Der Einfluss des Bohrkopfdesigns und der Bohrparameter auf den Markraumdruck und deren Auswirkung auf das Ausmaß der Fettembolie und auf die systemische Organbelastung während des Bohrvorganges bei der Verriegelungsnagelung am Oberschenkel[*]

1. Einleitung

„Es ist ein großes Unglück über die Menschheit gekommen: die Marknagelung”, sagte Prof. Dr. Lorenz Böhler, der Vater der modernen Unfallchirurgie, der, nach anfänglicher Begeisterung für diese Methode, miterleben musste, wie technische Schwierigkeiten und mangelnde Erfahrung zunehmend schlechtere Ergebnisse zur Folge hatten. Die historische Betrachtung der Marknagelung zeigt, dass neben der Weiterentwicklung des Implantates auch die operative Technik modifiziert wurde. Von 1939 bis 1947 fü hrte Gerhard Küntscher Marknagelungen ohne Aufbohrung des Markraums durch. Später konnte durch die weite Aufbohrung des Markraumes eine langstreckige Verklemmung des Nagels erreicht werden. Mit Einführung des Verriegelungsnagels durch Klemm und Schellmann im Jahre 1972 konnte auf eine ausgedehnte Aufbohrung der Markhöhle verzichtet werden, da das Prinzip der Nagelverklemmung durch die Verriegelung ersetzt wurde.

Der Zusammenhang zwischen Fraktur und Fettembolie ist seit 1861 bekannt. Zenker beschrieb damals Fetttropfen in der Lunge eines Bahnarbeiters nach schwerer thorakoabdomineller Kontusion. 1873 berichtete Bergmann über eine Fettembolie bei einem Patienten mit distaler Femurfraktur [2]. Die Fettintravasation kann, insbesonders bei mehrfachverletzten Patienten mit Lungenkontusionen, zur Belastung des Lungenkreislaufs bis hin zum manifesten ARDS (Adult Respiratory Distress Syndrome) führen. Küntscher empfahl, den Marknagel langsam einzuschlagen und die Einführungsöffnung groß genug anzulegen, um den Abfluss des austretenden Knochenmarks zu ermöglichen. Außerdem plädierte Küntscher dafür, die Marknagelung niemals sofort durchzuführen, sondern stets einige Tage mit der Versorgung zuzuwarten [33] [34].

Die in Folge der Aufbohrung entstehende intramedulläre Druckerhöhung führt zum Austritt von Markrauminhalt durch die Kapillaren in die venöse Blutbahn. Der Markraum eines Röhrenknochens besteht aus Spongiosa, extrasinusoidal liegendem Knochenmark und intrasinusoidalem Blut. Lücken zwischen den Endothelzellen der Sinusoide ermöglichen den Austausch von Blutzellen zwischen dem extra- und intrasinusoidalen Raum [4]. Der Blutzufluss zum Markraum erfolgt über die nutritiven Arterien und der Blutabfluss über einen zentral gelegenen Sinus und zum größten Teil über die metaphysären Venengeflechte [84]. Durch die intramedulläre Druckerhöhung kommt es zu einer Volumsverschiebung mit Knochenmarkausschüttung über die venösen Abflussgefäße.

Die Erforschung der systemischen Wirkung der Fetteinschwemmung als Folge der intramedullären Druckerhöhung während der Markraumaufbohrung bzw. Nagelung erfolgte gleichzeitig mit der Entwicklung neuer Implantate. Zahlreiche Autoren haben über Drucksteigerung im Markraum während des Aufbohrvorganges berichtet[17] [18] [23 25] [49] [76 78] [91] [93] [104] [105]. Die durch diese Drucksteigerung bedingte Fetteinschwemmung und deren systemische Auswirkung wurde in mehreren experimentellen und klinischen Arbeiten nachgewiesen [6] [15] [22] [25] [37] [66] [92]. Eine Belastung des Lungenkreislaufs während des Aufbohrens und ein möglicher Zusammenhang mit der Entstehung eines ARDS sind weitgehend diskutiert worden [1] [7] [16] [73] [77] [81] [101].

Das Behandlungskonzept der Oberschenkelschaftfrakturen bei Polytraumatisierten unter dem Aspekt der Fettembolie und des drohenden ARDS ist weiterhin umstritten.

Dem biomechanisch weitaus überlegenen Verriegelungsnagel stehen die Plattenosteosynthese, der Fixateur externe sowie der unaufgebohrte Nagel gegenüber, die durch die geringere intramedulläre Drucksteigerung die pulmonale Belastung deutlich reduzieren [11] [20] [46].

Unaufgebohrte Nägel sind solide und erzeugen im Vergleich zur gebohrten Technik aufgrund des kleineren Durchmessers einen geringeren intramedullären Druck [20] [29 32]. Dies bewirkt eine Reduktion der Fettintravasation, die wiederum zu einer Verminderung der pulmonalen Belastung führt. Ein weiterer Vorteil der unaufgebohrten Technik liegt in der geringeren Beeinträ chtigung der endostalen Durchblutung. Klein et al. [28] fanden im Tierexperiment eine Durchblutungsminderung von 70 % bei der aufgebohrten Technik gegenüber 30 % bei der unaufgebohrten Methode. Szintigraphische Messungen beim Hund zeigten nur nach Aufbohrung eine postoperative Durchblutungsminderung[50].

Die biomechanischen Vorteile der intramedullären Frakturstabilisierung und die kurze postoperative Rehabilitationsphase der Patienten gaben Anlass zu der Überlegung, wie diese intramedulläre Druckerhöhung im Markraum und die Entstehung einer Embolie mit den daraus folgenden Lungenkomplikationen zu verhindern seien. Durch die Entwicklung des unaufgebohrten Nagels sowie Änderungen der Implantate und des Bohrkopfdesigns wurden bereits Versuche unternommen, die Nagelungsosteosynthese weniger invasiv durchzuführen.

Die biomechanischen und physiologischen Möglichkeiten einer Reduktion des Markraumdruckes und -temperatur wären:

Einbauen eines Entlastungsventils. Bohrköpfe mit besseren hydraulisch-dynamischen Eigenschaften im Sinne der Druck- und Temperaturerzeugung. Optimierung der Bohrergeschwindigkeit (Drehzahl/Min). Optimierung des Vorschubs des Bohrers. Aufbohren mit gleichzeitiger Spül-Saugtechnik. Modifizierung des Nagelprofils (kleeblatt-, sternförmig oder rund). Unaufgebohrte Nagelungstechnik.

In dieser biomechanisch- tierexperimentellen Studie wurden biomechanische und physiologische Faktoren untersucht, die zu einer Verringerung des Markraumdruckes während des Aufbohrens führen und das Ausmaß der Fett- und Markembolie reduzieren. Mit dem Entwurf eines neuen Bohrkopftyps mit verbesserten hydraulischen Eigenschaften und mit der Standardisierung der Bohrgeschwindigkeit und der Vorschubkraft ist der Versuch unternommen worden, einen weiteren Schritt in Richtung intramedullärer Druck- und Temperatursenkung zu setzen, wodurch die Fettintravasation und die Lungenkomplikationen auf ein Minimum reduziert werden könnten.

1 Habilitationsschrift, April 2000

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1 Habilitationsschrift, April 2000