Biomechanische Stabilität mit einem neuen Wirbelkörperersatzimplantat Dreidimensionale Bewegungsanalyse an instrumentierten humanen Wirbelsäulenpräparaten

Zusammenfassung

Mit Synex™ stellen die Autoren ein neues Wirbelkörperersatzimplantat für die Brust- und Lendenwirbelsäule vor. Das Titanimplantat kann bei Verletzungen, posttraumatischen Fehlstellungen oder Tumoren eingesetzt werden, wobei es durch ein stabilisierendes Implantat zu ergänzen ist. Nach dem Einsetzen in den Defekt wird es distrahiert und soll einen festen Sitz mit dreidimensionaler Stabilität ohne die Gefahr sekundärer Dislokation oder Korrekturverlustes gewährleisten.

Fragestellung. Wir untersuchten, welche biomechanische dreidimensionale Stabilität mit Synex™ in Kombination mit einem ventral (Ventrofix™) oder einem dorsal (USS™) stabilisierenden Implantat in vitro erzielt werden kann. Dabei sollte festgestellt werden, welche Unterschiede sich zwischen dorsaler und ventraler Stabilisierung sowie zwischen dem Wirbelkörperersatz durch Synex™ und MOSS™ (Harmskorb) nachweisen lassen.

Methodik. In einem dreidimensionalen Belastungssimulator wurde mit reinen Momenten von 0–7,5 Nm die bisegmentale (T12–L2) neutrale Zone (NZ), elastische Zone (EZ) und Bewegungsumfang (ROM) von 12 humanen Wirbelsäulenpräparaten bestimmt. Nach Korporektomie von L1 wurden in gleicher Weise 4 Implantatkombinationen untersucht: USS™/Synex™, USS™/MOSS™, Ventrofix™/Synex™, Ventrofix™/MOSS™. Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Instrumentierungen sowie denen zum intakten Präparat wurden analysiert.

Ergebnisse. Für mehrere Bewegungsrichtungen konnte mit USS™ eine signifikant größere Stabilität im Vergleich zu Ventrofix™ und zur nativen Wirbelsäule erzielt werden. Für die Rotation konnte mit keiner Implantatkombination die Stabilität der unverletzten Wirbelsäule erreicht werden. Im Vergleich zum Harmskorb konnte mit Synex™ für Extension, Seitneigung und Rotation eine signifikant größere Stabilität der Montage und für Flexion ein Trend zugunsten größerer Stabilität nachgewiesen werden.

Schlussfolgerungen. Die dorsale Stabilisierung ist der rein ventralen biomechanisch überlegen. Synex™ ist mindestens ebenso gut als Wirbelkörperersatz wie der Harmskorb geeignet. Die für mehrere Bewegungsrichtungen nachgewiesene höhere Stabilität lässt vermuten, dass mit Synex™ auch in vivo eine rigidere Konstruktion zu erzielen ist. Dadurch dass Synex™ in situ distrahierbar ist, konnte eine bessere interkorporelle Verspannung erreicht werden. Eine Kompression der ventralen Säule wird nach Implantation des Harmskorbes empfohlen. Dieser Operationsschritt entfällt bei Verwendung von Synex™.

Abstract

The authors present a new implant for vertebral body replacement in the thoracic and lumbar spine. The titanium implant is designated for reconstruction of the anterior column in injury, posttraumatic kyphosis or tumor of the thoracolumbar spine. The instrumentation has to be supplemented by a stabilizing implant. After positioning, the implant is distracted in situ, through which best contact to adjacent end-plates and 3-dimensional stability should be provided. The possibility of secondary dislocation or loss of correction should thereby be minimized.

Objectives. We investigated the biomechanical 3-dimensional stability in vitro, using Synex™ in combination with an anteriorly (Ventrofix™) or a posteriorly (USS™) stabilizing implant. The differences between both stabilizing implants were to be determined. Synex™ was compared with the “Harms titanium mesh cage” (MOSS™) as vertebral body replacement.

Methods. In a 3-dimensional spinal loading simulator, we determined the bisegmental (T12–L2) neutral zone (NZ), elastic zone (EZ), and range of motion (ROM) of 12 human cadaveric spines. After corpectomy of L1 we tested 4 groups of implant combinations: USS™/Synex™, USS™/MOSS™, Ventrofix™/Synex™, Ventrofix™/MOSS™. We analyzed the diferences between each of the instrumentations as well as differences compared to the intact spine.

Results. In most directions, significantly higher stability was achieved with USS™, compared with Ventrofix™ and the intact specimen. For axial rotation, with no instrumentation the stability of the intact spine was restored. With Synex™ a significantly higher stability was noted for extension, lateral bending, and axial rotation in comparison with the Harms cage. A tendency towards more stability for flexion was additionally observed with Synex™. When using MOSS™ in combination with USS™, it was necessary to perform a third operative step for induction of intervertebral compression via the posterior fixator.

Conclusions. The posterior fixation was found to offer superior stability compared to the anterior one. Synex™ was at least comparable to MOSS™ for suspensory replacement of the vertebral body in the thoracolumbar spine. The evidence of higher biomechanical stability with Synex™ leads to the probability of a higher rigidity in vivo. Due to the distractability of Synex™, a better intervertebral compression was achieved. Therefore, an additional tightening of the posterior fixator after insertion of Synex™ was not necessary, in contrast to the Harms cage.