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URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-47115
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2007/4711/


Biomechanische Analysen zur Verbundfestigkeit eines bioresorbierbaren Knochenklebers : experimentelle Untersuchungen am Schafsmodell

Bond strength of a bioresorbable bone adhesive : results of a biomechanical study in a sheep model

Schettler, Nicky


pdf-Format: Dokument 1.pdf (74.446 KB)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Knochenklebstoff , Polymethylmethacrylat , 4-Punkt-Biegung , Kallusbildung , Schafsmodell
Freie Schlagwörter (Englisch): Bone adhesive , polymethylmethacrylate , four-point bending test , callus formation , sheep model
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Zentrum für Chirurgie, Anästhesiologie und Urologie, Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 21.05.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 14.06.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel dieser Arbeit war die Überprüfung der Verbundfestigkeit eines bioresorbierbaren Knochenklebers in einem Osteotomiesegmentmodell an der Schafsulna.


Der Klebstoff basiert auf einer Ethylenglykol-oligolactid-dimethacrylat-Verbindung, dessen Monomere in einer zweistufigen Synthese aus Ethylenglycol, Lactid und Methacrylsäure synthetisierbar sind.


Insgesamt wurden 36 Merinolandschafe einseitig an der Ulna operiert. Die Schafe wurden in eine Kleber- und eine Kontrollgruppe mit jeweils 18 Tieren eingeteilt. Bei jedem Tier wurde standardisiert an der Ulna des linken Vorderlaufes ein 2 cm langes Segment entfernt und mit oder ohne Kleber refixiert. Die Beobachtungszeiträume waren mit 21, 42 und 84 Tagen festgelegt, an denen jeweils 6 Tiere euthanasiert werden sollten.

Die Analyse der Biegefestigkeit des Klebers erfolgte durch die 4-Punkt-Biegung der Schafsulna mit einem prozessorgesteuerten Prüfsystem. Ergänzende morphologische sowie radiologische Analysen wurden durchgeführt.


Nach 21 Tagen zeigten die Messungen, dass die Kleber- [19,27 N/mm2] gegenüber der Kontrollgruppe [15,04 N/mm2] eine nicht signifikant höhere Biegefestigkeit besitzt (p = 0,71). Morphologisch konnte in der Kleber- und der Kontrollgruppe eine beginnende Kallusbildung beobachtet werden.

Nach 42 Tagen wies die Kontrolle [56,53 N/mm2] eine höhere Biegefestigkeit als die Klebergruppe [24,06 N/mm2] auf. Eine Signifikanz wurde nicht beobachtet (p = 0,80). In beiden Gruppen konnte morphologisch und radiologisch eine vorangeschrittene Kallusbildung beobachtet werden.

Nach 84 Tagen zeigte die Klebergruppe [102,83 N/mm2] eine höhere Biegefestigkeit (p = 0,25) als die Kontrolle [58,48 N/mm2]. Im Vergleich zum intakten Knochen konnte nach 84 Tagen in der Klebergruppe eine Biegefestigkeit von 38,79%, in der Kontrolle eine Festigkeit von nur 20,06% erreicht werden.

Morphologisch und radiologisch wies die Kontrolle eine intensivere Kallusbildung auf, was durch die Bestimmung der Osteotomiequerschnittsflächen bestätigt werden konnte (Kontrolle [88,68 mm2], Kleber [56,47 mm2]).

Eine ergänzende biomechanische Analyse durch 4-Punkt-Biegung nach Klebung in vitro schloss sich dem In-vivo-Versuch an:

Nach Polymerisationszeiten des Klebers von 10, 60 und 360 Minuten wurden jeweils 3 geklebte Ulnae in der gleichen Versuchsanordnung getestet.

Die Untersuchungen zeigten einen sichtbaren, nicht signifikanten Anstieg (p = 0,59) der Biegefestigkeit mit einem medianen Wert von 10,60 N/mm2 nach 10 Minuten, 13,43 N/mm2 nach 60 Minuten und 17,32 N/mm2 nach 360 Minuten, während andere Autoren unter ähnlichen Bedingungen mit anderen Knochenklebstoffen Biegefestigkeiten unter 10 N/mm2 erzielten [GIEBEL 1983, RIMPLER 1996].


Die Ergebnisse des In-vivo-Versuches zeigen, dass die mit Knochenkleber versorgten Osteotomien nach 84 Tagen eine nicht signifikant höhere Festigkeit aufweisen als die Leerversuche (p = 0,25). Die signifikant geringere Kallusbildung in der in vivo getesteten Klebergruppe (p = 0,04) lässt auf eine höhere Stabilität im Verlauf der Frakturheilung schließen, während die Kontrolle eine stärkere Kallusbildung bei geringerer Festigkeit aufweist.


Die Ergebnisse sind aufgrund des explorativen Charakters der Datenanalyse als Tendenzen zu betrachten.
Kurzfassung auf Englisch: Gluing is an attractive technique to fix small bone fragments. However, no bone adhesive could be established for clinical use up to now.


The purpose of this experimental study was to investigate the bond strength of a new bioresorbable bone glue based on ethyleneglycol-oligolactide-bismethacrylate on 36 sheep.


A 2 cm long metaphysial osteotomy segment was produced on the left ulna of each sheep by an oscillating saw under continous irrigation and it was not stabilized by any kind of additional osteosynthesis. Bone glue was applied to the osteotomy gap of 18 sheep, the remaining 18 animals served as controls. Six animals with bone glue and 6 controlsheep were euthanized after 21, 42, and 84 days, respectively.

The bond strength and quality of fracture healing after the repair of the osteotomy gap through bone glue compared with a control group was studied by using a four-point bending test through a processor controlled test system and x-ray as a radiological method.

After 21 days a bending stiffness of σ = 19,27 N/mm2 was detected in the group to which the bone glue had been applied. The control group showed a bending stiffness of σ = 15,04 N/mm2 with no significant difference (p = 0,71).

After 42 days postoperatively the bone glue group showed a bending stiffness of σ = 24,06 N/mm2 and the control group a not significant (p = 0,80) higher bond strength of σ = 56,53 N/mm2.

The four-point bending test, lasting 84 days postoperatively showed a bending stiffness of σ = 102,83 N/mm2 in the bone glue group and 58,48 N/mm2 in the control group with no significant difference between the groups (p = 0,25).
Morphological investigations showed more callus formation at the control group with an osteotomy cross-section 1/3 more (88,68 mm2) than at the bone glue group (56,47 mm2) after 84 days (p = 0,04). Whereas larger movements in the osteotomy gap still promote callus formation, the bony consolidation of the fracture is hampered and so the glued osteomies healed with more stability.


In addition to in-vivo-investigation of bond strength of the bone adhesive, in-vitro- gluing of the ulna osteotomy segment was performed, with a four-point bending test after 10, 60 and 360 minutes polymerisation time. The in-vitro-gluing of the ulna osteotomy segment showed a continual increase of bending stiffness (p = 0,59) with 17,32 N/mm2 after 6 hours under dry conditions. Other authors reached by using other kinds of bone adhesives bond strengths lesser than 10 N/mm2 under similar conditions [GIEBEL 1982, RIMPLER 1996].


This bioresorbable bone adhesive exhibited a good bond strength, both in the short-term experiment (21 days) and also in the long time test (84 days) by a first-rate quality of fracture healing.


The results of this study are to see as a trend because of the explorative nature of this data capture.