Grundlagen der Unfallchirurgie

Trotz seiner starren Eigenschaften, unterliegt Knochen einem ständigen Umbauprozess, der sich an der Belastung des Knochens orientiert. Dabei besteht Knochen neben Knochenzellen (Osteoblasten, Osteozyten, Osteoklasten) aus einer extrazellulären Knochenmatrix.

 Tipp

Wird Knochen nicht belastet, beispielsweise durch lange Bettlägerigkeit, überwiegt der Knochenabbau. Daher fördert die frühzeitige Mobilisierung nach einer OP den Heilungsverlauf.

Aufbau und Bestandteile von Knochengewebe

Von außen wird der Knochen von der Knochenhaut, dem Periost, umgeben. Diese ist stark durchblutet und sensibel innerviert. Ein Anprall des Schienbeins führt beispielsweise zu starken Schmerzen, da es nur durch wenig subkutanes Fettgewebe gepolstert ist. Ein Anprall führt daher zu einer starken Reizung des Periosts und dadurch zu Schmerzen.

Unter dem Periost beginnt der Knochen mit seiner Rindenschicht, Kortikalis oder auch Substantia compacta genannt. Diese Schicht ist besonders „kompakt“ (dicht) und grenzt sich von der darunter gelegenen schwammartigen (trabekulären) Spongiosa oder Substantia spongiosa ab. Deren Trabekel (Knochenbälkchen) richten sich entlang der Belastungsrichtung aus, um eine bestmögliche Stabilität zu gewährleisten. Zwischen den Trabekeln befindet sich ein Hohlraum, die sogenannte Markhöhle (Cavum medullare, gefüllt mit Knochenmark). Bereits bei der Geburt werden dort Blutzellen gebildet, im Alter verfettet das Knochenmark zunehmend. Dabei werden die Trabekel von einer Inneren Knochenhaut (Endost) bekleidet.

Man unterscheidet Röhrenknochen von Platten Knochen und kurzen Knochen. Zu den Röhrenknochen zählen die Knochen des Ober- und Unterarmes, die Knochen des Oberschenkels und Unterschenkels, sowie diese der Finger und Zehen. Dabei sind Röhrenknochen aus einer Diaphyse (Schaft) und zwei Epiphysen (Enden) aufgebaut, die über zwei Metaphysen (Wachstumszonen) verbunden sind. 

 Merke

Zu den platten Knochen zählen die Schädelknochen, Schulterblätter, Rippen, die Beckenknochen und das Sternum. Kurze Knochen sind beispielsweise die Handwurzel- oder Fußwurzelknochen.

 Info

Durch die Aufteilung in eine dichte Rinde und eine trabekuläre innere Substanz wird Knochen leicht und stabil zugleich. Dadurch spart sich der Körper bei Bewegung Energie!

Die Knochenmatrix bezeichnet Bestandteile, die von den Zellen produziert und aus dem Zellinneren heraus geschleust werden. Diese lagern sich um die Zellen wie eine Art funktioneller „Zement“ an und sind für die physikalischen Eigenschaften des Knochens verantwortlich.

 Info

Bei der Glasknochenkrankheit (Synthesestörung organischer Matrix) ist der Knochen zwar fest aber nicht elastisch und bricht daher leicht. Bei der Rachitis oder Osteomalazie (Synthesestörung anorganischer Matrix) ist der Knochen zwar elastisch aber nicht fest und verbiegt sich daher leicht.

Man unterscheidet ebenfalls verschiedene Knochenzellen. Osteoblasten sind für den Aufbau von Knochen verantwortlich. Diese bilden aktive Knochenmatrix und werden nach vollbrachter Arbeit (eingebettet in Knochenmatrix) als Osteozyten bezeichnet. Osteoklasten hingegen sind für den Abbau des Knochens verantwortlich. Hierfür bilden sie einerseits ein saures Milieu, um die anorganische Knochenmatrix (Knochensalze, Hydroxalapatit) zu lösen, andererseits bilden sie  Enzyme für den Abbau der organischen Knochenmatrix.

„Klassische“ traumatische Frakturen entstehen durch übermäßige Krafteinwirkung von außen, beispielsweise bei einem Sturz aus großer Höhe. Bei pathologischen Frakturen kommt es bereits bei normaler Belastung aufgrund einer Knochenschwäche zum Bruch. Dauerhafte Belastung eines Knochens können zu einer weiteren Form, den sogenannten Stress- oder Ermüdungsfrakturen führen. 

 Merke

Häufige Ursachen für eine Knochenschwäche sind beispielsweise die Osteoporose oder Knochentumoren.

 Info

Die Marschfraktur ist ein Beispiel für Stress- oder Ermüdungsfrakturen und tritt durch dauerhafte Belastung der Fußknochen, beispielsweise auf langen Märschen auf.

Das Verständnis der Knochenheilung ist für die Versorgung essenziell. Bei Verletzungen des Knochens entsteht ein Bruchspalt, dessen Eigenschaften entscheiden, ob der Knochen dort wieder zusammenwächst oder nicht. Dabei spielen die Bruchspaltgröße (räumlich), das Milieu im Bruchspalt (biochemisch), sowie die Bewegung oder Ruhe (mechanisch) eine Rolle. Ist die Heilung über eine längere Zeit gestört, entsteht ein „Falschgelenk“ auch Pseudarthrose genannt.

Sind die Bruchfragmente wie bei nicht-dislozierten (nicht-verschobenen) Frakturen dicht aneinander, kommt es unter optimalen Bedingungen zu einer direkten Knochenheilung. Ist der Bruchspalt größer, kommt es zur indirekten Knochenheilung. Hierbei bildet sich ein Übergangsgewebe mit knorpeligem Anteil, ähnlich einer Narbe. Dieser sogenannte Kallus wird im Verlauf in Knochen umgebaut. Neben der Größe des Frakturspalts ist die Ruhestellung entscheidend. Sind die Fragmente zu stark in Bewegung, kann die Knochenheilung nicht stattfinden. Neben den räumlichen und mechanischen Eigenschaften spielt auch das Milieu des Bruchspaltes eine Rolle. Kommt es zu einer Verletzung wird über Blutgefäße und benachbarte Zellen ein Cocktail aus Wachstumsfaktoren und Stammzellen freigesetzt, der die Heilung anregt. Eine Minderdurchblutung oder Entzündung im Frakturbereich stört dabei das Milieu und hemmt die Knochenheilung.

 Tipp

Trotz dem Stellenwert der Ruhigstellung sollten die katabolen Effekte bei zu langer Ruhigstellung bedacht werden. Eine Balance zwischen Ruhe und Mobilisierung ist wichtig.

 Merke

Die “3-R-Prinzipien“ der Frakturbehandlung beinhalten die Reposition, Retention und Rehabilitation.

In diesem Kapitel stellen wir die gängigsten Osteosyntheseverfahren (Zusammenfügen der Knochen) vor, nennen Beispiele für deren Anwendung und zeigen außerdem Vor- und Nachteile, die bei der Auswahl der geeigneten Methode eine Rolle spielen.

Zu den gängigsten Osteosyntheseverfahren gehören die:                                               

• Schraubenosteosynthese
• Plattenosteosynthese
• Nagelosteosynthese
• Drahtosteosynthese
• Fixateur externe

Die Schraubenosteosynthese wird häufig in Kombination mit anderen Osteosyntheseverfahren wie beispielsweise der Plattenosteosynthese angewandt. Alleine kommen Schrauben vor allem bei Frakturen am Innenknöchel, den Handwurzelknochen, dem Handgelenk und bei Abrissfrakturen zum Einsatz.

 Tipp

Die Gewinde von Spongiosaschrauben sind breiter als die der Kortikalisschrauben, um in der trabekulären Spongiosa Halt zu finden.

Man unterscheidet selbstschneidende (schneidende Spitze) von nicht-schneidenden Schrauben. Letztere benötigen vor dem Einschrauben eine Vorbohrung. In Abhängigkeit von dem Knochenabschnitt, der adressiert werden soll, unterscheidet man außerdem Kortikalisschrauben (flaches, enges Gewinde) von Spongiosaschrauben (breites, höheres Gewinde).

Nicht direkt abhängig von der Schraubenart sondern von der Art der Einbringung unterscheidet man Zugschrauben von Stellschrauben. Stellschrauben werden vor allem bei Weber-C-Außenknöchel-Frakturen mit Verletzung der Syndesmose und Membrana interossea eingesetzt, um eine Heilung dieser zu ermöglichen während der Außenknöchel zur Tibia in einem gewissen Abstand fixiert wird. Zugschrauben werden beispielsweise gerne bei Spiralfrakturen senkrecht zum Frakturspalt eingesetzt. Während Stellschrauben den Abstand zwischen zwei Knochenabschnitten sichern, indem sie in beiden Abschnitten mit ihrem Gewinde greifen, führen Zugschrauben zu einer Kompression der Knochenabschnitte mit zunehmendem Einschrauben. Dies wird durch die Bohrung ein Gleitlochs in der Kortikalis des einen Knochenabschnitts ermöglicht, wodurch die Schraube nur in der Gegenkortikalis des anderen Knochenabschnitts greift und die Kortikalis der Gleitloch-Seite mit sich zieht.

Die Plattenosteosynthese ist eine weit verbreitete Art der Osteosynthese und wird zum Beispiel bei distalen Radiusfrakturen, Frakturen des proximalen Humerus bzw. Femur und bei Humerusschaftfrakturen eingesetzt. Außerdem ist sie bei periprothetischen Frakturen zur sekundären Stabilisierung häufig Mittel der Wahl. Durch Überbrückung des Frakturspalts mit einer Platte und Verschraubung mit den jeweiligen Frakturanteilen wird der Bruch stabilisiert. Jedoch muss die Frakturzone meist nach der Operation entlastet werden. Es wird also keine Belastungsstabilität erreicht. Es gibt zahlreiche Platten auf dem Markt, die teilweise anatomisch an die zu adressierenden Knochenabschnitte angepasst sind. Jedoch basieren diese Platten auf denselben folgenden Grundprinzipien.

Es gibt demnach die klassische Kortikalisplatte (auch Standardplatte, Kompressionsplatte oder konventionelle Platte genannt). Bei dieser wird die Platte über normale Kortikalisschrauben durch Kompression fest mit dem Knochen verschraubt. Die Stabilität resultiert dabei durch die Reibung der Platte am Knochen. Sind die Schrauben zu locker verschraubt oder die Knochenqualität schlecht, kann aus der Beweglichkeit der Schraube im Schraubenloch eine Instabilität resultieren. Die Kompression beeinträchtigt auch die periostale Durchblutung.

• Rundlochplatte: klassische nicht-winkelstabile Verschraubung 

• DCP (dynamic compression plate): Ovale schräg abgeflachte Löcher, durch horizontalen Shift der Schraube beim Eindrehen wird Kompression erzeugt

• LC-DCP (limited contact DCP): DCP mit minimierter Auflagefläche zur Schonung der periostalen Durchblutung

DCP: Nach Befestigung mit einer neutralen  Kortikalisschraube in einem frakturnahen    Schraubenloch (1) folgt die frakturferne Bohrung im Gleitloch (2). Beim hereindrehen    der Schraube interagiert die runde Seite  des Schraubenkopfes mit der schräg verlaufenden Plattenlochebene und wird zur Lochmitte abgedrängt (3). Dabei bewegt sich das dazugehörige Fragment mit und es kommt zur interfragmentären Kompression (4).

Eine Alternative bieten Verriegelungsplatten (auch Verblockungsplatten genannt). Deren Schraubenlöcher und die dazugehörigen Schraubenköpfe sind mit Gewinden versehen und werden damit winkelstabil verbunden. Dadurch muss die Platte, ähnlich wie die Verbindungsstreben eines externen Fixateurs, den Knochen nicht berühren, um eine Stabilität zu erreichen. Es resultiert eine bessere Rotations- und Achsstabilität. 

Hybridplatten bieten durch Kombinationslöcher die Möglichkeit, Kortikalis-Standardschrauben (meist als interfragmentäre Zugschraube) und winkelstabile Schrauben (zur Rotations- und Achsstabilität) kombiniert einzusetzen, um die Vorteile beider Plattensysteme nutzen zu können. 

• LCP (locking compression plate): Löcher, die zur Hälfte mit Gewinde ausgestattet sind und entweder zur winkelstabilen oder konventionellen Verschraubung genutzt werden können

Generell können Platten über die gesamte Plattenlänge offen oder über kleine Schnitte getunnelt (eingeschoben) am Knochen angebracht werden.

Die (Mark-) Nagelosteosynthese wird vor allem bei den großen Röhrenknochen Femur, Tibia und Humerus eingesetzt. Durch das Eintreiben eines Metallstifts in den Markraum (Knochenmark) führt der Nagel zu einer internen Stabilisierung von Frakturen im Schaft- oder Metaphysen-Bereich. Damit auch eine Rotationsstabilität gewährleistet wird, werden zusätzlich quer verlaufende Verriegelungsbolzen durch den Knochen und Nagel verschraubt.

Man unterscheidet antegrade (proximaler Zugang) von retrograden (distaler Zugang) Nägeln. Beispielsweise ist der PFN (proximaler Femurnagel) ein antegrader Nagel zur Versorgung proximaler Femurfrakturen und hat seinen Zugang lateral des Trochanter major. Der retrograde Femurnagel wird hingegen über das Kniegelenk eingebracht und dient der Versorgung distaler suprakondylärer Femurfrakturen. Außerdem werden unaufgebohrte dünne Marknägel von Marknägeln mit vorheriger Markraumbohrung unterschieden.

Vor allem im Bereich der unteren Extremität kann die anschließende axiale Stauchung den Heilungsprozess unterstützen. Ob eine Stauchung zugelassen wird ist abhängig von der Art der Verriegelung. Hier werden die statische Verriegelung, bei der die Bolzen den Nagel in einer Position mit dem Knochen verriegeln von der dynamischen Verriegelung unterschieden, bei der die Bolzen über ein Gleitloch feine axiale Bewegungen zulassen.

Vorteile der Marknägel sind das minimalinvasive Zugangsportal, sowie im Vergleich zur Plattenosteosynthese die Schonung der periostalen Durchblutung. 

Im Vergleich zur Platten- und Schraubenosteosynthese sind periimplantäre Frakturen häufiger, aus den meist gelenknahen Eintrittspunkt können Verletzungen der Gelenke resultieren und ein nicht zu unterschätzendes Risiko sind Fettembolien. Durch das Einbringen des Nagels kommt es immer zu einem Eindringen von Fett aus dem Knochenmark in die Blutbahn. Dabei können gesunde Lungen diese Embolien gut kompensieren und abbauen. 

 Achtung

Ist die Lungenfunktion beispielsweise bei einem Polytrauma eingeschränkt, kann eine primäre Nagelosteosynthese durch die Fettembolie zu einem akuten Lungenversagen führen!

Eine besondere Nagelart stellt die elastische und dünne ESIN (Elastische stabile intramedulläre Nagelosteosynthese) dar. Diese wird beispielsweise bei kindlichen Unterarmfrakturen oder Claviculafrakturen eingesetzt.

Ein weiteres Einsatzgebiet von Nägeln sind die Arthrodesen (Versteifungsoperationen). Beispielsweise kann eine Arthrodese des Sprunggelenks bei Knochendefekten durch Arthritis oder schwerer Arthrose mittels Rückfußnagel erfolgen.

Die häufigste Form der Drahtosteosynthese ist die Bohr-Draht- oder K-Draht bzw. Kirschner-Draht-Osteosynthese. Die von Dr. Kirschner entwickelten Edelstahlstifte sind auf einer Seite geschärft und ermöglichen durch perkutane Bohrung eine minimalinvasive Methode, Knochenabschnitte miteinander zu verbinden oder als Anker für die Traktion von Knochen zu dienen.

Bei kleinen Fragmenten und besonders im Bereich des Handgelenks, der Hand und des Ellenbogens werden sie als definitive Osteosynthese verwendet. Teilweise dient die Methode auch als vorübergehende Fixierung beispielsweise zur Stabilisierung von Fragmenten bis zur fertigen Verschraubung mittels Plattenosteosynthese.

Auch dienen K-Drähte als Anker für Zuggurtungsosteosynthesen wie beispielsweise bei Olekranonfrakturen am Ellenbogen.

Eine weiteres Drahtosteosyntheseverfahren stellt die Drahtcerclage bzw. die Zuggurtung dar. Dabei werden Knochenfragmente mit einem biegsamen Draht umschlungen (Cerclage) oder in Kombination mit anderen Osteosynthesearten wie K-Drähten unter Zug stabilisiert (Zuggurtung). Cerclagen kommen beispielsweise bei Schaftfrakturen der Röhrenknochen und bei Frakturen des Sternums zum Einsatz. Zuggurtungen werden hingegen bei Frakturen eingesetzt, die unter starker muskulärer Spannung stehen wie Olecranonfrakturen (M. triceps) oder Patellafrakturen (M. quadrizeps femoris).

Ein Fixateur externe ist eine weichteilschonende Osteosynthesemethode und dient als minimalinvasives Haltesystem vor allem zur vorübergehenden Frakturstabilisierung bei deutlich beeinträchtigter Weichteilsituation (z.B. Polytraumata oder offene Frakturen) vor der im Verlauf sekundären definitiven Versorgung nach Weichteilkonsolidierung. Dabei werden sogenannte Schanzschrauben perkutan in die Fragmente geschraubt, diese über die Schrauben reponiert und die Schrauben extern über Backen und Kraftträger stabilisiert. Man unterscheidet klassische externe Fixateure mit Gleitstangen als Kraftträger von Ringfixateuren mit kreisförmigen Kraftträgern, sowie Hybridsystemen. Dabei kann ein Ringfixateur im Spezialfall auch zur Knochen-längengewinnung durch Kallusdistraktion (Ilizarov-Fixateur) verwendet werden.

Um Frakturen einheitlich beschreiben zu können, wurde die AO-Klassifikation der Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen geschaffen. Hierbei werden Brüche mit einem 4-stelligen Code beschrieben.

Dabei wird zunächst der betroffene Knochen mit einer Zahl (1-9) benannt, anschließend die Position innerhalb des Knochens mit einer Zahl (1-5) aufgezeigt, darauffolgend die Komplexität durch einen Buchstaben (A-C) benannt und anschließend noch der Schweregrad innerhalb der Komplexität mit einer Zahl (1-3) ergänzt.

Die Komplexität beschreibt bei diaphysären Frakturen (2) ob eine einfache (A), keilförmige (B) oder komplexe | mehrfragmentäre Fraktur (C) vorliegt. Bei proximalen (1) oder distalen (3) Frakturen beschreibt sie, ob keine (A), eine partielle (B) oder vollständige Gelenkbeteiligung (C) vorliegt.

Bei der Positionsbezeichnung wird für die Scapula (14), Patella (34) und Malleolen (44) die Nummer 4 angegeben, für das Schlüsselbein (15) die Nummer 5.

 Info

Eine distale Radiusfraktur mit vollständiger Gelenkbeteiligung ist beispielsweise eine 2(R)3C Fraktur.