Über die Stabilität von humaner Kortikalis nach verschiedenen Konservierungs- und Sterilisationsverfahren

Zusammenfassung

In einer biomechanischen Untersuchung wurde die Stabilität humaner Femurknochen nach unterschiedlichen Konservierungs- und Sterilisationsverfahren getestet. Weiterhin wurden die inter- und intraindividuellen Unterschiede in der Knochenstabilität dokumentiert. Insgesamt testeten wir 200 Proben aus den Femura von 5 Multiorganspendern mit Hilfe einer Materialprüfmaschine (ZWICK) unter standardisierten Bedingungen. Nach unterschiedlicher Aufarbeitung (Tiefkühlung -25 °C, Autoklavierung, Gefriertrocknung, Gammasterilisation in Luft, Gammasterilisation unter Argon-Schutz) wurden die Proben einer Biegeverformung unterworfen. Die Zuteilung der Proben auf die unterschiedlichen Behandlungsmethoden erfolgte nach dem Modell des Lateinischen Quadrates. Die statistische Auswertung wurde mit einer Multivarianzanalyse durchgeführt. Es zeigte sich, daß signifikante Unterschiede in der Stabilität der verschiedenen Femura und ebenso signifikante Unterschiede in der Bruchfestigkeit gleicher Femura in unterschiedlichen Höhen vorliegen. Weiterhin resultierten signifikante Unterschiede in den 5 verschiedenen Behandlungsgruppen. Gegenüber der Kontrolle zeigt sich, daß die Biegefestigkeit durch Dampfsterilisation um 8,7% abnimmt. Bei Gefriertrocknung erhöht sie sich um 18,9%. Nach Gefriertrocknung und Gamma-Bestrahlung in Luftatmosphäre nimmt die Stabilität um 1,7% ab, nach Gefriertrocknung und Gamma-Bestrahlung in Argonatmosphäre um 3,4% zu.

Klinische Relevanz: Bei Versuchen zur Überprüfung der Primärstabilität von Knochentransplantaten nach Konservierungs- oder Sterilisationsverfahren sollten die intra- und interindividuellen Unterschiede der Knochenstabilität im Versuchsdesign Berücksichtigung finden. Bei einer sekundären Sterilisation von allogenem Knochen durch Gamma-Bestrahlung scheint Argon eine protektive Wirkung auf die Knochenstabilität zu besitzen.

Abstract

In a biomechanical study we evaluated the stability of human femurs. In order to document the inter- and intraindividual differences in bending stability, and the changes in breaking strength after different storing and sterilizing procedures, we tested 200 bony blocks, which were harvestet from the femurs of 5 multiorgan donors. The bending tests were performed with a material testing maschine (ZWICK) under standardized conditions. The bone blocks we randomized into five different treatment groups (-25°C deep freezing, steam sterilization, lyophilization, lyophilization + gamma irradiation, lyophilization + gamma-irradiation in argon). The statistical analysis was performed by a multivarianz analysis. Our results revealed significant differences concerning breaking strength among different femurs of the 5 multiorgan donors, and a significant difference concerning stability in different areas of the same femur. Furtheron we found a significant difference with regard to the treatment modalities of the five groups. Compared to the control group (-25°C deep freezing), we documented a decrease of 8.7% after steam sterilization, an increase of 18.9% after lyophilization, a decrease of 1.7% after lyophilization + gamma-irradiation, and an increase of 3.4% after lyophilization + gamma-irradiation in argon.

Clinical relevance: In biomechanical studies containing the intention to evaluate the primary bony stability in alloimplants after different sterilization or storage procedures, the significant intra- and interindividal difference in bending strength should be taken into consideration for planning the study design. In cases when bone is secondarily sterilized by gamma-irradiation, argon seems to protect bone stability.