Warum lösen sich Schrauben in der Wirbelsäule und wie kann man das verhindern?
Rückenschmerzen sind ein weit verbreitetes Problem, das die Lebensqualität vieler Menschen erheblich beeinträchtigt. Besonders bei Erkrankungen der Lendenwirbelsäule (LWS) kann eine Operation notwendig sein, um die Stabilität wiederherzustellen. Dabei werden oft Schrauben und Stäbe eingesetzt, um die Wirbel zu fixieren. Doch trotz moderner Technik kommt es häufig vor, dass sich diese Schrauben mit der Zeit lockern. Warum passiert das, und gibt es eine Lösung?
Das Problem: Schraubenlockerung
Bei der Behandlung von Wirbelsäulenerkrankungen werden oft starre Systeme verwendet, bei denen Metallschrauben und -stäbe die Wirbel stabilisieren. Diese Methode ist zwar effektiv, birgt jedoch Risiken. Zum einen kann es zu einer Überlastung der benachbarten Wirbelsegmente kommen, was zu weiteren Schäden führen kann. Zum anderen lösen sich die Schrauben oft, insbesondere bei dynamischen oder halbstarren Systemen, die eine gewisse Beweglichkeit der Wirbelsäule erhalten sollen.
Eine vielversprechende Alternative sind Stäbe aus Polyetheretherketon (PEEK), einem Kunststoff, der sich in seiner Flexibilität zwischen Knochen und Metall bewegt. Diese halbstarren Systeme reduzieren die Belastung auf die Schrauben und erhalten gleichzeitig die natürliche Beweglichkeit der Wirbelsäule. Doch auch hier bleibt das Problem der Schraubenlockerung bestehen.
Die Lösung: Innovative Schraubendesigns
Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher neue Schraubendesigns entwickelt. Eine dieser Innovationen ist die Dual Pitch Titanium-Coated Pedicle Screw (DPTCPS) – eine Schraube mit einer speziellen Gewindeform und einer Titanbeschichtung. Diese Kombination soll sowohl die mechanische Stabilität als auch die Integration in den Knochen verbessern.
Wie funktioniert die DPTCPS?
Die DPTCPS hat zwei besondere Merkmale:
- Duales Gewinde: Das Gewinde der Schraube hat zwei unterschiedliche Steigungen. Im Bereich des Wirbelbogens (Pedikel) beträgt die Steigung 6,0 mm, während sie im Wirbelkörperbereich 3,0 mm beträgt. Dies reduziert die Dichte der Gewindegänge und verhindert, dass der Knochen zu stark zusammengedrückt wird.
- Titanbeschichtung: Die Schraube ist mit einer rauen Titanbeschichtung versehen, die die Oberfläche vergrößert und das Einwachsen von Knochen fördert.
Studienergebnisse: Bessere Stabilität und Integration
In einer Studie an Schafen wurde die Leistung der DPTCPS im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die DPTCPS sowohl in der Anfangsphase als auch nach sechs Monaten eine bessere Stabilität bietet.
Anfängliche Stabilität (0 Wochen):
- Axiale Zugfestigkeit: Die DPTCPS hielt einer Zugkraft von 557,0 N stand, während herkömmliche Schrauben nur 459,1 N aushielten.
- Widerstand gegen seitliche Belastung: Die DPTCPS konnte höhere Lasten (343,4 N) und mehr Belastungszyklen (124,7) ertragen als herkömmliche Schrauben (237,5 N; 41,9 Zyklen).
- Zyklische Belastung: Die DPTCPS zeigte eine minimale Verschiebung (1,80 mm) im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben (3,76 mm).
Frühe Stabilität (6 Monate):
- Axiale Zugfestigkeit: Nach sechs Monaten hielt die DPTCPS einer Zugkraft von 908,4 N stand, während herkömmliche Schrauben nur 646,5 N aushielten.
- Widerstand gegen seitliche Belastung: Die DPTCPS zeigte weiterhin eine überlegene Belastbarkeit (496,9 N; 249,1 Zyklen) im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben (370,3 N; 149,9 Zyklen).
- Zyklische Belastung: Die DPTCPS blieb stabil (0,96 mm Verschiebung), während herkömmliche Schrauben eine größere Verschiebung (2,39 mm) aufwiesen.
Histologische Befunde:
Nach sechs Monaten zeigte die DPTCPS eine starke Integration in den Knochen. 58,3 % der Schraubenoberfläche waren mit Knochen bedeckt, verglichen mit 36,5 % bei herkömmlichen Schrauben. Die Titanbeschichtung förderte das Einwachsen von neuem Knochen, ohne Entzündungen oder Abnutzungserscheinungen zu verursachen.
Warum ist das wichtig?
Die DPTCPS kombiniert zwei wichtige Eigenschaften: eine verbesserte mechanische Stabilität und eine bessere biologische Integration. Das duale Gewinde reduziert die Belastung auf den Knochen, während die Titanbeschichtung das Einwachsen von Knochen fördert. Dies verringert das Risiko einer Schraubenlockerung und trägt dazu bei, die Wirbelsäule langfristig stabil zu halten.
Fazit
Die DPTCPS ist eine vielversprechende Innovation in der Behandlung von Wirbelsäulenerkrankungen. Durch ihre spezielle Gewindeform und Titanbeschichtung bietet sie eine bessere Stabilität und Integration in den Knochen. Dies könnte dazu beitragen, das Problem der Schraubenlockerung in halbstarren Systemen zu lösen und die Lebensqualität von Patienten mit Wirbelsäulenerkrankungen zu verbessern.
For educational purposes only.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000335