Implantatbrüche – klinische und fraktographische Untersuchungen

Günther Hildebrandt und Martin Möser


(Beiträge zur Orthopädie und Traumatologie 29 [1982] S. 541-554; digitalisiert 29.05.2007)


Zusammenfassung:

Intraoperative Röntgenaufnahmen und Röntgenaufnahmeserien der Nachbehandlung bei 7 Implantatbrüchen zeigen, dass die Ursache für den Plattenbruch stets in einer ungünstigen biomechanischen Konstellation zu suchen ist. Die Instabilität im Verbundsystem Knochen - Platte folgt der Auswahl eines ungeeigneten Implantates, einer mangelhaften Adaptation, einer fehlenden Abstützung und während der Nachbehandlung einer Teil- oder Vollbelastung bei Kortikalisdefekten oder avaskulären Fragmentzonen.

Fraktographische Untersuchungen machen deutlich, dass es durch die Einwirkung zyklisch wechselnder Beanspruchungen zum Plattenbruch kommt. Rissentstehung und Rissausbreitung werden in der Regel durch Korrosion wesentlich gefördert (Schwingungsrisskorrosion). Platten brechen immer im Lochbereich. Die Kanten der Schraubeneinsenkungen bieten als Orte beträchtlicher Spannungsüberhöhung günstige Bedingungen für den Rissstart. Wurden die Kanten verquetscht, steigt das Bruchrisiko.

Summary

Intraoperative and postoperative radiograms in cases of seven implant fractures show that the cause of plate fractures is invariably due to an unfavourable biomechanic constellation. The instability within the linkage of bones and plate follows the selection of an unsuitable implant, a faulty adaptation, a missing support and, in the course of aftertreatment, partial or full strain in the case of defective cortical or avascular fragment zones.

Fractographic examinations manifest that the breaking of plates is due to the impact of cyclically changing demands. The origin and extension of fissures are, as a rule, mainly promoted through corrosion (corrosion fatigue). Plates invariably break within the region of holes. The edges of the screw depressions, as places of considerably raised tension, offer favourable conditions for the starting of fissures. If the edges are squeezed, the risk of breaking increases.

Einleitung

Eine Zunahme der Osteosynthesen bei offenen Frakturen, primäre und sekundäre Osteosynthesen bei polytraumatisierten Patienten haben neben der Standardisierung des Instrumentariums, der Implantate und der Operationsverfahren seit 1968 in der DDR zu einem erheblichen Anstieg der Osteosynthesezahlen geführt (Hildebrandt 1976). Im Sog der erhöhten Osteosyntheserate folgte auch eine steigende Anzahl von Implantatbrüchen.

In früheren Arbeiten und in Veröffentlichungen außerhalb der Hauptanwendungsgebiete der AO-Implantate wurden verschiedene Faktoren allein oder in ihrer Kombination für die Implantatbrüche verantwortlich gemacht. Das gilt für Loch- und Spaltkorrosion, für Kontakt- und Reibkorrosion, für Einschlüsse und Bearbeitungsfehler. Biochemische Einflüsse, vor allem bei Infektion, wurden ebenfalls diskutiert (Cohen 1962, Cahoon 1968, Frank 1971, Dumbleton 1975, Steinemann 1976). Das Problem der vielgestaltigen Implantatformen und ihrer unterschiedlichen Qualität - vor allem in angloamerikanischer Literatur auffällig - verliert mit der Standardisierung und Optimierung der Implantate durch die Schweizer AO an Bedeutung (Contzen 1967, Matter 1974, Rüedi 1974, Perren 1975).

Im Verlauf der letzten 3 Jahrzehnte hat sich ergeben, dass aus der Chrom-Nickel-Stahl-Reihe nur der sogenannte V 4 A-Stahl (Werksbezeichnung der Fa. Krupp) für die Herstellung metallischer Allenthesen verwendet wird - vom Titan abgesehen. Pohler und Straumann (1975) berichteten über Untersuchungen an 270 frakturierten Implantaten. Danach handelte es sich letztlich in allen Fällen um einen Bruch des Implantats als Folge einer Fehleinschätzung der Biomechanik.

Auch nach Hemminger und Lange (1976) ist die ungünstige biomechanische Situation in erster Linie geprägt von Instabilität - primär durch Wahl eines ungeeigneten Implantates, schlechte Adaptation, fehlende Abstützung, sekundär durch Teil- oder Vollbelastung bei Kortikalisdefekten oder avaskulären Fragmenten.

1. Material

Wir haben 1979 wegen Implantatbruches bei 3 Patienten eine Reosteosynthese vorgenommen, 4 frakturierte Platten und die Röntgenaufnahmeserien wurden uns von anderen Einrichtungen zur Untersuchung überlassen (KKH Waren, St. Elisabeth-Krankenhaus Halle).

Die Implantate waren in 3 Fällen als Zuggurtungs-, in 4 Fällen als Neutralisationsplatten eingebracht worden, jeweils eine Osteosynthese an Humerus, Radius und Tibia und 4 Osteosynthesen am Femur. Alle Platten waren nach Form und Abmessung Erzeugnisse, wie sie von der AO-International empfohlen werden - 3 Platten der Fa. R. Mathys (Synthes), 4 Platten des VEB Königsee (MLW). Die retrospektive Beurteilung der Röntgenaufnahmen in Verbindung mit dem intraoperativen Befund beim Plattenwechsel, in 2 Fällen mit histologischen Befunden, ließ - zunächst ohne Berücksichtigung fraktographischer Untersuchungen - bei allen Implantatbrüchen das gemeinsame Merkmal der ungünstigen biomechanischen Konstellation erkennen. Alle Platten waren einer Biegebeanspruchung ausgesetzt. Nach Perren hat man an den unteren Extremitäten bei dieser biomechanischen Situation mit etwa 100 000 Biegelastwechsel je Monat zu rechnen. In unseren Fällen wurde die Biegebeanspruchung der Platten ermöglicht durch fehlerhafte Entscheidungen bei der Operationsplanung und -technik sowie insbesondere bei der Nachbehandlung (Tabelle I).

Mögliche Ursachen der Biegebeanspruchung und des Implantatbruches
Tabelle I: Mögliche Ursachen der Biegebeanspruchung und des Implantatbruches

2. Implantatmaterial und Schadensformen

Austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl (deutsche Bezeichnung X2CrNiMoN18.12, amerikanische Bezeichnung: AISI 316 N bzw. 316 L). Es handelt sich um einen hochlegierten Stahl (gekennzeichnet durch X) mit 0,02% Kohlenstoff, der mit Chrom, Nickel, Molybdän und Stickstoff legiert ist, wobei der Chromgehalt bei etwa 18% und der Nickelgehalt bei etwa 12% liegt. Die Anteile von Molybdän und Stickstoff, die nicht gesondert angegeben sind, betragen 2-2,5% bzw. 0,12-0,2%. Bei Platten älteren Herstellungsdatums (MLW-Platten vor 1977) kam vorwiegend der Stahl X5CrNiMo18.10 zum Einsatz, der über einen höheren Gehalt an Kohlenstoff verfügt, dem aber der Stickstoff fehlt.

Das Chrom verleiht dem Stahl Beständigkeit gegenüber flächiger Korrosion. Es bildet eine extrem dünne Passivschicht aus Chromoxiden. Nickel und Molybdän verbessern das Korrosionsverhalten zusätzlich; Molybdän erhöht insbesondere den Widerstand gegen Lochfraß. Kohlenstoff steigert die Festigkeit, jedoch ist ein Anteil über 0,03 % unerwünscht. Bei Glühungen unterhalb von 1000 °C bindet dann der Kohlenstoff das Chrom zu Karbiden. Dieser Vorgang vollzieht sich bevorzugt an den Korngrenzen, die ihren Korrosionswiderstand einbüßen. Es führt zum sog. Kornzerfall. Die Absenkung des Kohlenstoffgehaltes von den für V4A-Stahl sonst erlaubten 0,08 % auf 0,02 % erfordert beträchtlichen metallurgischen Aufwand. Der damit verbundene Festigkeitsverlust wird durch die Stickstoffzugabe kompensiert bzw. überkompensiert (Fässler u. a. 1969, Frank und Zitter, 1971). Um den Einschlussgehalt abzusenken, wird der Stahl umgeschmolzen (Pohler und Straumann 1975).

Eisen hat normalerweise ein kubisch-raumzentriertes Gitter, bei Temperaturen oberhalb 911 °C dagegen ein kubisch-flächenzentriertes Gitter. Alle Metalle, die auch bei Raumtemperatur und darunter ein derartiges kubisch-flächenzentriertes Gitter aufweisen, sind dafür bekannt, dass sie auch im kalten Zustand leicht verformbar (duktil) sind, so Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Blei und auch Nickel. Nickel in einer Menge wie im Plattenstahl hat zur Folge, dass dieser Stahl nunmehr auch bei Raumtemperatur eine kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur aufweist. Nach dem englischen Stahlforscher Robert-Austen wird dieser Zustand als austenitisch bezeichnet. Austenitischer Stahl versprödet auch bei sehr tiefen Temperaturen nicht. Weiterhin ist dieser Stahl unmagnetisch und kann nicht, wie Stahl sonst, durch eine Wärmebehandlung gehärtet werden. Eine Steigerung von Härte und Festigkeit lässt sich nur über eine Verformung im kalten Zustand (Kaltverfestigung) erreichen. So wird der Stahl für Platten auch vorwiegend eingesetzt (MLW seit 1977 ausschließlich). Die Bruchfestigkeit beträgt dann etwa 900 MPa. Beim stickstofffreien und kohlenstoffarmen Stahl liegt sie zwischen 600 und 800 MPa. Mehr als die Bruchfestigkeit interessiert die Streckgrenze, diejenige Spannung, bei der sich bleibende (plastische) Verformung einstellt. Die Streckgrenze verfestigter Stähle liegt bei etwa 700 MPa, beim unverfestigten stickstofflegierten Stahl um 300 MPa und bei stickstofffreiem Stahl mit 0,02% C unter 200 MPa.

Gewaltbruch

Die Trennung erfolgt im wesentlichen bei einmaliger Überbelastung. Chrom-Nickel-Stähle, wie sie für Platten verwendet werden, brechen hierbei erst nach stärkerer Verformung. Bei Platten findet sich Gewaltbruch nur als so genannter Restbruch, dessen Anteil, wie unsere Untersuchungen zeigen, gewöhnlich sehr gering ist. Bei der Untersuchung im Rasterelektronenmikroskop (REM) findet sich für den zähen Gewaltbruch eine Wabenstruktur (Abb. l).

Wabenstruktur als Kennzeichen des duktilen Gewaltbruches, Gewaltbruchzone der Platte Nr. 6n
Abb. l: Wabenstruktur als Kennzeichen des duktilen Gewaltbruches, Gewaltbruchzone der Platte Nr. 6

Schwingungsbruch oder Ermüdungsbruch

Beim Aufbringen von Wechsellasten sinkt die Festigkeit, nun als Schwingfestigkeit bezeichnet, je nach Stahlart, auf die Hälfte bis ein Drittel der (Gewalt-) Bruchfestigkeit ab und liegt bei unverfestigten austenitischen CrNi-Stählen ungefähr auf Höhe der Streckgrenze. Der Festigkeitsverlust ist noch größer, wenn Kerben vorhanden sind, da sie lokale Spannungsüberhöhungen zur Folge haben. Als Kerben wirken vor allem auch die beim Biegen der Platten eingebrachten Quetschfalten, des weiteren Lochfraßstellen, aber auch schon die Schraubenlöcher. Das fraktographische Kennzeichen des Schwingungsbruches sind die in Bruchbahnen angeordneten Schwingungsstreifen, die den Rissfortschritt je Lastwechsel markieren (Abb. 2).

Schwingungsrisskorrosion

Bei Anwesenheit eines aggressiven Mediums - und das ist die Körperflüssigkeit durch ihren beträchtlichen Chloridgehalt - kann die Entstehung und Ausbreitung eines Schwingungsrisses erleichtert weiden. Der Einfluss der Korrosion ist umso größer, je niedriger die Lastamplituden und die Belastungsfrequenzen liegen. Letztere überschreiten bei Platten kaum 1 Hz (ein Plattenträger wird sich nicht am Kurzstreckenlauf beteiligen), womit der Schwingungsrisskorrosion beste Voraussetzungen gegeben sind.

Gut ausgeprägte Schwingungsstreifen
Abb. 2. Gut ausgeprägte Schwingungsstreifen, in Bruchbahnen angeordnet. Rissfortschritt je Lastwechsel etwa 2 µm, reine Ermüdung. (Platte Nr. 2, Schenkel 2, Gegenriss in Abb. 8); Rissausbreitungsrichtung durch Pfeil gekennzeichnet

Nach Simulationsversuchen an Plattenstahl in Ringerlösung liegt bei Rissfortschritten von weniger als 0,6 µm je Lastwechsel ein Korrosionseinfluss vor (Wheeler u. James 1971). Bei gleichen Spannungsamplituden breitet sich dann ein Riss in Ringerlösung schneller aus als an Luft, während oberhalb dieser Grenze die Rissausbreitungsgeschwindigkeiten in beiden Medien gleich sind. Im Allgemeinen liegt der Rissfortschritt je Lastwechsel bei Plattenbrüchen um l bis 2 Größenordnungen unter dieser 0,6 µm Grenze (somit im Bereich der Schwingungsrisskorrosion), denn oft haben die Platten mehr als eine Million Lastwechsel bis zum Bruch ertragen (Tabelle II).

Übersicht der Einzelfälle mit Osteosyntheseplattenbruch
Tabelle II: Übersicht der Einzelfälle mit Osteosyntheseplattenbruch

Kristallographisch orientierte Bruchbahnen
Abb. 3: Kristallographisch orientierte Bruchbahnen, nur andeutungsweise vorhandene Streifenstruktur: Schwingungsrisskorrosion (Platte Nr. 2, Schenkel l in Abb. 8)

Das Bruchgefüge der Schwingungsrisskorrosion ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchbahnen geradlinig und annähernd parallel zueinander verlaufen (Abb. 3). Wahrscheinlich bevorzugt die Rissausbreitung bestimmte Ebenen des Kristallgitters (Gleitebenen), die der Korrosion einen geringeren Widerstand bieten.

Spannungsrisskorrosion

Diese an sich recht heimtückische Schadensart kann bei CrNi-Stählen durch Chlorionen auch unter ruhender Last ausgelöst werden, wofür jedoch, sofern keine starken Säuren anwesend sind, Temperaturen über 60 °C benötigt werden. Damit stellt sie für Implantate keine Gefahr dar (Schmidt und Möser 1977, Truman 1977, Jones 1978, Herbsleb 1979).

Reibkorrosion, Lochfraß

Bei Beanspruchung der Platte kommt es zu minimalen Relativbewegungen zwischen Schraubenkopf und Sitzfläche und damit zum mechanisch-korrosiven Abtrag der Passivschicht (Reibkorrosion). Die Passivschicht kann sich normalerweise in ausreichendem Maße nachbilden. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn sie durch Einschlüsse gestört ist. Die Folge sind lochartige Anfressungen entlang dieser Einschlüsse. Die Absenkung der Einschlussgehalte durch Umschmelzen hat sich hier als wirksame Maßnahme erwiesen. Die in diesem Zusammenhang oft diskutierte Spaltkorrosion läuft nur in ruhender Lösung ab, was bei Platten wegen der zyklischen Belastung (Pumpeffekt) nicht gegeben ist.

Materialfehler

Dieses bei Plattenbrüchen gern gebrauchte Argument bezieht sich offensichtlich auf die allgemeine Erfahrung, dass in Gussteilen Schwindungshohlräume (Lunker) oft als Rissstarter wirken. Für Produkte, die wie die Platten aus Walzstahl gefertigt sind, ist dieser Fehler jedoch völlig untypisch.

3. Kasuistik

Eine Übersicht über Stabilisierungsprinzip, Lokalisation, Zeitdauer der Biegebeanspruchung mit ungefährer Lastwechselzahl und möglicher Ursache im Einzelfall vermittelt Tabelle II.

Platte Nr. 1:

a) klinische Beurteilung

Offene Humerusfraktur rechts mit Durchtrennung des M. trizeps. Osteosynthese mit schmaler 6-Loch-Platte dorsoradial nach dem Zuggurtungsprinzip (Abb. 4), postoperative Ruhigstellung im Oberarmgipsverband. Offenbar geriet die Platte durch Abduktion und Adduktion (Rand des Gipsverbandes als Hypomochlion) und durch die intakten Beuger bei ungenügender Abstützung unter starke Biegebeanspruchung - Implantatbruch nach 14 Tagen.

Abb. 4. Ermüdungsbruch einer schmalen Platte am Oberarm bei traumatischer Trizepsläsion und mangelhafter Kortikalisabstützung (Platte Nr. l)
Abb. 4: Ermüdungsbruch einer schmalen Platte am Oberarm bei traumatischer Trizepsläsion und mangelhafter Kortikalisabstützung (Platte Nr. l)

b) fraktographische Beurteilung

Bruch der Platte im Lochbereich (Abb. 5); ein Teilquerschnitt (Schenkel 1) wurde durch 2 Anrisse aufgetrennt, die auf unterschiedlichem Niveau eingelaufen sind. Der eine Anriss ist im Wesentlichen von der Plattenaußenfläche ausgegangen, der andere von der Einsenkungsfläche her. Im Schenkel 2 liegt das Rissausgangsgebiet direkt an der Einsenkungskante. Die Plattenoberfläche ist hier im Bereich der Bruchfläche außerdem stark von Aufwerfungen und Gleitlinien durchsetzt; letztere dienen als Risskeime (Abb. 6).

Schon in den jeweiligen Rissausgangsgebieten fanden sich Bruchbahnen mit Streifenstrukturen entsprechend Abbildung 2. Diese Schwingungsstreifen markieren den Rissfortschritt je Lastwechsel, der tiefer im Riss bis zu 3 µm beträgt. Es dürften kaum mehr als 2000 Lastwechsel notwendig gewesen sein, um die 3,5 mm starke Platte zu durchtrennen. Beansprucht wurde die Platte auf Biegung. Die sich aus der Biegung ergebende Zugspannung hatte an der Plattenaußenfläche ihr Maximum; deshalb nahmen die Risse dort ihren Ausgang.

Im Allgemeinen kann eine Platte infolge Stützwirkung des Knochens nur bis zu einem bestimmten Betrag gebogen werden. Dadurch erhöhen sich mit zunehmender Risstiefe auch die auf den Restquerschnitt bezogene Spannung und der davon abhängige Rissfortschritt je Lastwechsel nicht in dem Maße, wie das bei freier Biegung der Fall wäre. Der Restbruchanteil bleibt deshalb gering.

Rastermikroskopische Übersichtsaufnahme der Bruchfläche von Platte Nr. l
Abb. 5: Rastermikroskopische Übersichtsaufnahme der Bruchfläche von Platte Nr. l

Gleitlinien auf der Plattenoberfläche wirken als Risskeime
Abb. 6: Gleitlinien auf der Plattenoberfläche wirken als Risskeime

Platte Nr. 2:

a) klinische Beurteilung

Osteosynthese einer geschlossenen Unterschenkelmehrfragmentfraktur nach dem Neutralisationsprinzip (Abb. 7).

Belastung 90 Tage nach der Osteosynthese trotz röntgenologisch deutlich sichtbarer Frakturspalten. Plattenbruch 60 Tage nach Belastung. Histologisch (Biopsie bei Umverplattung) fanden sich Randnekrosen am 3. Fragment, welche offenbar der Instabilität und damit dem Plattenbruch Vorschub leisteten.

Osteosynthese einer Unterschenkelfraktur (Drehkeil) mit Neutralisationsplatte, Implantatbruch durch Instabilität bei Randnekrosen im 3. Fragment
Abb. 7: Osteosynthese einer Unterschenkelfraktur (Drehkeil) mit Neutralisationsplatte, Implantatbruch durch Instabilität bei Randnekrosen im 3. Fragment

b) fraktographische Beurteilung

Gebrochen ist diese Platte wieder im Lochbereich. Ein Riss hat zunächst den Schenkel l durchlaufen (Abb. 8). Rissausgang ist wiederum die Plattenaußenfläche.

Im fraktographischen Erscheinungsbild ergaben sich deutliche Unterschiede zur Platte Nr. l. Waren dort die Bruchbahnen sehr breit, so sind sie hier sehr schmal und verlaufen in paralleler Anordnung (Abb. 3), also kristallographisch orientiert: Schwingungsrisskorrosion.

Feine Sekundärrisse markieren wahrscheinlich einzelne Belastungszyklen. Der Rissfortschritt je Einzelbelastung war in diesem Querschnittsbereich sehr gering, woraus sich auch die höhere Lebensdauer dieser Platte erklärt. Nachdem Schenkel l gebrochen war, hat sich senkrecht zum primären Riss - hervorgerufen durch eine Drehung der Biegeachse um 90° - die Durchtrennung von Schenkel 2 vollzogen, und zwar mit 2 gegenläufigen Anrissen (doppelseitige Biegung). Die Lastamplituden waren jetzt sehr hoch und der Rissfortschritt entsprechend schnell. Die Schwingungsstreifen fanden sich deutlich ausgebildet (Abb. 2).

Übersichtsaufnahme von Platte Nr. 2
Abb. 8: Übersichtsaufnahme von Platte Nr. 2

Platte Nr. 3:

a) klinische Beurteilung

Zur Valgisierung bei Femurhalspseudarthrose wurde versucht, eine 95°-Winkelplatte auf 110° umzubiegen. Bei ungenügender Klingenplatzierung und zweifelhafter medialer Abstützung Konsolidierung nach sekundärer Varisierung mit Plattenbruch nach etwa 250 Tagen (Abb. 9). Bruch der Platte in dem Lochbereich, in dem auch die maximale Aufbiegung erfolgte.

Übersichtsaufnahme von Platte Nr. 2
Abb. 9: Nach Aufbiegen einer 95°-Winkelplatte Bruch des Implantates im 4. Schraubenloch

b) fraktographische Beurteilung

Hier sind beide Risse zwar jeweils von der Einsenkung her eingelaufen (Abb. 10), allerdings nicht von der Einsenkungskante her, weil diese infolge starker Verquetschung im Bruchbereich nicht mehr existiert.

Die Verquetschung wurde durch das Biegewerkzeug verursacht und hatte die Bildung tiefer Quetschfalten zur Folge, von denen aus die Risse offensichtlich gestartet sind. Das Bruchgefüge entsprach dem der Schwingungsrisskorrosion. Aus der hohen Lebensdauer der Platte, die erst nach weitgehender Konsolidierung der Pseudarthrose brach, kann geschlossen werden, dass die Belastung sehr gering war. Wahrscheinlich wäre es ohne die Kerbwirkung der Quetschung nicht zum Bruch gekommen.

Platte Nr. 3, die Einsenkungskanten wurden im Biegebereich an jedem Loch stark verquetscht, Bruch im Lochbereich mit maximaler Biegung, Rissstart jeweils in der Quetschzone
Abb. 10: Platte Nr. 3, die Einsenkungskanten wurden im Biegebereich an jedem Loch stark verquetscht, Bruch im Lochbereich mit maximaler Biegung, Rissstart jeweils in der Quetschzone

Plattenbruch am Femur bei ungenügendem kortikalem Kontakt, trotz röntgenologisch sichtbarer und scheinbar ausreichender Kallusabstützung (Platte Nr. 4)
Abb. 11: Plattenbruch am Femur bei ungenügendem kortikalem Kontakt, trotz röntgenologisch sichtbarer und scheinbar ausreichender Kallusabstützung (Platte Nr. 4)

Platten Nr. 4, Nr. 5, Nr. 6:

a) klinische Beurteilung

Die Röntgenaufnahmen (Abb. 11) zeigen in allen 3 Fällen eine weitgehend identische biomechanische Situation - Zuggurtungs- oder Neutralisationsplatte mit mangelhafter medialer Abstützung, primär durch ungenaue Reposition oder sekundär durch möglicherweise avitale Fragmente bzw. Fragmentrandnekrosen.

b) fraktographische Beurteilung

Bei diesen 3 Platten setzt das Risswachstum - wiederum als Schwingungsrisskorrosion - in beiden Schenkeln etwa gleichzeitig ein, und zwar an den Einsenkungskanten, die bei Platte 6 leicht verquetscht waren. Nach Durchtrennung des schmaleren Schenkels wurde das Risswachstum im stärkeren Schenkel beschleunigt, begleitet vom Übergang zum reinen Ermüdungsbruch mit Rissfortschritten um 2 µm je Lastwechsel.

Platte Nr. 7:

Osteosynthese einer geschlossenen Radiusmehrfragmentfraktur mit einer nur auf Zugbeanspruchung ausgelegten Halbrohrplatte nach dem Neutralisationsprinzip, Oberarm-Gipsverband für 5 Wochen. Der Biegebeanspruchung bei funktioneller Übungsbehandlung und sekundärer Instabilität durch partielle Fragmentnekrose hielt die 1 mm starke Platte nicht stand; Plattenbruch nach 350 Tagen. Eine 4 mm starke DC-Platte hätte unter Umständen den Wettlauf mit der vollständigen Konsolidierung gewonnen.

Eine fraktographische Beurteilung war hier nur insofern möglich, als festgestellt werden konnte, dass die beiden Bruchflächen einander völlig verrieben hatten. Daraus kann man eine erhebliche funktionelle Beanspruchung auch noch nach dem Implantatbruch ableiten.

4. Härteprüfung (nach Vickers)

Bei allen Platten wurde die Härte bestimmt. Es zeigte sich, dass die Synthes-Platten aus verfestigtem, die MLW-Platten aus nicht verfestigtem Stahl gefertigt waren. Letztere müssen also vor 1977 produziert worden sein.

5. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen (fraktographische Untersuchungen)

Die Brüche zeigen folgende Gemeinsamkeiten:

Schlussfolgerungen

  1. Die Platten sollten nicht im Lochbereich gebogen werden, insbesondere dürfen die Loch- bzw. Einsenkungskanten auf der Plattenoberseite nicht verquetscht werden.
  2. Für langstreckige Frakturzonen und bei Kortikalisdefekten sollten Platten mit lochfreiem Bereich - Brückenplatten - eingesetzt werden.
  3. Die Einsenkungskanten könnten abgestumpft werden. Sofern dies durch eine geeignete Kaltverformung geschieht, würden die dabei eingebrachten Druckspannungen die Gefahr der Rissbildung zusätzlich vermindern.
  4. Es sollten höher legierte Werkstoffe eingesetzt werden, die im menschlichen Körper keine Anfälligkeit gegenüber Schwingungsrisskorrosion aufweisen. Schon die Erhöhung des Molybdängehaltes auf 4,5 % bei CrNiMoN-Stahl - die austenitstabilisierende Wirkung des Stickstoffs gestattet dies - würde sich günstig auswirken. Dieser als X3CrNiMoN17.13.5. genormte Stahl besitzt eine hohe Immunität gegenüber Chlorionen und hat sich dementsprechend im Schiffbau und in der chemischen Industrie längst bewährt (Frank und Zitter 1971, Bäumel u. a. 1972).

Ebenso verfügen sowohl die von der Firma Sulzer (Schweiz) angebotene schmiedbare Nickel-Kobalt-Chrom-Legierung Protasul 10, aus der Schäfte für Hüftgelenkprothesen und vereinzelt Platten hergestellt werden (Süry 1975), als auch die für Hüftgelenkprothesen in der DDR entwickelte Kobalt-Chrom-Molybdän-Stickstoff-Gusslegierung Prothecast über ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich mechanischer und korrosiver Belastbarkeit.

6. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen (klinisch-röntgenologische Untersuchungen)

Die klinischen, röntgenologischen und fraktographischen Untersuchungen zeigen, dass die Ursache für einen Plattenbruch stets in der ungünstigen biomechanischen Konstellation zu suchen ist. Das bei Implantatbrüchen von Nicole 1947 aufgestellte Postulat -prima causa ist die mechanische Situation - besitzt noch volle Gültigkeit. Stärkere Aufmerksamkeit verdient allerdings die Biologie in dem Komplex Biomechanik. Röntgenologisch und makroskopisch gute Adaptation ist nicht gleichbedeutend mit guter Abstützung. Letztere wird erst durch den weiteren röntgenologischen Verlauf erkennbar. Die mechanische Abstützung kann insbesondere durch biologische Vorgänge - traumatisch oder operativ bedingte Durchblutungsstörungen in der Diaphysenkortikalis (Hildebrandt 1979) - fraglich werden. Die dadurch bedingte Instabilität leitet einen Circulus vitiosus ein. Nach Steinemann ist das Verbundsystem Knochen - Platte nur dann vollkommen, wenn das Prinzip Zuggurtung - Abstützung voll gewährleistet ist. Mögliche Nekrosen im Kortikalisrand können dieses mechanisch noch relativ einfache System durchbrechen. Schwieriger wird in der Praxis die exakte Beurteilung des Neutralisationsprinzips, z. B. bei der Mehrfragmentfraktur. Hier können nur eine sachgerechte Indikationsstellung, subtile Osteosynthese und eine kritische Verlaufsbeobachtung zum Erfolg verhelfen. Um den Wettlauf zwischen Frakturheilung und Plattenbruch zu gewinnen, sind insbesondere röntgenologische Kriterien der Instabilität während der Nachbehandlung zu beachten und rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen, den möglichen Implantatbruch zu verhindern. Hierzu gehören die rechtzeitige Zweitosteosynthese, die Spongiosatransplantation, die Fixation im sachgerechten Gipsverband oder auch einfach die statische Entlastung. Prä- und intraoperativ schließlich erfordern die Auswahl des Implantates, die sorgfältige Zurichtung der Platten, die anatomische Reposition oder die primäre Spongiosaimplantation zur Erzielung der Abstützung besondere Aufmerksamkeit.