TY - THES A1 - Hufnagel, Lukas T1 - Operative Stabilisierung der Avulsionsfraktur des Kalkaneus - Biomechanische Analyse verschiedener Osteosynthesetechniken T1 - Surgical fixation of avulsion fracture of the calcaneus – a biomechanical analysis of different osteosynthesis techniques N2 - Avulsionsfrakturen des Kalkaneus sind seltene Verletzungen und machen mit 0,03 % bis 0,1 % einen sehr kleinen Anteil aller Frakturen aus. (13, 20-23, 25) Allerdings sind sie mit einer hohen Rate an Komplikationen verbunden. (27, 30, 73) Neben der prekären Weichteilsituation (17, 24, 30, 43, 44, 49) stellt vor allem eine ausreichende Stabilität der osteosynthetischen Versorgung eine Herausforderung dar. (30, 73) In dieser biomechanischen Studie wurden drei verschiedene kanülierte Schraubentypen, sowie zwei winkelstabile Plattenosteosynthesen zur Versorgung von Kalkaneusfrakturen bezüglich ihrer biomechanischen Stabilität in einer Materialprüfmaschine unter optischem Tracking mithilfe einer 3D-Kamera getestet und verglichen. Dazu wurden für jede der fünf Gruppen Avulsionsfrakturen vom Typ II nach Beavis an je zehn Kalkaneusmodellen aus Kunststoff erzeugt und diese anschließend unter Verwendung der jeweiligen Osteosynthese versorgt. Unter den drei Schraubentypen gab es zwei kanülierte Schrauben unterschiedlicher Größe mit Unterlegscheiben, die auch in der klinischen Praxis bereits Verwendung finden. Außerdem wurden versenkbare, kanülierte Doppelgewinde Schrauben verwendet, deren Einsatz bei dieser Verletzung nach unserem Wissen bisher nicht in der Literatur beschrieben ist. Das winkelstabile Plattensystem wurde bis jetzt nach eigener Literaturrecherche ebenfalls nicht in der hier angewandten Art und Weise zur Versorgung derartiger Frakturen verwendet. Alle Versuchsmodelle wurden, sofern es nicht während der Testung zum Versagen kam, auf drei verschiedenen Kraftniveaus (100 N, 200 N, 300 N) zyklisch und anschließend mit einer Maximalkrafttestung getestet. Dabei wurden das Peak to Peak Displacement bei 100 N, 200 N und 300 N, das maximale Displacement, die plastische Deformation bei 100 N, 200 N und 300 N, die Maximalkraft, die Steifigkeit bei 100 N, 200 N und 300 N und die Art des Fixationsversagens erfasst. Ziel der Studie war es, Unterschiede zwischen den Versorgungsformen aufzudecken. Die Ergebnisse zeigen, dass die winkelstabile Plattenosteosynthese Stabilitätsdefizite bei der Versorgung von „beak“ Frakturen aufweist. Außerdem konnte gezeigt werden, dass beim Vergleich der versenkbaren, kanülierten Doppelgewinde Schrauben mit 5,0 mm Durchmesser mit den kanülierten Schrauben mit 6,5 mm Durchmesser und Unterlegscheiben keine statistisch signifikanten Unterschiede bestehen, außer bezüglich der Steifigkeit bei 300 N. Somit ist eine vergleichbare biomechanische Stabilität wahrscheinlich. Die versenkbaren, kanülierten Doppelgewinde Schrauben besitzen eine hohe biomechanische Stabilität und bieten die Möglichkeit, den Schraubenkopf im Knochenniveau zu versenken, wodurch weniger Weichteilirritationen und Wundheilungsstörungen zu vermuten sind. Sie scheinen deshalb eine attraktive Alternative zu kanülierten Schrauben mit Unterlegscheiben zu sein. Ob versenkbare, kanülierte Doppelgewinde Schrauben z.B. auch im Kadaverversuch eine ausreichende biomechanische Stabilität zeigen, bleibt allerdings nachfolgenden biomechanischen Studien vorbehalten. Ebenso muss der mögliche postoperative Vorteil hinsichtlich der Schonung der Weichteile in klinischen Studien untersucht werden. N2 - Avulsion fractures of the calcaneus are rare and represent only 0,03 % to 0,1 % of all fractures. (13, 20-23, 25) However complications often occur. (27, 30, 73) The precarious soft tissues (17, 24, 30, 43, 44, 49) as well as the sufficient stability of the osteosynthesis are challenging factors. (30,73) Three different types of partial threaded cannulated screws (a) 6.5-mm partial threaded cannulated screws, b) 4.0-mm partial threaded cannulated screws, c) 5.0-mm headless cannulated compression screws) and two different locking plates (d) 2.3-mm locking plate, e) 2.8-mm locking plate) were tested regarding their biomechanical stability using a material-testing machine and an optical tracking device. Ten beak fractures were simulated in synthetic bones and assigned to the five different groups of fixation. On all stabilized synthetic bones three different traction force levels were applied (100 N, 200 N, 300 N) as well as a load to failure testing. Outcome measures were peak-to-peak displacement, total displacement, plastic deformation, load to failure, stiffness and mode of implant failure. The aim of this study was to reveal differences among the osteosynthesis techniques. The use of locking plates showed a lack of stability. Fracture fixation using 6.5-mm partial threaded cannulated screws or 5.0-mm headless cannulated compression screws provided a comparable biomechanical stability. Moreover the possibility of countersinking the screw head in the bone is a plausible benefit of the use of headless cannulated compression screws in terms of soft tissue irritation. Therefore they seem to be an attractive alternative to partial threaded cannulated screws. This assumption in addition to the sufficiency of the biomechanical stability will have to be supported in future clinical and cadaveric studies. KW - Fersenbeinbruch KW - Avulsionsfraktur KW - Biomechanik KW - Osteosynthese Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-345855 ER - TY - THES A1 - Stoyhe, Jan T1 - Vergleichende biomechanische Untersuchung der LCP Superiore Anteriore Klavikula Platte (Fa. Synthes) zur 7-Loch und 10-Loch Rekonstruktionsplatte zur Versorgung einer Klavikulaschaftfraktur T1 - Biomechanical comparison of the Locking Compression superior anterior clavicle plate with seven and ten hole reconstruction plates in midshaft clavicle fracture stabilisatio N2 - Biomechanische vergleichende Arbeit von drei Osteosynthesesystemen für die Versorgung einer Klavikulaschaftfraktur. Die drei Osteosyntheseplatten wurden auf insgesamt 24 osteotomierte Kunstklavikulae der Firma Sawbone angebracht. Die Steifigkeit der Klavikulaosteosynthesen wurden durch eine zyklische torsionale Belastung, eine zyklische axiale Stauchung und eine zyklische freischwingende Biegung im 3-Punkt-Biegeversuch untersucht. Dazu wurde die maximale Belastbarkeit der Osteosynthesen mittels Load-to-failure Testung ermittelt. Die Daten wurden mittels dem Programm TestXpert aufgezeichnet und statistisch ausgewertet. Außerdem wurde jeder Versuch graphisch mittels Spannung-Dehnungs Diagramm dargestellt und miteinander verglichen. N2 - The purpose of this study was to characterise the biomechanical properties of the seven hole superior anterior clavicle LCP (locking compression plate) and to compare these with the properties of commonly applied implants used for the stabilisation of clavicular midshaft fractures such as the locking 7- and ten hole reconstruction plate. KW - Biomechanik KW - Vorgeformte Platte KW - Klavikulaschaftfraktur KW - Biomechanica KW - Midshaft clavicle fractur Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-281356 ER - TY - THES A1 - Grüninger, Daniel T1 - Primäre Ausrissfestigkeit implantatfreier patellarer Fixationsmethoden beim MPFL-Ersatz am porcinen Modell T1 - Primary fixation strength of patellar fixation methods for medial patellofemoral ligament reconstruction in a porcine model N2 - Akute Patellaluxationen sind häufige Kniegelenksverletzungen. Sie gehen oft mit einer Verletzung des medialen patellofemoralen Ligaments (MPFL) einher, was zu rezidivierenden Patellaluxationen und patellofemoraler Instabilität führen kann. Ein möglicher Therapieansatz ist die Rekonstruktion des MPFL. Zahlreiche Operationstechniken sind hierzu in der Literatur beschrieben, darunter Fixationen mit Interferenzschrauben, Bohrkanälen, Nahtankern oder Nahtfixationen am Knochen oder Weichgewebe. Sie werden meist mit einem autologen Sehnentransplantats durchgeführt und unterscheiden sich hauptsächlich in der Art dessen patellarer Fixation. Meta-Analysen zeigen nach wie vor hohe Komplikationsraten und teilweise wenig zufriedenstellende Ergebnisse etablierter MPFL-Rekonstruktionen. Ein vielversprechender Ansatz zur Senkung der Komplikationsraten sind patellare Fixationsmethoden, die auf das Einbringen von Fremdmaterial und Bohrungen durch die Patella verzichten. Solche implantat- und/oder bohrkanalfreien Fixationsmethoden sind bereits in der Literatur beschrieben, bis jetzt existieren jedoch nur wenige Studien zu deren biomechanischen Eigenschaften. Ziel dieser Arbeit war der Vergleich biomechanischer Eigenschaften von fünf unterschiedlichen implantatfreien patellaren Fixationsmethoden beim MPFL- Ersatz mit dem nativen MPFL und mit nativen Extensorensehnen. Dazu wurde ein porcines Modell benutzt. Die Hypothese dieser Studie war, dass die patellare Weichteilfixation eines autologen Sehnentransplantats ohne Implantate oder Bohrkanal eine vergleichbare primäre Ausrissfestigkeit wie das native MPFL zeigt. 60 Patellae und Extensorensehnen wurden aus porcinen Hinterläufen extrahiert und randomisiert auf 6 Versuchsgruppen aufgeteilt (n=10). In den Gruppen 1 und 2 wurden patellare Weichteilfixationen getestet. In den Gruppen 3 und 4 wurden Bohrkanalfixationen mit unterschiedlichem Nahtmaterial durchgeführt (Gruppe 3: resorbierbarer Faden der Stärke USP 0, Gruppe 4: nicht-resorbierbarer Faden der Stärke USP 3). In Gruppe 5 erfolgte die patellare Fixation mittels V-förmigen Bohrkanal mit Durchmesser von 4,5 mm. In der sechsten Versuchsgruppe wurde zum Vergleich das native Gewebe getestet. In einer weiteren Versuchsgruppe wurden native porcine Extensorensehnen biomechanisch untersucht. Die biomechanische Testung gliederte sich in mehrere Abschnitte. Zunächst erfolgte eine Präkonditionierung mit 10 Setzzyklen mit einem Kraftintervall von 5 - 20 N. Es folgte eine zyklische Testphase von 1000 Messzyklen mit einem Kraftintervall von 5 - 50 N. Im Anschluss wurde die maximale Kraft bis zum Versagen angewendet. Dabei wurden die Parameter maximale Ausrisskraft, Yield Load, Steifigkeit, Elongation nach 1000 Zyklen sowie die Versagensart untersucht. In der Versuchsgruppe des nativen Gewebes wurde direkt die maximale Kraft bis zum Versagen angewendet. Die höchsten maximalen Ausrisskräfte wurden in Gruppen 1 und 2 gemessen (321,8 ± 53,5 N und 242,0 ± 57,4 N) und waren mit dem nativen Gewebe vergleichbar (252,1 ± 129,3 N, p > 0,05). Ein signifikant niedrigerer Yield Load im Vergleich zum nativen Gewebe zeigte sich in den Gruppen 3 (p < 0,01) und 4 (p = 0,01). Während der zyklischen Belastung war die Elongation der Präparate in Gruppe 3 signifikant höher im Vergleich zu den anderen Gruppen (5,3 ± 1 mm, p < 0,05). Alle Gruppen wiesen ähnliche Steifigkeiten wie das native Gewebe vor (p > 0,05). Die getesteten Fixationsmethoden zeigten signifikante Unterschiede in ihren biomechanischen Eigenschaften (p < 0,05). Insbesondere die Weichteilfixationen in Gruppen 1 und 2 wiesen adäquate biomechanische Eigenschaften im Vergleich zum nativen Gewebe vor. Durch die Kombination aus geringerer Invasivität, Verzicht auf das Einbringen von Fremdkörpern, einfacher Anwendbarkeit und guter Primärstabilität sind patellare Weichteilfixationen vielversprechende Alternativen bei der MPFL-Rekonstruktion. und guter Primärstabilität sind patellare Weichteilfixationen vielversprechende Alternativen bei der MPFL-Rekonstruktion. N2 - Purpose: The purpose of this study was to compare primary fixation strength and biomechanical properties of five different patellar fixation techniques without implants in medial patellofemoral ligament (MPFL)-reconstruction in a porcine model. Our hypothesis was that patellar fixation with soft tissue suture shows similar primary fixation strength to native MPFL. Methods: 60 domestic porcine patellae and extensor tendons were harvested and randomized into 6 groups. In group 1 and 2 soft tissue suture fixation techniques were used. In group 3 and 4 osseous tunnel reconstruction methods were performed with different sutures (absorbable suture USP 0 and non-absorbable suture USP 3). In group 5 fixation was performed with a v-shaped osseous tunnel with 4.5 mm diameter. In group 6 the stability of the native tissue was tested as comparison. The patella-tendon constructs were preconditioned with 5 cycles between 5 and 20 N with an afterwards cyclic stress testing of 1000 cycles in the range of 5 to 50 N. Subsequently, a maximum load until failure was applied. The native tissue group was solely tested for the maximum load to failure. Results: The highest maximum load to failure was found in group 1 and 2 (321.8 ± 53.5 N and 242.0 ± 57.4 N) and showed comparable results to the native tissue group (252.1 ± 129.3 N, p >0.05). A significantly lower Yield Load was found in group 3 (p=0.003) and 4 (p=0.011). During cyclic testing group 3 resulted in significantly higher elongation compared to the other groups (5.28 ± 1 mm, p <0.05). All groups showed similar stiffness to the native tissue (p >0.05). Conclusion: The examined implantfree patellar fixation methods differ significantly in their biomechanical properties (p <0.05). Adequate maximum values of Fmax compared to the native tissue were observed. Implantfree fixation techniques of free tendon grafts for MPFL-reconstruction are reasonable alternatives as patellar fixation methods. KW - Kniegelenk KW - Kniescheibe KW - Modell KW - Rekonstruktion KW - MPFL KW - Rekonstruktion KW - Patella KW - Biomechanik KW - Porcin Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-270345 ER - TY - THES A1 - Fuchs, Konrad Fabio T1 - Biomechanische Evaluation polyaxialer winkelstabiler Plattensysteme bei der Versorgung von intraartikulären Kalkaneusfrakturen T1 - Biomechanical analysis of polyaxial locking plates in intraarticular calcaneal fractures N2 - Kalkaneusfrakturen machen mit 1-2% nur einen geringen Anteil aller Frakturen aus, jedoch sind sie mit einer hohen Rate an Komplikationen verbunden. Die exakte Wiederherstellung der Gelenkkongruenz im Bereich der posterioren Gelenkfacette ist hierbei von zentraler Bedeutung. In dieser biomechanischen Studie wurden drei verschiedene, winkelstabile Plattenosteosynthesen zur Versorgung von Kalkaneusfrakturen im Hinblick auf ihre Stabilität an Kunststoffknochen in einer Materialprüfmaschine getestet und verglichen. Für jede Gruppe wurden an je neun Kalkaneusmodellen Sanders Typ IIB Frakturen erzeugt und anschließend nach Herstellervorgabe versorgt. Von den drei Plattenosteosynthesen waren zwei neuartige, polyaxiale, winkelstabile Systeme und ein konventionelles, winkelstabiles Plattensystem vertreten. Alle Proben wurden auf drei verschiedenen Kraftniveaus (200N, 600N und 1000N) zyklisch und anschließend in einer Maximalkraftuntersuchung getestet. Gemessen wurden das Peak to Peak Displacement bei 200N, 600N und 1000N, die Steifigkeit, der Δ-Gissane-Winkel und die Art des Materialversagens. Ziel dieser Studie war es, anhand dieser Parameter nachzuweisen, ob neuartige, polyaxiale Plattensysteme durch ihre variable Schraubenplatzierung in einem 30°-Konus eine erhöhte biomechanische Stabilität bei Sanders Typ IIB Kalkaneusfrakturen erzeugen. Die Ergebnisse der oben genannten Messparameter wiesen keine statistisch signifikanten Unterschiede (Signifikanzniveau 0,05) auf, weshalb wir unsere Nullhypothese, dass alle drei Plattensysteme eine vergleichbare biomechanische Stabilität besitzen, beibehielten und unsere Gegenhypothese, dass die neuartigen, polyaxialen Plattensysteme eine überlegene biomechanische Stabilität besitzen, verworfen haben. Es bleibt jedoch folgenden biomechanischen und klinischen Studien überlassen, ob die neuartigen Plattensysteme bei anderen Frakturen oder intraoperativ einen biomechanischen, weichteilschonenderen und insgesamt komplikationsloseren Vorteil erzielen können. N2 - Calcaneal fractures make up only around 1-2% of all fractures in the human body but are associated with a high rate of complications. Exact restoration of the posterior articular facet is of essential importance. In this biomechanical study three different fixed plates for calcaneal fractures were tested regarding their stability in a material testing machine using artificial bone models. Each group consisted of nine specimens with a Sanders type IIb fracture, which were treated according to manufacturer information. Of the three plates two were polyaxially locking plates and one was a conventional monoaxially locking plate. All specimens were tested on three strength levels (200N, 600N and 1000N) using a cyclic protocol followed by a load to failure test. The peak-to-peak displacement was measured at 200N, 600N and 1000N. Additionally stiffness, the difference in the Gissane-angle and the mode of failure were measured. The goal of this study was to evaluate, if polyaxially locking plates lead to a higher biomechanical stability with their 30° cone for screw placement in Sanders type II fractures compared to conventional fixed angle locking plates. There were no statistically significant differences (p ≤ 0,05) regarding the above-mentioned parameters. Our null hypothesis, that all three plates have a similar biomechanical stability, was maintained and our counter hypothesis, that polyaxially locking plates have a higher biomechanical stability, was discarded. Future biomechanical and clinical studies will have to show, if polyaxially locking plates lead to a higher biomechanical stability in other fractures and what effect they have on soft tissue and postoperative complications. KW - Fersenbeinbruch KW - Plattenosteosynthese KW - Biomechanik KW - Kalkaneusfraktur KW - Unfallchirurgie KW - Fraktur Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223486 ER - TY - THES A1 - Kladny, Anne-Marie T1 - Olekranonfrakturen: Modellentwicklung und Testung zweier Verfahren zur Plattenosteosynthese T1 - Olecranon fractures: Model development and testing of two methods for plate osteosynthesis N2 - Die Ellenbogenfraktur ist eine häufige Fraktur der oberen Extremität. Um die Funktion des Ellenbogengelenks zu erhalten, sind eine gute Reposition und eine stabile Osteosynthese, sowie eine frühfunktionelle Nachbehandlung der Olekranonfraktur erforderlich. Zur Versorgung von komplexen Frakturen des Olekranons mit mehreren Fragmenten stehen prinzipiell zwei Osteosyntheseverfahren zur Verfügung. Die dorsale Plattenosteosynthese ist ein schon länger zur Verfügung stehendes Verfahren. Bei der klinischen Anwendung treten jedoch immer wieder Weichteilirritationen durch die dorsale Lage der recht massiven Platte auf. Seit einigen Jahren existiert eine weitere Osteosynthese, bei der zwei flache laterale Olekranonplatten verwendet werden. Durch die Positionierung sollen Wundheilungsstörungen reduziert werden. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines biomechanischen Testmodells und die Stabilitätsprüfung der zwei Verfahren zur Plattenosteosynthese bei mehrfragmentären Olekranonfrakturen in einem klinisch relevanten Belastungsumfang. Die zwei seitlich angebrachten Olekranon Zwillingsplatten stellen eine gute Alternative zu der singulären dorsalen LCP- Olekranonplatte dar, da sie weniger Weichteilirritationen verursachen und im biomechanischen Model unter hoher Belastung eine vergleichbare Stabilität gewährleisten. N2 - The elbow fracture is a common fracture of the upper limb. To maintain a high primary stability of the elbow joint, a good reposition and a stable osteosynthesis, as well as an early functional follow-up treatment of the olecranon fracture are necessary. In principle, two osteosynthesis methods are available for treating complex fractures of the olecranon. In clinical use, classical dorsal plating is in some cases associated with soft tissue irritation due to the prominence of the implant. In a new method of osteosynthesis, two flat lateral olecranon plates are used to reduce the soft tissue problems. The aim of this experimental work was to develop a biomechanical testing model and to test the stability of the two methods of plate osteosynthesis in multi-fragment olecranon fractures in a clinically relevant range of load. The lateral double plates showed to be a good alternative to the dorsal locking compression plate since they cause less soft tissue irritation and at the same time guarantee comparable stability under high loads in the biomechanical testing model. KW - Ellbogenhöcker KW - Plattenosteosynthese KW - Biomechanik KW - Olekranon KW - Platte KW - Biomechanisch KW - Fraktur KW - Osteosynthese KW - olecranon KW - plate KW - biomechanical KW - fracture KW - low profile Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-210427 ER - TY - THES A1 - Kossmann, Alexander T1 - Knorpelintegration - Etablierung eines Push-out-Modells und Untersuchung von BioGlue® als Knorpeladhäsivum T1 - Cartilage integration – establishment of a push out test and evaluation of BioGlue® as a bioadhesive in cartilage N2 - Die anspruchsvolle Behandlung von Knorpelschäden sowie die weite Verbreitung dieser Krankheitsbilder rücken die bestehenden Therapien sowie die Entwicklung alternativer Therapieansätze in den Mittelpunkt der heutigen Forschung. Der Ansatz eines unterstützenden Knorpeladhäsivums ist vielversprechend. Ziel dieser Dissertation war es im Rahmen eines Push-out-Modells einen standardisierten Versuchsaufbau zur Analyse der Knorpelintegration in vitro sowie einen reproduzierbaren Versuchsablauf zu erarbeiten und somit eine Untersuchung und einen Vergleich von Bioadhäsiva in Bezug auf ihre Bindungskraft zu gewährleisten. Nur eine fehlerfreie und reproduzierbare Messung ermöglicht dezidierte Aussagen über eine direkte Adhäsionsstärke. Wie in dieser Arbeit dargelegt, gibt es eine Vielzahl von Störungsquellen, welche eine solche Messung beeinträchtigen können und so einen Vergleich bzw. eine Aussage über die Bindungsstärke erschweren. Über die verschiedenen Entwicklungsstufen hinweg konnten alle Fehlerquellen identifiziert und beseitigt werden, sodass zum Ende der Etablierung ein Versuchsaufbau sowie ein Versuchsablauf zur Verfügung stand, der eine fehlerfreie Messung, einen Vergleich sowie eine Wertung der Bindungsstärke von Bioadhäsiva ermöglichte. Es konnte gezeigt werden, dass besonders die Probengeometrie einen entscheidenden Einfluss auf die Messergebnisse hat. So wurden im Rahmen der verschiedenen Entwicklungsstufen diverse Vorrichtungen entwickelt, die die Probenherstellung optimierten und vereinfachten. Hier hatten die Schneidevorrichtungen eine besondere Bedeutung, da bei einem optimalen und genauen Schneidevorgang die Fehleranfälligkeit der darauffolgenden Arbeitsschritte deutlich reduziert werden konnte. Somit erbringt diese Arbeit einen wichtigen Anteil im Bereich der Grundlagenforschung und kann zukünftigen Forschungsgruppen bei der Untersuchung von Bioadhäsiva von Nutzen sein. Im zweiten Teil dieser Dissertation wurden verschiedene Adhäsiva, bestehend aus BSA und Glutaraldehyd, auf ihre Adhäsionsstärke sowie auf die praktische Anwendbarkeit und Zytokompatibilität hin untersucht. Neben dem kommerziell erwerbbaren BioGlue®, wurden dessen Bestandteile (BSA sowie Glutaraldehyd) in verschiedenen Verhältnissen sowie unterschiedlichen Konzentrationen des Glutaraldehyds analysiert. Es konnten für die verschiedenen Verhältnisse sowie für die unterschiedlichen Glutaraldehydkonzentrationen beachtliche direkte Adhäsionskräfte nachgewiesen werden. Außerdem ließ sich eine Abhängigkeit der Bindungsstärke von der Glutaraldehydkonzentration als auch von dem Verhältnis der zwei Komponenten verdeutlichen. Zuletzt wurde das Adhäsivum auf seine Zytokompatibilität geprüft. Hier zeigte sich eine deutliche Zytotoxizität, was einen Einsatz als Knorpelkleber stark limitiert. Da sich die Glutaraldehydkonzentration von 10 % auf fast alle Knorpelzellen letal auswirkt, ist ein langfristiges Zusammenwachsen der Knorpelgrenzen nach der initialen Versorgung mit dem Klebergemisch aus aktueller Sicht nicht zu erreichen. Ob eine Reduktion der Glutaraldehydkonzentration bei noch erhaltener Bindungskraft die zytotoxische Wirkung soweit herabsetzen kann, dass eine langfristige Integration stattfindet, scheint ebenfalls eher unwahrscheinlich. Mit diesen Ergebnissen gilt es den Einsatz von BioGlue® in der praktischen Medizin neu zu hinterfragen. N2 - Establishment of a biomechanical push out test to evaluate the adhesive strength of bioadhesives in general. Biomechanical testing of BSA/Glutaraldehyde in different Glutaraldehyde-concentrations and proportions with the established push out test. Histological presentation and in vitro cytocompatibility testing of BSA/Glutaraldehyde KW - Knorpelintegration KW - Knorpelschädigung KW - Knorpelregeneration KW - Knorpelkleber KW - Bioadhäsivum KW - BioGlue KW - biomechanische Testung KW - Biomechanik KW - push-out-Testung KW - push-out-Messung KW - push-out-Modell Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186068 ER - TY - THES A1 - Dresing, Kaya Patricia T1 - Biomechanische Untersuchungen zur Knochenstabilität nach Magenbypassoperation der Ratte T1 - Testing of biomechanical properties of bone after gastric bypass operation in rats N2 - Adipositas ist weltweit ein verbreitetes und fortschreitendes gesundheitliches und ökonomisches Problem. Die therapeutischen Effekte von Diäten und Medikamenten sind insgesamt unbefriedigend und nicht andauernd. Einzig die Ansprechraten der bariatrischen Chirurgie auf die Gewichtsminderung sind langfristig erfolgversprechend. Unter den bariatrischen Methoden gilt der Roux-en-Y-Magenbypass (RYGB) als Goldstandard und wird wegen seines positiven Nutzen-Risiko-Verhältnisses häufig durchgeführt. Zunehmend rückt der Einfluss der RYGB-Operation auf den Knochenstoffwechsel in das Blickfeld der Forschung. In der Literatur konnte gezeigt werden, dass der Knochenmineralsalzgehalt nach RYGB-Operation abnimmt und der Knochenumsatz zunimmt. Langzeitstudien zur Knochengesundheit nach RYGB-Anlage existieren allerdings kaum und eine klinische Relevanz der verminderten BMD für das Frakturrisiko ist unbekannt. Ziel der vorliegenden Studie war die Untersuchung der Langzeitveränderungen der Knochenqualität nach RYGB-Operation in der Ratte im biomechanischen Test und die Korrelation mit erhobenen Daten der Knochendichte. Dazu wurden 18 männliche Wistar-Ratten randomisiert in zwei Gruppen aufgeteilt. Neun der Ratten erhielten eine RYGB-, die anderen neun eine Sham-Operation. 200 Tage im Anschluss an die Operation wurden die Tiere geopfert und Tibiae und Femora für die biomechanische Untersuchung entnommen. Im Torsionstest schnitten die getesteten RYGB-Knochen bezüglich Stärke und Steifigkeit signifikant schlechter ab als die der Sham-Vergleichsgruppe. Für die in der quantitativen Mikrocomputertomographie gemessene Knochendichte ergab sich das gleiche Ergebnis. Eine positive Korrelation zwischen der BMD und den Torsionsparametern ließ sich allerdings nicht nachweisen. In dieser tierexperimentellen Studie konnte gezeigt werden, dass die veränderten Stoffwechselbedingungen durch Magenbypass-Anlage im Rattenmodell in einer biomechanisch reduzierten Knochenqualität resultieren und damit das potenzielle Frakturrisiko nach dieser Operation ansteigt. N2 - Objectives: Obesity is becoming an emerging health and economic problem. Dieting and medication therapy are unsatisfying with high recidivism rates. The only treatment with positive long-term results is bariatric operative treatment. Among bariatric methods the Roux-en-Y-gastric bypass (RYGB) is the gold standard with a positive benefit-risk profile. There is some data that RYGB-operations may have an negative impact on bone quality. Currently, there is no relevant data about a reduced bone mineral density (BMD) and a higher fracture risk after bariatric bypass operations. Therefore we asked if there is a long-term influence after gastric bypass operations on bone quality in a rat model. Methods: 18 male Wistar rats were randomised and divided into two equal groups. 9 rats underwent a RYGB-operation and the other 9 rats underwent a sham-operation. 200 days post surgery animals were sacrificed and the tibiae and femora were explanted for further biomechanical and radiological investigations. Results and Conclusion: The quality of bone of RYGB-operated rats was significant inferior in strength and stiffness compared to the sham-group. Besides, microcomputertomography showed a significant lower BMD in RYGB-operated rats. The often performed gastric bypass surgery (RYGB) has a negative impact on the bone quality. KW - Adipositas KW - Biomechanik KW - Magenbypass KW - Knochenqualität Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-141296 ER - TY - THES A1 - Sauer, Alexander T1 - Vergleichende biomechanische Untersuchung einer winkelstabilen Konturenplatte zur Stabilisierung von Frakturen der distalen Fibula in einem Osteoporose simulierenden Knochenmodell T1 - Biomechanical evaluation of a contoured locking plate for distal fibular fractures in an artifical osteoporotic bone model N2 - Nach operativer Stabilisierung distaler Fibulafrakturen mit einem Standardimplantat wird bislang eine Teilbelastung der betroffenen Extremität empfohlen. Diese ist in der Nachbehandlung bei älteren Patienten mit eingeschränkten koordinativen Fähigkeiten und Begleiterkrankungen stark eingeschränkt. Gegenstand dieser Arbeit sind vergleichende biomechanische Untersuchungen einer winkelstabilen Konturenplatte, einer konventionellen Konturenplatte sowie der AO-Drittelrohrplatte. Entsprechende Experimente wurden in einem Osteoporose simulierenden Knochenmodell (Synbone, Generic bone, osteoporotic, 0080) durchgeführt. Hierbei wurde zum einen eine Torsionsgrenzkraftmessung und zum anderen eine zyklische Torsionstestung (4000 Zyklen mit 20% des maximalen Drehmomentes) durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass das Drehmoment bei Versagen ab einer Schraubenlänge von 16 mm sowie das maximale Drehmoment, welches zum Implantatversagen der winkelstabilen Konturenplatte führte ab einer Schraubenlängen von 14 mm stets größer war als dasjenige der konventionellen Konturenplatte. Ebenso zeigte sich eine Überlegenheit gegenüber der Drittelrohrplatte. Diese überlegenenen biomechanischen Eigenschaften, welche zusätzlich in einer weiterführenden experimentelle Arbeit mit humanen osteoporotischen Unterschenkelpräparaten bestätigt werden konnten, schaffen bessere Vorrausetzungen für eine funktionelle Nachbehandlung des älteren Patienten mit einer postoperativen Vollbelastung. Eine klinische Studie muss nun bestätigen, ob die verbesserten mechanischen Eigenschaften tatsächlich eine veränderte Nachbehandlung ermöglichen. N2 - Fixation of ankle fractures in elderly patients is associated with reduced stability conditioned by osteoporotic bone. Therefore, fixation with implants providing improved biomechanical features could allow a more functional treatment, diminish implant failure and avoid consequences of immobilization. In this study we evaluated a lateral conventional contoured plate with a locking contoured plate and a standard one-third tubular plate stabilising a distal fibular fracture in an artificial osteoporotic bone model (Synbone, Generic bone, osteoporotic, 0080). We performed a torque-to-failure and a cyclic testing (4000 cycles, 20% of maximal torque-to-failure). The locking plate showed a higher torque-to-failure and maximal torque compared to the conventional contoured plate and the standard one-third tubular plate. The fixation of distal fibular fractures in osteoporotic bone with the contoured locking plate may be advantageous as compared to the conventional plates. The locking plate with improved biomechanical attributes may allow a more functional treatment, reduce complications and consequences of immobilisation. A cadaver study confirmed our biomechanical results and further clinical studies will follow to evaluate the clinical benefits of the locking contoured plate. KW - Oberes Sprunggelenk KW - Sprunggelenksfrakturen KW - osteoporotischer Knochen KW - Lauge-Hansen KW - winkelstabile Konturenplatte KW - Biomechanik KW - ankle fractures KW - Lauge-Hansen KW - osteoporotic bone KW - contoured locking plate KW - biomechanics Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66755 ER - TY - THES A1 - Wecker, Thomas T1 - Über den Einfluss des transformierenden Wachstumsfaktors beta 2 auf das Zytoskelett und das Proteinexpressionsmuster menschlicher Trabekelmaschenwerkszellen T1 - TGF-beta 2 modulates cell-cell adhesion and the cytoskeleton in human trabecular meshwork cells N2 - Das primäre Offenwinkelglaukom (POWG) ist eine mit typischen Gesichtfeld- und Papillenschäden einhergehende Erkrankung des Auges, die in den westlichen Industrienationen zu den häufigsten Erblindungsursachen zählt. An Glaukom erkrankte Patienten weisen häufig erhöhte Augeninnendruckwerte und gesteigerte TGF-beta 2-Spiegel im Kammerwasser auf. Der Augeninnendruck wird im Wesentlichen durch den Abflusswiderstand des Trabekelmaschenwerks bestimmt. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Wachstumsfaktors TGF-beta 2 auf das Zytoskelett von menschlichen Trabekelmaschenwerkszellen (HTM) untersucht. Hierbei konnten die bereits bekannten TGF-beta-Effekte, nämlich verstärkte Stressfaserbildung und Zunahme der alpha-SMA- sowie Aktin-Expression bestätigt werden. Bisher unbekannt war die Zunahme der Expression von N-Cadherin und beta-Catenin unter TGF-beta, die Veränderungen der Zell-Zell-Adhäsionen nach sich zieht und damit auch Einfluss auf die biomechanischen Eigenschaften des Trabekelmaschenwerks haben könnte. beta-Catenin ist hierbei auch unter dem Einfluss von TGF-beta nur zu einem geringen Anteil im Zellkern lokalisiert, was mit einer vermehrten Lokalisation von beta-Catenin in Zell-Zell-Verbindungen vereinbar ist. Da vermutlich unter TGF-beta-Stimulation sogar eher weniger beta-Catenin als Mediator für den Wnt-Signalpfad zur Verfügung steht, könnte ein TGF-beta-vermittelter Wnt-Antagonismus eine Rolle in der Entstehung des POWG spielen. Es ist bekannt dass eine Hemmung des Wnt-Signalwegs den Augeninnendruck erhöht. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass an der TGF-beta 2-Signalgebung in humanen Trabekelmaschenwerkszellen außer dem klassischen Smad-Weg auch MEK/ERK und PI3K/AKT an der Signalübertragung beteiligt sind. Hierbei sind die TGF-beta-induzierten Änderungen der Zell-Zell-Verbindungen von der Smad- und AKT-Signalgebung abhängig, während die Effekte von TGF-beta auf alpha-SMA über den MEK/ERK-Signalweg vermittelt werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen einige neu beobachtete TGF-beta-Effekte im Trabekelmaschenwerk, von denen insbesondere die Veränderungen des Zellskeletts und der Zell-Zell-Verbindungen sowie die möglicherweise stattfindende Depletion des Wnt-Signalweges Bedeutung für die Entstehung des Offenwinkelglaukoms haben könnten. N2 - Primary open angle glaucoma (POAG) is a chronic optic neuropathy with elevated intraocular pressure and ageing as major risk factors. The incidence of POAG is expected to rise in the aging industrial societies. Structural changes in the trabecular meshwork (TM) and elevated TGF-beta 2 levels in the aequous humor have been described in POAG-patients. It has been shown that TGF-beta modulates the amount and the composition of the extracellular matrix and intracellular proteins in the TM. Here we show that TGF-beta 2 modulates the cytosceletal rearrangements and the expression of cadherins in human TM cells. These changes require the canonical Smad-pathway as well as non-canonical signaling by the Pi3K/AKT- and MEK/ERK-pathways. Changes in the cytoskeleton and cell-cell adhesions might influence the mechanotransduction characteristics of TM tissue and thus have effects on the regulation of intraocular pressure with implications in primary open angle glaucoma. KW - Glaukom KW - Weitwinkelglaukom KW - Zellskelett KW - Transforming Growth Factor beta 2 KW - Wnt-Proteine KW - Kammerwinkel KW - Trabekelmaschenwerk KW - Proteinexpressionsmuster KW - Biomechanik KW - trabecular meshwork KW - protein expression KW - biomechanics Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-54595 ER - TY - THES A1 - Endlein, Thomas T1 - Haftung und Fortbewegung: Kontrollmechanismen von Adhäsionskräften bei Ameisen T1 - Locomotion and Adhesion: Control Mechanisms of Attachment in Ants N2 - Natürliche Haftsysteme übertreffen technische Kleber in mehreren Aspekten: Sie haften auf nahezu allen Oberflächen, sind selbstreinigend und sind in ihrer Haftstärke dynamisch kontrollierbar. Für Tiere mit Haftorganen ist deren Kontrolle eine Grundvoraussetzung für effiziente Lokomotion. Wie können Tiere gut an Oberflächen haften und gleichzeitig schnell laufen? Wie werden Haftorgane kontrolliert, um auf rauen oder glatten Oberflächen senkrecht oder kopfüber zu haften und wieder loszulassen? Die vorliegende Arbeit untersucht am Beispiel vonWeberameisen (Oecophylla smaragdina), welche Kontrollmechanismen Insekten verwenden, um den Konflikt zwischen Haftung und Fortbewegung zu bewältigen. Weberameisen besitzen an ihren Füßen zwischen den Krallen ein entfaltbares Haftorgan (Arolium), welches im Vergleich zu anderen Hymenopteren stark vergrößert ist. Ihre enormen Haftkräfte (mehr als das 100-fache ihres Körpergewichtes) werden hauptsächlich eingesetzt, um Blätter für ihren Nestbau in den Baumkronen zusammenzuziehen. Sie sind Meister der Haftung und gute Läufer zugleich und eigneten sich daher sehr gut als Modellsystem. In der Arbeit wurde dieWechselwirkung von Haftung und Bewegung auf mehreren hierarchischen Ebenen untersucht, vom gesamten Körper über die Beine bis zum Haftorgan selbst. Es zeigte sich, dass Kontrollmechanismen auf allen drei Ebenen vorliegen. Im ersten Teil der Arbeit wurde durch Manipulationen an der Krallenziehersehne die komplexe innere Mechanik des Prätarsus aufgeklärt. Es zeigte sich, dass die Bewegungen von Tarsus, Krallen und Arolium in einer koordinierten Reihenfolge erfolgten. Durch Amputationen der Krallenspitzen an lebenden Ameisen konnte bestätigt werden, dass die Entfaltung des Aroliums durch das Verhaken der Krallen auf rauen Oberflächen mechanisch eingeschränkt wird. Der Einsatz des Aroliums war auch abhängig von der Oberflächenorientierung. Weberameisen setzten ihr Haftorgan beim aufrechten Laufen überhaupt nicht ein, beim Kopfüberlaufen auf glatten Oberflächen wurde dagegen nur ein Bruchteil der maximal möglichen Haftkontaktfläche entfaltet. Die Versuche zeigten, dass Ameisen die Entfaltung des Aroliums entweder aktiv, d. h. durch Kontraktion des Krallenziehermuskels, oder passiv durch Zugbewegungen des Tarsus graduell variieren. Beide Mechanismen werden von den Ameisen verwendet, um die ansonsten klein gehaltene Haftkontaktfläche bei Bedarf (z. B. bei Zusatzbeladungen) zu vergrößern. Die passive Entfaltung ist von der neuromuskulären Kontrolle entkoppelt und unterliegt somit nicht den Zeitverzögerungen von Reflexreaktionen. Durch plötzliche laterale Verschiebung der Laufoberfläche durch einen Stoß konnte eine schlagartige Ausfaltung der Arolien ausgelöst werden, die wesentlich schneller ablief als alle bekannten Reflexreaktionen. Dies kann als Sicherheitsmechanismus interpretiert werden, womit sich die Ameisen bei starken Erschütterungen der natürlichen Laufsubstrate (Blätter) durchWindstöße oder Regentropfen festhalten können. Sowohl Kraftmessungen an der Krallenziehersehne, welche die Kontraktion des Krallenziehermuskels nachahmten als auch Reibungskraftmessungen zur passiven Entfaltung des Aroliums zeigten, dassWeberameisen im Vergleich zu einer bodenlebenden Ameise ihre Haftorgane leichter entfalten konnten. Dies erleichtert es ihnen, ihre Haftorgane über lange Zeit im entfalteten Zustand zu halten, wie es beispielsweise beim Nestbau erforderlich ist. Mit Hilfe von dreidimensionalen Kinematikstudien konnte gezeigt werden, dass Weberameisen durch Änderungen des Beinwinkels zur Oberfläche das Schälverhalten der Haftorgane beeinflussen. Ein flacherer Winkel verhinderte das Abschälen der Haftorgane während der Standphase oder beim Tragen von Zusatzlasten; ein steilerer Tarsus hingegen erleichterte das Abschälen während der Ablösephase. Dieses Verhalten wurde mit dem Modell eines Klebebandes verglichen. Allerdings veränderten sich die Haftkräfte in einem bestimmten Winkelbereich deutlich stärker, als die Schältheorie es vorhersagen würde. Die starken Unterschiede in der Haftkraft an dieser Schwelle sind jedoch biologisch sinnvoll und werden wahrscheinlich von den Ameisen verwendet, um schnell zwischen Haften und Lösen zu wechseln. Messungen der Bodenreaktionskräfte zeigten einen weiteren Ablösemechanismus: Während der Ablösephase wird durch distales Schieben des Beines das Haftorgan entlastet und so eine passive Rückfaltung des Aroliums erlaubt. Beide Ablösemechanismen (Schälen und Entlasten) wurden für einzelne Beinpaare im unterschiedlichen Ausmaß von den Ameisen verwendet. Eine Umorientierung zur Schwerkraftrichtung, z. B. beim Kopfüberlaufen, hatte auch Einfluss auf das Laufmuster und die Beinstellung relativ zum Körperschwerpunkt. Die Ameisen passten beim Kopfx überlaufen ihren Gang so an, dass sie mehrere Beine gleichzeitig in Bodenkontakt hielten und langsamere und kürzere Schritte machten. Entstandene Drehmomente beim Tragen von Zusatzlasten wurden durch gezielte Änderungen der Beinpositionen ausgeglichen. Meine Arbeit zeigt, dass Insekten die Oberflächenhaftung auf verschiedenen hierarchischen Ebenen mit Hilfe verschiedener Anpassungen kontrollieren und dabei elegant neuromuskuläre Steuerungen mit rein passiven Mechanismen vereinigen. Die hier für Weberameisen exemplarisch untersuchten Effekte sind von allgemeiner Bedeutung für alle Tiere, die sich mit Hilfe von Haftorganen fortbewegen. Ein Verständnis der Mechanismen, mit denen Insekten Haftung dynamisch kontrollieren, könnte wichtige Anregungen für die Entwicklung von kletterfähigen Laufrobotern liefern. N2 - Natural adhesive pads outperform technical adhesives in many aspects: they can stick to almost every surface, they have self-cleaning capabilities and are highly dynamic and versatile in their adhesive strength. Animals walking with adhesive pads have to vary their adhesion with each step in order to adhere safely yet have to detach their feet quickly and effortlessly. How can these animals control their attachment whilst walking upright or upside down, on different surface roughnesses or when carrying additional loads? Weaver ants (Oecophylla smaragdina) have foldable adhesive pads (arolia) at the tip of their feet, which are relatively large compared to other Hymenoptera. They use their pads to adhere to slippery leaf surfaces when they construct their nests in the tree canopy. Since these ants are both good runners and are capable of generating adhesive forces of more than 100 times their own body weight, they form a good model to study the conflict between locomotion and adhesion. In my thesis I have focused on the control mechanisms of adhesion at several hierarchical levels, from body kinematics to leg posture to the mechanics of the adhesive pad itself. In the first part of my studies, manipulation experiments on the claw flexor tendon revealed the complex inner mechanics of the pretarsus. A pull on the tendon elicited a coordinated sequence of movements where the arolium moved after the flexion of the claws. When ants run on rough surfaces the contraction of the muscle is stopped mechanically by the interlocking of the claws and prevents the unfolding of the arolium. Claw amputation experiments on walking ants confirmed that the mechanical control of the arolium depended on surface roughness. The unfolding of the arolium also varied with the load acting on the ants. When ants walked upright their pads were never engaged. When they walked in an upside down manner they used only a fraction of their possible contact area and increased their pad contact area when they carried additional loads. Ants adapted the pad contact size acitvely by a contraction of the claw flexor muscle and/or passively by a proximal pull on the leg. The passive unfolding mechanism of the pads is decoupled from a neuronal control and therefore can be very fast. In experiments where the substrate were displaced rapidly it caused a sudden unfolding of the arolium. The arboreal Weaver ants may use this as a safety mechanism to cling onto the leaves when heavy raindrops or wind gusts shake the substrate. Despite the large size of the arolium in Weaver ants, both the active and passive unfolding required less force than the measured for the smaller pads of a ground living species. The economical unfolding might help the ants to keep the pads unfolded over longer periods, for instance when they keep prey insects down, carry them or when they hold leaves in place for their nest contruction. Kinematic studies revealed that movements of the legs can influence the attachment and detachment of the pads in normal walking and when they carried loads. Ants prevented peeling of their pads by reducing the angle of the tarsus to the surface. Like peeling off an adhesive tape, the pull-off forces depend on the angle of pulling. However, experiments showed that ants quickly detach from a surface when the angle of their tarsus reaches an upper range of angles. By varying the tarsus angle slightly, ants may switch easily between attachment and detachment. Recording of ground reaction forces revealed another detachment mechanism. Walking ants unloaded their feet by distally pushing the leg in order to allow a passive recoil of the tarsus and the self-elastic arolium. Both mechanisms (peeling and unloading) were used in the three leg pairs to a different extend. Running upside down also changed the walking pattern. Ants kept more feet in simultaneous surface contact and walked more slowly. When ants carried loads upside down they compensated for tipping moments of the body, by varying the footfall positions. In summary,Weaver ants can control their attachment on different hierarchical levels and combine neuronal and passive mechanisms in an elegant way. The results shown here forWeaver ants are exemplary for all animals walking with adhesive pads and may provide insights for equipping climbing robots with artificial pads. KW - Ameisen KW - Laufen KW - Haftung KW - Biomechanik KW - Kontrolle KW - Adhäsion KW - Kontrollmechanismen KW - Biomechanik KW - Weberameisen KW - Oecophylla smaragdina KW - Adhesion KW - controll mechanism KW - biomechanics KW - weaver ants Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28985 ER -