caimi, T. Hoogland, L. Claes (1998) Neue intradiskale In-vivo-Druckmessungen bei Alltagsbelastungen. In: Die traumatische und degenerative Bandscheibe, H.-J. Wilke und L. Claes (Hrsg.). Hefte zu "Der Unfallchirurg", Springer Verlag, 16-24.

H.-J. Wilke, K. Fischer, B. Jeanneret, C. Schultheis, F. Magerl, L. Claes (1998) Instabilität als Schmerzursache bei Bandscheibenschäden — Untersuchungen mit dem Fixateur externe. In: Berufsbdingte Erkrankungen der Lendenwirbelsäule. D. Wolter und K. Seide (Hrsg.), Springer Verlag, 146-160.

 

 

Abstracts

 

1. O. Betz, A. Ignatius, L. Claes (1998) Komposite aus TCP/Polylactid und GB14N/Polylactid als Knochenersatzmaterialien im teilbelasteten Implantatmodell. Werkstoffwoche 1998, Kurzfassungen Vorträge/Poster.

M. Bottlang, M. Simnacher, L. Claes and R. Brand (1998) A Cell Strain System for Small Homogenous Strain Applications. Transactions of the 44th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, 23, 986.

L. Claes, J. Laule, G. Suger and L. Kinzl (1998) Enhancement of Callus Maturation after Segmental Transport by Serum Factor XIII. Book of Abstracts, ASAMI, 21.

L. Claes, J. Laule and G. Suger (1998) Serum Factor XIII Enhances the Maturation of Distraction Callus after Segmental Transport. Transactions of the 44th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, 23, 262.

L. Claes, J. Laule, G. Suger, L. Kinzl (1998) Serum Factor XIII Enhances Maturation of Callus. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 39-40.

L. Claes, A. Ignatius (1998) Keramiken als Implantatmaterialien im knöchernen Bewegungsapparat. Book of Abstracts, Jahrestagung 1998 der Deutschen Gesellschaft für Biomaterialien "Funktionalisierung von Biomaterialien: Zellkultur — Wachstumsfaktoren".

L. Claes, T. Schmickal, B. Kisse, A. Wentzensen, M. Arand, W. Mutschler, R. Grass, C. Eggers, H. Gerngroß (1998) Monitoring and Analyses of Bone Healing of 100 Tibia Fractures. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 72.

L. Claes, W. Boch, H. Gerngroß (1998) Dosisabhängige Beschleunigung der Frakturheilung durch systemische Faktor XIII Gabe. Book of Abstracts, Jahrestagung 1998 der Deutschen Gesellschaft für Biomaterialien "Funktionalisierung von Biomaterialien: Zellkultur — Wachstumsfaktoren".

L. Claes (1998) Breakout Session 3: Mechanical Enhancement of Callus Healing. Clinical Orthopaedics and Related Research, 355S, 356.

G. Duda, M. Heller and L. Claes (1998) Influence of Thich Muscle Forces on Femoral Strain Distribution. Transactions of the 44th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, 23, 413.

G. Duda, K. Eckert-Hübner and L. Claes (1998) Analysis of Interfragmentary Movement as a Function of Musculoskeletal Loading Conditions. Transactions of the 44th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, 23, 727.

K. Eckert-Hübner, L. Claes (1998) Callus Tissue Differentiation and Vascularization under Different Conditions. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 11.

C. Heigele, L. Claes (1998) Finite Element Analysis of the Local Strains and Hydrostatic Pressure in Drill Hole Defects. Journal of Biomechanics 31, Suppl. 1, 12.

C. Heigele, L. Claes (1998) Magnitudes of Local Stress and Strain along Bony Surfaces Predict the Course and Type of Fracture Healing. Journal of Biomechanics 31, Suppl. 1, 51.

M. Heller, G. Duda, L. Claes (1998) Femoral Strain Distribution under Complex Thigh Muscle Loading During Gait. Journal of Biomechanics 31, Suppl. 1, 147.

Ignatius, L. Claes (1998) In Vitro Degradation of Different Bioresorbable Pins for the Reduction of Small Bony Fragments. Book of Abstracts, 14^th European Conference on Biomaterials, 113.

Ignatius, L. Claes (1998) Biokompatibilität resorbierbarer Polymere in vitro: Poly(L, DL-lactid) und Poly(L-lactid-co-glycolid). Book of Abstracts, Jahrestagung 1998 der Deutschen Gesellschaft für Biomaterialien "Funktionalisierung von Biomaterialien: Zellkultur — Wachstumsfaktoren".

D. Kaspar, O. Holbein, W. Seidl, R. Minholz, G. Suger, L. Kinzl, L. Claes (1998) Systemische Effekte mechanischer Stimulierung bei der Kallusheilung. Osteologie, Supplement 1, Abstract-Texte, Band 7, 46.

D. Kaspar, W. Seidl, C. Neidlinger-Wilke, L. Claes (1998) Physiological Dynamic Strain Amplitudes Increase Human Osteoblast Proliferation but Decrease Osteocalcin Synthesis in Vitro. Journal of Biomechanics 31, Suppl. 1, 171.

D. Kaspar, O. Holbein, W. Seidl, R. Minholz, G. Suger, L. Claes (1998) Bone Cell Mitogens Increase During Callus Healing. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 17.

D. Kaspar, O. Holbein, G. Krischak, T. Henke, L. Claes (1998) Kallusheilung induziert osteogene Faktoren. Book of Abstracts, Jahrestagung 1998 der Deutschen Gesellschaft für Biomaterialien "Funktionalisierung von Biomaterialien: Zellkultur — Wachstumsfaktoren".

G. Krischak, P. Augat, I. Hoellen, N. Wachter, L. Kinzl, L. Claes (1998) Einfluss der Knochenmineraldichte, Knochenstruktur und radiologischer Indices auf die mechanischen Eigenschaften des trabekulären Knochens. Osteologie, Supplement 1, Abstract-Texte, Band 7, 108-109.

J. Laule, G. Suger, U. Liener, L. Kinzl and L. Claes (1998) CT Measurements for the Evaluation of the Mechanical Properties of Distraction Callus. Book of Abstracts, ASAMI, 10.

E. Mayr, J. Laule, G. Suger, L. Claes and A. Rüter (1998) Low Intensity Ultrasound Accelerates Maturation of Distracted Callus. Book of Abstracts, ASAMI, 14.

E. Mayr, G. Suger and L. Claes (1998) Regenerate Maturation Aided by Low Intensity Ultrasound in Callus Distraction. Transactions of the 44th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, 23, 233

E. Mayr, J. Laule, G. Suger, L. Claes (1998) Beschleunigt niedrig intensiver Ultraschall die Regeneratreifung bei der Kallusdistraktion?. Book of Abstracts, Jubiläumskongress Osteosynthese International, 108.

E. Mayr, J. Laule, G. Suger, L. Claes, A. Rüter (1998) Regenerate Maturation Aided by Low Intensity Ultrasound in Callus Distraction. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 56-57.

Neidlinger-Wilke, O. Holbein, D. Kaspar, G. Krischak, W. Seidl, L. Kinzl, L. Claes (1998) Osteoporotic Bone Derived Osteoblasts Require Higher Strain Magnitudes to Increase Proliferation than Normal Osteoblasts. Book of Abstracts, 14^th European Conference on Biomaterials, 52.

J. Pfeil, A. Janousek, L. Claes, W. Veith and S. Wolf (1998) The Effects of External Mechanical Movement with Different Stimulation on the Healing of Diaphyseal Osteotomies. Book of Abstracts, ASAMI, 13.

T. Pitzen, H.-J. Wilke, B. Jungkunz, W. Caspar, W. I. Steudel (1998) Biomechanical Comparison of a New Monocortical Screw Versus Standard Bicortical Screw in Anterior Cervical Fusion and Plating. Zentralblatt für Neurochirurgie, 103.

U. Quint, H.-J. Wilke, L. Claes (1998) Functional Impairment Following Laminectomy - How much Stability throgh Implants will be Adequate? Book of Abstracts, 2nd Combined Meeting of the European Spine Society and European Spinal Deformities Society, 4.

U. Quint, H.-J. Wilke, L. Claes (1998) The Effect of Selective Lumbar Decompression and Different Stabilisation Methods. Book of Abstracts, 2nd Combined Meeting of the European Spine Society and European Spinal Deformities Society, 12.

U. Quint, H.-J. Wilke, L. Claes (1998) Functional Impairment Following Laminectomy - How much Stability throgh Implants will be Adequate? Journal of Bone and Joint Surgery [Br], 80-B: Suppl. III, 229.

U. Quint, H.-J. Wilke, L. Claes (1998) The Effect of Selective Lumbar Decompression and Different Stabilisation Methods. Journal of Bone and Joint Surgery [Br], 80-B: Suppl. III, 234.

M. Richter, H.-J. Wilke, P. Kluger, L. Claes, W. Puhl (1998) In-Vitro Biomechanical Evaluation of a Newly Developed Monocortical Expansion Screw for the Use in Anterior Internal Fixation of the Cervical Spine - Comparison with 2 Established Internal Fixation Systems. Book of Abstracts, 2nd Combined Meeting of the European Spine Society and European Spinal Deformities Society, 29.

M. Richter, H.-J. Wilke, P. Kluger, L. Claes, W. Puhl (1998) In-Vitro Biomechanical Evaluation of a Newly Developed Monocortical Expansion Screw for the Use in Anterior Internal Fixation of the Cervical Spine - Comparison with 2 Established Internal Fixation Systems. Journal of Bone and Joint Surgery [Br], 80-B: Suppl. III, 244.

W. Seidl, D. Kaspar, C. Neidlinger-Wilke, L. Claes (1998) Einfluss der Dehnungsamplitude auf die Proliferation einer humanen osteoblastischen Zellinie. Osteologie, Supplement 1, Abstract-Texte, Band 7, 30-31.

W. Seidl, D. Kaspar, C. Neidlinger-Wilke, L. Claes (1998) Influence of Hydrostatic Pressure on Human Osteoblasts. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 18.

M. Simnacher, G. Hehl, L. Dürselen, L. Kinzl, L. Claes (1998) In-Vitro Study on Primary PCL Repair: Effects of Augmentation. Journal of Biomechanics 31, Suppl. 1, 109.

G. Suger, J. Laule, L. Claes, L. Kinzl (1998) Histomorphometric Evaluation of the Influence of Fixator Stiffness on Differentiation of Tissues in Distraction Callus. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 7.

M. Schultheiss, L. Claes, H.-J. Wilke, E. Hartwig, L. Kinzl (1998) Enhanced Fixation Strength of a New Anterior Vertebral Body Screw Dowel - A Biomechanical in Vitro Comparison to Existing Devices. Book of Abstracts, International Society for the Study of the Lumbar Spine, Brussels, 223.

M. Schultheiss, M. Simnacher, H.-J. Wilke, K. Wenger, L. Kinzl, L. Claes (1998) Mechanical Characterization of a New Radiolucent Carbon-Fibre-Reinforced Vertebral Bondy. Book of Abstracts, 14^th European Conference on Biomaterials, ORT25.

M. Schultheiss, L. Claes, E. Hartwig, H.-J. Wilke, K. Wenger, L. Kinzl (1998) Enhancement of Vertebral Screw Fixation in Osteoporotic Bone by a Special Hollow Screw Dowel. Book of Abstracts, 14^th European Conference on Biomaterials, ORT25.

N. Wachter, G. Krischak, P. Augat, I. Hoellen, S. Wolf, L. Kinzl, L. Claes (1998) Vorhersagewert von computertomographisch gemessener Knochenmineraldichte und Knochenmorphologie für die mechanische Festigkeit des trabekulären Knochens. Osteologie, Supplement 1, Abstract-Texte, Band 7, 52.

K.H. Wenger, H.-J. Wilke, A. Pross, C. Haid, L. Claes (1998) Vertebral Osseous Endplate Mechancial Properties. A Comparison of Normals, Degeneratives, and Osteoporotics. Book of Abstracts, International Society for the Study of the Lumbar Spine, Brussels, 189.

H.-J. Wilke, A. Kettler, K. Wenger and L. Claes (1998) Which Regions of the Sheep Spine can we Use as a Model for the Human Spine? Transactions of the 44th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, 23, 655.

H.-J. Wilke, P. Neef, M. Caimi, T. Hoogland, L. Claes (1998) Mesure in vivo des pressions intradiscales au cours des avtivités quotidiennes. Xièmes Actualités Médicales du Rachis. La Revue de Médecine Orthopédique, 54, 8-9.

H.-J. Wilke, G. Russo, H. Schmitt, L. Claes (1998) Mechanical Spine Model with Adjustable Stiffness for Implant Testing. Book of Abstracts, 2nd Combined Meeting of the European Spine Society and European Spinal Deformities Society, 6.

H.-J. Wilke, A. Kettler, K. H. Wenger, L. Claes (1998) Anatomy of the Sheep Spine and ist Comparison to the Human. Book of Abstracts, 2nd Combined Meeting of the European Spine Society and European Spinal Deformities Society, 35.

H.-J. Wilke, P. Neef, M. Caimi, T. Hoogland, L. Claes (1998) New Intradiscal Pressure Measurements in Vivo During Daily Activities. Book of Abstracts, International Society for the Study of the Lumbar Spine, Brussels, 191.

H.-J. Wilke, P. Neef, M. Caimi, Th. Hoogland, L. Claes (1998) Ergebnisse und Schlußfolgerungen aus intradiskalen Druckmessungen. Book of Abstracts, Erkrankungen der Lendenwirbelsäule in Pflegeberufen. Sektion Gesundheitswesen, 14.

H.-J. Wilke, T. Pitzen, W. Caspar, B. Jungkunz, W. Steudel, L. Claes (1998) Biomechanical Comparison of a New Monocortical Screw Versus Standard Bicortical Screw in Anterior Cervical Fusion and Plating. Book of Abstracts, 14^th European Conference on Biomaterials, ORT26.

H.-J. Wilke, M. Schultheiss, M. Arand, L. Kinzl, L. Claes (1998) Stability of Anterior, Posterior and Combined Stabilization for the Treatment of Thoracolumbar Burst Fractures — A Biomechanical in Vitro Comparison. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 32-33.

H.-J. Wilke, G. Russo, H. Schmitt, L. Claes (1998) Mechanical Spine Model with Adjustable Stiffness for Implant Testing. Journal of Bone and Joint Surgery [Br], 80-B: Suppl. III, 231.

H.-J. Wilke, A. Kettler, K. H. Wenger, L. Claes (1998) Anatomy of the Sheep Spine and ist Comparison to the Human. Journal of Bone and Joint Surgery [Br], 80-B: Suppl. III, 246-247.

H.-J. Wilke (1998) Dogmen in der Rückenschule sollten nicht existieren. Stellungnahme: Aktion gesunder Rücken. Aktuelle Informationen 16, 18-19.

S. Wolf, A. Ignatius, D. Reif, L. Claes (1998) Mechanische Eigenschaften neuer Knochenersatzmaterialien in Abhängigkeit der Degradationszeit. Osteologie, Supplement 1, Abstract-Texte, Band 7, 40.

S. Wolf, P. Augat, L. Claes (1998) Experimentelle Untersuchungen zur Vorhersage der mechanischen Stabilität von Knochenregionen spongiösen Knochens. Osteologie, Supplement 1, Abstract-Texte, Band 7, 131.

S. Wolf, P. Augat, S. Wan, L. Claes (1998) Experimental Investigations for the Prediction of the Mechanical Stability of Regions of Cancellous Bone. Journal of Biomechanics 31, Suppl. 1, 37.

S. Wolf, A. Ignatius, D. Reif, L. Claes (1998) Mechanical Properties of New Bone Substitute Materials in Dependence of Degradation Time. Journal of Biomechanics 31, Suppl. 1, 49.

S. Wolf, A. Janousek, J. Pfeil, W. Veith, F. Haas, G. Schlag, L. Claes (1998) The Effects of External Mechanical Stimulation on the Healing of Diaphyseal Osteotomies Fixed by Flexible External Fixation. Journal of Biomechanics 31, Suppl. 1, 122.

S. Wolf, A. Janousek, J. Pfeil, L. Claes (1998) Läßt sich die flexibel fixierte Fraktur durch mechanische Anregungen beschleunigen? Book of Abstracts, Jubiläumskongress Osteosynthese International, 104.

S. Wolf, A. Ignatius, D. Reif, L. Claes (1998) Mechanical Strength of New Bone Substitute Materials in Dependence of their Degradation. Book of Abstracts, 14^th European Conference on Biomaterials, 156.

S. Wolf, K. Eckert-Hübner, J. Laule, G. Krischak, H. Reeb, P. Augat, L. Claes (1998) Effect of High Frequency Interfragmentary Movement on Fracture Healing. Book of Abstracts, 6^th Meeting of the International Society for Fracture Repair, 13.