Horst Balling

• EINFÜHRUNG: Bisherige Methoden der Behandlung von Wirbelkörperfrakturen machten ein kombiniertes Vorgehen aus anteriorem und posteriorem Zugang zum frakturierten Wirbelkörper erforderlich, um zwei Dinge zu ermöglichen: die Stabilisierung der hinteren Säule durch einen Fixateur interne und die Aufrichtung und Abstützung des gesinterten Wirbels durch Cage-Interposition, Verplattung oder autologe trikortikale Spantransplantation vom Beckenkamm zur Erhöhung der axialen Belastbarkeit im frakturierten Wirbelsäulensegment. Ein bereits in den 80erEINFÜHRUNG: Bisherige Methoden der Behandlung von Wirbelkörperfrakturen machten ein kombiniertes Vorgehen aus anteriorem und posteriorem Zugang zum frakturierten Wirbelkörper erforderlich, um zwei Dinge zu ermöglichen: die Stabilisierung der hinteren Säule durch einen Fixateur interne und die Aufrichtung und Abstützung des gesinterten Wirbels durch Cage-Interposition, Verplattung oder autologe trikortikale Spantransplantation vom Beckenkamm zur Erhöhung der axialen Belastbarkeit im frakturierten Wirbelsäulensegment. Ein bereits in den 80er Jahren entstandenes Konzept eines solitären dorsalen Vorgehens mit transpedikulärem Zugang zur Behandlung der ventralen Säule mittels autologer Spongiosa und dem Vorteil einer verminderten Morbidität durch den Wegfall des zusätzlichen ventralen Vorgehens scheiterte an der fehlenden axialen Belastungsstabilität. Wir testeten im Schafsmodell ein modifiziertes dorsales transpedikuläres Verfahren und untersuchten die Effizienz eines rhOP-1-Hydroxylapatit-Zement-Gemisches gegenüber transplantierter Spongiosa und Hydroxylapatit-Zement hinsichtlich seiner Eignung zur Abstützung der vorderen Säule. METHODIK: Es wurden 36 Schafe einer operativen Verblockung der Lendenwirbel 4-6 mittels Fixateur interne unterzogen und in drei Gruppen zu je 12 Tieren eingeteilt. In Gruppe 1 diente autologe Beckenkammspongiosa zur transpedikulären Auffüllung des pedikuloskopisch ausgeräumten Zwischenwirbelraumes L4/5, in Gruppe 2 wurde der Defekt durch Hydroxylapatit-Zement überbrückt und in Gruppe 3 durch Hydroxylapatit-Zement mit darin mikroverkapseltem rhOP-1. Die ersten beiden Tiere der ersten Gruppe mußten wegen einer primären postoperativen Paraplegie der hinteren Extremitäten getötet werden, so daß in dieser Gruppe noch zehn Tiere für die kommenden Untersuchungen verblieben. Nach 8 postoperativen Wochen wurden die Tiere getötet und die seit der Operation stattgefundenen Veränderungen im aufgefüllten Zwischenwirbelraum L4/5 röntgenologisch, makromorphometrisch und histologisch verglichen. ERGEBNISSE: In Gruppe 1 zeigte sich in einem von zehn Fällen eine einseitige knöcherne Durchbauung, in acht der zehn Fälle eine über das ursprüngliche Niveau der Wirbelkörperendplatten hinausreichende Knochenneubildung oder zumindest Spongiosaintegration, es traten keine Entzündungszeichen in dieser Gruppe auf. In Gruppe 2 wurden eine unilaterale und eine bilaterale Wirbelkörperfusion gefunden, die übrigen zehn Schafe wiesen eine deutliche Zementresorption und –fragmentierung mit steriler Entzündungsreaktion und Osteolysen in vier Fällen auf. Charakteristisch war eine horizontal verlaufende Bruchlinie im intervertebralen Anteil der Zementplombe, die in allen Präparaten zu finden, im Falle der Fusionen allerdings durch Knochenbrücken unterbrochen war. Gruppe 3 präsentierte in vier Fällen unilaterale und in sechs Fällen bilaterale Fusionen, selbst die beiden Präparate ohne Fusion zeichneten sich durch deutliche Knochenneubildung und fehlende Zementresorption oder –fragmentierung bei auch hier vorhandener horizontaler Plombenbruchlinie aus, es fanden sich keine osteolytisch-entzündlichen Veränderungen. DISKUSSION: Die rhOP-1-Hydroxylapatit-Zement-Gruppe erwies sich mit zehn erfolgreichen Fusionen ohne Entzündungsreaktionen somit als deutlich überlegen im Vergleich mit transplantierter Spongiosa (eine Fusion, kein Entzündungsfall) und Hydroxylapatit-Zement ohne rhOP-1 (zwei Fusionen, vier Entzündungsfälle). Die in Gruppe 2 und 3 beobachtete horizontale Bruchlinie in der Zementplombe rührte von einer frühen postoperativen Scherkraftbelastung auf den Zwischenwirbelraum L4/5 und konnte in der dritten Gruppe dank der osteoinduktiven Wirkung des rhOP-1 besser durchbaut werden als in der Hydroxylapatit-Zement-Gruppe ohne rhOP-1, in der die alleinige osteokonduktive Wirkung des Knochenzements eine rasche Wirbelkörperfusion nicht herbeiführen konnte. Stattdessen trat in einigen Fällen trotz primärer axialer Belastungsstabilität des Zementes wegen der fehlenden beschleunigten Biointegration des Hydroxylapatits eine deutliche Zementplombenfragmentierung mit nachfolgender steriler Entzündungsreaktion auf. ZUSAMMENFASSUNG: Es konnte also unter Vermeidung eines zusätzlichen ventralen Vorgehens mit einem transpedikulären dorsalen Verfahren mittels einer Kombination aus primär axial belastungsstabilem Hydroxylapatit-Zement und osteoinduktiv wirksamem rhOP-1 in zehn von zwölf Fällen und damit signifikant häufiger als mit den Vergleichsverfahren nach acht postoperativen Wochen eine Wirbelkörperfusion im Schafsmodell herbeigeführt werden.…
• INTRODUCTION: Methods for the treatment of thoracolumbar burst fractures usually combine anterior with posterior approaches to the fractured vertebra to provide two features: stabilization of the posterior column by dorsal instrumentation with an internal fixator and long-term correction of the loss of height in the sagittal profile by cage interposition, anterior plating systems or autologous tricortical strut-graft from the iliac crest to increase axial load bearing capacities in the fractured vertebra. In the eighties, a concept wasINTRODUCTION: Methods for the treatment of thoracolumbar burst fractures usually combine anterior with posterior approaches to the fractured vertebra to provide two features: stabilization of the posterior column by dorsal instrumentation with an internal fixator and long-term correction of the loss of height in the sagittal profile by cage interposition, anterior plating systems or autologous tricortical strut-graft from the iliac crest to increase axial load bearing capacities in the fractured vertebra. In the eighties, a concept was developed to treat the anterior column with autologous bone by a transpedicular approach. The great advantage of this method was the reduced morbidity with the avoidance of an additional anterior approach to the injured vertebra. Unfortunately, autograft could not provide sufficient stability for axial loading. We tested a modified dorsal transpedicular procedure in sheep and investigated the efficacy of a rhOP-1 enhanced hydroxyapatite cement versus transplanted autologous bone and hydroxyapatite cement as to providing sufficient stability for the anterior column. METHODS: 36 sheep underwent posterior lumbar instrumentation from L4 to L6, transpedicular removal of the intervertebral disc L4/5 and transpedicular augmentation with either autologous bone (group 1), hydroxyapatite cement (group 2) or rhOP-1 enhanced hydroxyapatite cement (group 3). In the first group, ten cases could be evaluated after the first two animals had to be sacrificed due to postoperative paraplegia of the dorsal limbs. Groups 2 and 3 consisted of 12 animals each. The sheep were sacrificed at eight weeks post-op, and the explanted spine segments L4-6 were examined radiologically, makromorphometrically and histologically. RESULTS: In the first group, unilateral osseous bridging over the intervertebral gap was seen in 1/10 cases, 8/10 cases showed new bone formation exceeding the genuine vertebral end plate or – at least – bony integration of the autograft. No inflammatory reactions were seen. The second group presented an unilateral and a bilateral vertebral fusion, 10/12 cases showed gross resorption and cement fragmentation with osteolysis and sterile inflammatory reactions in four cases. Characteristically, a horizontal fracture line could be observed in the intervertebral part of the cement, discontinuous only in the two fused cases because of bony bridging. In the third group, successful vertebral fusion could be found in 10/12 cases (4 unilateral, 6 bilateral), even the remaining two specimen witnessed high-level bone formation and a lack of cement resorption or fragmentation, but showed the horizontal fracture line, as well. No osteolytic or inflammatory reactions were found. DISCUSSION: The rh-OP-1 enhanced hydroxyapatite cement with 10/12 fusions and no inflammatory reactions was far superior to autograft (1/10 fusion, no inflammatory reactions) and hydroxyapatite alone (2/12 fusions, 4 cases of inflammatory reactions). The horizontal fracture line described in group 2 and 3 resulted from early postoperative sheer forces. Due to its osteoinductive effects, rhOP-1 accelerated biointegration of the cement, whereas the osteoconductive effects of the hydroxyapatite cement alone could not prevent from fragmentation, resorption of the cement and inflammatory reaction despite the cement’s primary stability for axial loading. CONCLUSION: Transpedicular lumbar interbody fusion (TLIF) with a composite of primarily stable axial load bearing hydroxyapatite cement and osteoinductive rhOP-1 showed successful fusion in 10/12 cases at eight weeks post-op in a sheep model and avoided the morbidity of an additional anterior approach to the injured vertebra along with the complications of harvesting iliac crest bone.…