Einstellbare Steifheit, Fixateur externe für die Ratte Femurosteotomie und segmentale Knochendefekt Modelle

One constraint of preclinical research in the field of bone repair is the lack of experimental control over the local mechanical environment within a healing bone lesion. We report the design and use of an external fixator for bone repair with the ability to change fixator stiffness in vivo.

Die mechanische Umgebung der Heilung von gebrochenen Knochen ist sehr wichtig, da es die Art und Weise der Bruch heilt bestimmt. In den vergangenen zehn Jahren hat es große klinische Interesse an der Verbesserung der Knochenheilung durch die Veränderung der Umwelt durch mechanische Fixierung Stabilität in der Läsion. Eine Einschränkung der präklinischen Tierforschung in diesem Bereich ist der Mangel an experimentellen Kontrolle über die lokalen mechanischen Umgebung innerhalb eines großen segmentalen Defekt sowie Osteotomien, wie sie zu heilen. In diesem Papier auf die Gestaltung und die Verwendung von einem externen Fixateur berichten wir, um die Heilung von großen Knochendefekten oder segmentale Osteotomien studieren. Diese Vorrichtung ermöglicht nicht nur eine kontrollierte axiale Steifigkeit auf der Knochenbefall, wie es heilt, sondern es ermöglicht auch die Änderung der Steifigkeit während des Heilungsprozesses in vivo. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass die Fixiereinrichtungen konnten eine 5 mm Schenkeldefekt Spalt aufrechtzuerhalten bei Ratten in vivo während uneingeschränkte KäfigAktivität für mindestens 8 Wochen. Ebenso beobachteten wir keine Verzerrung oder Infektionen, einschließlich Infektionen Stift während des gesamten Heilungsphase. Diese Ergebnisse zeigen, dass die neu entwickelten Fixateur externe konnte reproduzierbar und standardisierte Stabilisierung zu erreichen, und die Veränderung der mechanischen Umgebung des in vivo-Ratten großen Knochendefekten und verschiedene Größe Osteotomien. Dies bestätigt, dass der externe Fixateur ist für die präklinische Forschung Untersuchungen mit einem Rattenmodell auf dem Gebiet der Knochenregeneration und Reparatur gut geeignet.

Eine Reihe von Studien haben unser Verständnis der biologischen Mechanismen der Knochengewebereparatur beteiligt ^1-6 verbessert. Die Auswirkungen der mechanischen Bedingungen auf die Knochenreparatur, wie axial, Scherung und interfragmentäre Bewegungen (IFM) wurden ausgiebig ^7-15 sucht. In den letzten Jahren begann immer mehr Studien entstehen beschreibt den Einfluss der mechanischen Umgebung auf die Knochenheilung mit Fraktur, Osteotomie und großen Segmentknochendefekt in-vivo-Modellen. Daher sind zuverlässige Fixierung Methoden erforderlich, um reproduzierbare und zuverlässige Ergebnisse zu erhalten Studie.

Die mechanische Umgebung der Bruchheilung ist sehr wichtig, da es die Art und Weise der Bruch heilt bestimmt. Somit ist die Wahl der Befestigungsvorrichtung sehr wichtig und sollte in Abhängigkeit von der Studiendesign sorgfältig ausgewählt werden, und anderen Faktoren, wie der Spaltgröße und der Art der Fraktur. Mechanischen Eigenschaften der Befestigungsvorrichtung einre noch wichtiger, wenn die Untersuchung der Knochenheilung von großen Knochendefekten, eine Fixierung, die nicht nur eine konstante Spaltgröße während des Experiments Zeitraum von Vollbelastung, sondern auch eine ideale Umgebung für die mechanische Heilung Knochen bietet etablieren. Fixateur externe sind häufig in Fraktur und großen Knochendefekt experimentellen Heil Modelle verwendet, weil sie einen Vorteil gegenüber anderen Fixierungsvorrichtungen haben. Der Hauptvorteil der externen Fixatoren sind, dass sie erlauben die Änderung der mechanischen Umgebung an der Defektstelle in vivo ohne sekundäre Intervention, die durch eine Änderung oder Einstellung der Stabilisierungsstange der Vorrichtung während des Verlaufs des Experiments als die erreicht werden kann, Knochenheilung fortschreitet. Darüber hinaus erlaubt es die Anwendung der spezifischen lokalen mechanischen Stimulation, um die Reparatur von Knochen zu verbessern, und bietet auch die Möglichkeit, die Steifigkeit des Kallus in vivo zu messen. Dennoch sind die Geräte haben auch ein paar Nachteile, ua: Irritation des Weichgewebes, Infektionen und Pin Bruch.

Leider waren solche Implantate nicht "von der Stange" zu der Zeit der Implantatentwicklung, und Ermittler wurden gezwungen, um benutzerdefinierte entwerfen ihre eigenen Fixateur für bestimmte Anwendungen. Daher eine Einschränkung der Forschung in diesem Bereich war der Mangel an experimentellen Kontrolle über die lokalen mechanischen Umgebung innerhalb eines großen segmentalen Defekt sowie Osteotomien, wie es heilt. Die mechanischen Eigenschaften eines Fixateur externe werden definiert und kann moduliert werden, indem eine große Anzahl von Variablen, die umfassen: die Entfernung zwischen den Stiften, Stiftdurchmesser, Stiftmaterial, die Anzahl der Stifte, Fixateur Länge, Fixateur Taktnummer, Fixateur Stangenmaterial, Fixateur bar Dicke und der Abstand von der Knochenoberfläche an den Fixateur bar (Offset). Überraschenderweise konnte nur eine geringe Zahl von Untersuchungen festgestellt, daß die mechanische Beiträge der einzelnen Komponenten untersucht haben,der Fixateur oder ganze Rahmenkonfigurationen in Nagerstudien ^16,18,28 verwendet. Zum Beispiel zeigten die Ergebnisse einer Studie, dass einer der Hauptgründe, die Gesamtsteifigkeit der Befestigungs Konstrukt wurde durch die Flexibilität der Stifte in Bezug auf die Offset-, Durchmesser und Materialeigenschaften ²⁸ dominiert. Die Ergebnisse der oben genannten Studien deuten klar darauf hin, dass die Kenntnis der mechanischen Umgebung der Fixiervorrichtung vorgesehen ist äußerst wichtig, und doch in vielen Fällen ist nicht im Detail untersucht. Die vorliegende Papier berichtet das Design, die Spezifikationen und in vivo Implantation eines Fixateur externe, die dieses Problem behebt. Dieser Fixateur ermöglicht auch die Modulation der mechanischen Umgebung dadurch den Heilungsprozess, eine Eigenschaft, die die Untersuchung der mechanisch-Empfindlichkeit der unterschiedlichen Stadien des Heilungsprozesses in vivo ermöglicht. Zusätzlich sowie zur Einführung eines kontrollierten und reproduzierbaren lokale Mechanikeral-Umgebung können die Zugänglichkeit auch für die Modulation dieser Umgebung in verschiedenen Stadien der Knochenheilung.

Der Fixateur wir entworfen wurde, auf externe Fixation, die weithin für Frakturfixierung ^16-21 und großen Defekt Modelle in Versuchstieren ^22-27 verwendet wird. Der Unterschied zwischen unseren Fixateur externe und der anderen vorhandenen Motiven in der Literatur berichtet ist, dass ihre Stabilität Stange mit Schrauben befestigt ist, um einen festen Griff mit Kirschnerdrähten (K-Drähte) haben. Diese Art der Konstruktion erfordert Schrauben nachgezogen werden alle zwei Wochen (manchmal sogar wöchentlich), um sicherzustellen, dass der Abstand des Offset wird beibehalten, wie die Belastung durch Gewichtsbelastung, um die Lockerung des Stabilitäts bar zu verhindern. Wenn eine solche Lockerung auftritt, ermöglicht sie unerwünschte zusätzliche Belastung Bedingungen wie eckig, Quer-und Drehbewegungen des Scher Heilung von Knochen (basierend auf persönlichen Erfahrungen, die Kommunikation mit researchers). diesem Wissen wurde ein Fixateur externe als solche ausgebildet ist, dass, wenn die Steifigkeit des Fixateurs geändert werden muss, wäre es durch Entfernen von Verbindungselementen, um das Hauptmodul, wo die Befestigungsstifte eingebettet angebracht erreicht werden. Die in-vivo Pilotversuch wurde mit dem neuen Prototyp Fixateur externe durchgeführt, um sicherzustellen, dass es alle vorgeschlagenen Anforderungen erfüllt, bevor sie in größeren Mengen hergestellt wird.

Das Hauptziel für diese Arbeit ist es, eine neue Operationsmethode für einen externen Fixateur für große Knochendefekte und Osteotomien bei der Ratte mit der Fähigkeit, in vivo Steifigkeit während des Heilungsprozesses verändern verwendet zu präsentieren. Diese Befestigungsmethode ist die in vivo an der Oberschenkelknochen von Ratten aufgetragen.

Tierpflege und experimentelle Protokolle wurden in Übereinstimmung mit NIH-Richtlinien gefolgt von der Diakonisse Beth Israel Medical Center Institutional Animal Care und Use Committee, Boston, MA genehmigt. (Protokoll-Nummer: 098-2009)

1. Herstellung von OP-Materialien und Instrumente

1. Sterilisieren alle chirurgischen Materialien und Instrumente zur Operation vor der Verwendung durchzuführen. Packen Sie benötigten Materialien, mit oder ohne Instrumentenablage, in einem gefalteten Tuch oder Papier eingewickelt und Dichtung mit Autoklaven Band für die Dampfsterilisation. Die Temperatur des Autoklaven sollte bei 125-135 ° C für 20-25 min Sterilisierzeit dann 10-15 min Trocknungszeit betragen.
2. Um sicherzustellen, dass zum Zeitpunkt der Operation wurden die Ratten 200-250 g. Dies ist sehr wichtig, denn wenn die Ratten sind schwerer in der Größe, so wird eine andere Größe Fixateur verwendet werden. Für Ratten schwerer als 250 ga größere Version des Fixateur externe System verwendet werden soll.

2. Chirurgische Vorgehensweise und Anwendung des Fixateur externe

1. Kaufen Sprague-Dawley (oder jede andere Stamm)-Ratten (männlich oder weiblich, 200-250 g) von jedem zertifizierten Tier Lieferanten. Folgen Sie den entsprechenden Tierpflege und experimentelle Protokolle in Übereinstimmung mit nationalen Richtlinien, die von Institutional Animal Care und Use Committee des Forschers zugelassen ist. Warten Sie mindestens 48 Stunden Eingewöhnungszeit vor dem Eingriff.
2. Für Chirurgie, transportieren die Ratte zu einem dedizierten chirurgischen Eingriff Raum.
3. Betäuben die Ratte mit Isofluran zunächst über Induktionskammer, und dann mit Gesichtsmaske zu einem Anästhesiegerät mit einer Geschwindigkeit von 1,5-2% in 1-1,5 L von O ₂ / min angeschlossen fortsetzen. Zu Beginn der Operation stellen Sie sicher, das Tier in tiefer Narkose. Um dies zu tun, verwenden Pedal-Reflex-Technik durch verlängern das Bein und Kneifen der Steg zwischen den Zehen mit den Fingern (nicht der Zeh selbst!). Das Tier ist nicht sufficiently betäubt, wenn das Glied zurückgezogen wird, tritt Muskelzuckungen oder wenn das Tier macht Lärm.
4. Nachdem die Ratte unter tiefer Narkose für die Chirurgie, das Antibiotikum zu injizieren (Cefazolin, 20 mg / kg) und das Analgetikum Buprenorphin (Dosis 0,08 mg / kg) intramuskulär in das rechte Bein. Zu große Menge an Flüssigkeitsverlust während der Operation zu vermeiden verabreichen warme sterile Kochsalzlösung subkutan in 3-5% des Körpergewichts vor der Operation, und wenn es am Ende erforderlich. Steriler Augensalbe für die Augen, um sie hydriert zu halten, um Verletzungen der Hornhaut zu verhindern.
5. Nach den Drogeninjektionen, rasieren und reinigen Sie die gesamte rechte Hinterbein der Ratte mit chlorohezadine oder andere Desinfektionslösung und übertragen das Tier auf den OP-Tisch. (Das Bein operiert müssen die gleichen sein wie die, die eingespritzt wurde.)
6. Legen Sie das Tier auf einer beheizten Fläche in der Bauchlage (Abbildung 1A). Stellen Sie sicher, die Gesichtsmaske auf der Nase und Mund achtern bleibter die Übergabe an den OP-Tisch, und pflegen die in 2.3 genannten Anästhesie-Schema). Drapieren den Bereich des chirurgischen Eingriffs mit einem sterilen Abdecktuch gefenstert, so daß nur die Schenkel für eine Operation vorgesehen ausgesetzt.
7. Stellen einen ungefähren Einschnitt von 3-4 cm (1B) durch die Haut verlauf kraniolaterale auf der Oberfläche des rechten Oberschenkels des Trochanter major in die suprakondyläre Bereich des Knies mit einem Skalpell (Abbildung 1C). Setzen Sie den Schaft des Oberschenkelknochens durch sanfte Dissektion Trennung der Fascia lata, und sicherzustellen, dass das Muskelgewebe wird nicht geschnitten. Danach trennen auseinander die M. vastus lateralis und M. Bizeps femoris und heben Sie den M. tensor fasciae latae, die volle Länge des Oberschenkelknochens aus (darauf achten, dass der Ischiasnerv wird beibehalten; 1D).
8. In der geplanten Fläche von Osteotomie, bereiten Sie die Oberschenkelknochen entlang der Mittelbereich der Diaphyse durch Lösen der umgebenden Muskelgewebe aus dem femur. Zuerst starten, indem Sie den Henahan Aufzug senkrecht auf der freigelegten Oberfläche des Oberschenkelknochens und dann mit einem Skalpell, lassen Sie die Muskeln in dem angrenzenden Gebiet.
   1. Weiterhin durch Vorschieben nach vorne und gehen um die Oberschenkel, die Nähe zur Knochenoberfläche, bis alle der umgebenden Muskelgewebe aus dem gesamten Mittelteil des Knochens (wo der Defekt wird erstellt) gelöst und die Muskulatur wird komplett gereinigt aus den Knochen. Während dies zu tun, ist es sehr wichtig, in der Nähe der Knochenoberfläche zu bleiben, um zu vermeiden, schneiden keine größeren Gefäße.
9. Für ein 5 mm großes Knochendefekt, Loop 2 Stück Gigli Drahtsäge (0,22 mm) um den Knochen in medio-lateralen Ausrichtung (1E, F). Nach Schleifen der Drahtsäge, Position einstückig an der distalen Seite des Oberschenkelknochens in der Nähe des Kniegelenks, und ein zweites Teil an der proximalen Seite in der Nähe des Hüftgelenks. Mit S-Form gebogene Sezieren und Ligat klemmen die Gigli Draht sah Stücke auf jeder SeiteUre Pinzette, so dass es bleibt in der vorgesehenen Stelle. Wenn ein einzelner Schnitt Osteotomie geplant ist, dann nur ein Stück Draht Säge.
10. Verwenden Sie den Fixateur externe Platte als Schablone, um die genaue Position des Implantats zu bestimmen. Die Position des Fixateur externe ist so nah wie möglich an der Mitte des Oberschenkels ist.
    1. Positionieren Sie den Fixateur externe Platte auf der anterolateralen Oberfläche der Knochen. Dies wird durch nach außen Drehen des Femurs erreicht. In dieser Position das weiche Gewebe Schicht ist an der dünnsten, die übermäßige Weichteilspannung unter der Fixateur Platte verhindert, nachdem die Wunde geschlossen ist.
    2. Dann leicht anheben Fixateur externe Platte an der Knochenoberfläche, um sicherzustellen, dass die Löcher der Platte an die Knochenoberfläche zentriert. Halten Sie den Fixateur externe mit einer kleinen Klemme, damit es parallel zur Längsachse des Knochens zu bleiben, und dann mit einem Elektrowerkzeug oder eine Handbohrmaschine um das erste Loch auf der proximalen Seite des Oberschenkelknochens mit dem 0,79 bohrenmm Bohrer. Vor voran vorwärts, stellen Sie sicher, dass die Spitze des Bohrers ist immer noch auf der Knochenoberfläche zentriert.
    3. Wenn die Spitze des Bohrers entschlüpft, verwenden Sie die 1,00 mm Platinen Zähler (8F), um die Position der ersten Bohrung zu zentrieren. Der Zähler Platinen sollte verwendet werden, um alle verbleibenden Befestigungsstifte positionieren. Dadurch wird eine perfekte Ausrichtung der Bohrungen und der Fixateur Platte relativ zu der Knochenoberfläche.

3. Fixateur externe Implantationsverfahren Mit Schneidführung

1. Stellen Sie sicher, dass die Platte des Fixateur externe ist nicht auf den Kopf, bevor es mit dem Clip an der Säge Führung montiert. Diese bestimmen, indem die Größe der Löcher auf der Platte. Die richtige Seite ist mit einem Durchmesser des größeren Lochs nach oben ein. Wenn die Differenz zwischen der Größe der Löcher in der Fixateur ist nicht ersichtlich, verwenden Sie die Gegen Platine.
   1. Führen Sie die Spitze des Zählers Platinen in eines der Löcher aufder Fixateur Platte, wenn der Zählerplatine in das Loch passt, dann ist dies die Oberseite des Fixateurs, jedoch, wenn die Spitze des Gegenplatinen nicht passt, dann ist dies eine Unterseite des Fixateurs und muß umgedreht werden, für die Implantation entsprechend.
      (Achtung:.. Achten Sie darauf, auf die Längsachse des Knochens senkrecht bohren, da dies eine perfekte Ausrichtung der Fixateur an die Knochenoberfläche zu gewährleisten Die Richtung der ersten Bohrung bestimmt die endgültige Ausrichtung des Fixateur am Knochen Denken Sie an die Befestigungsstifte die gleiche Länge haben, und wenn die Fixiereinrichtung nicht parallel zur Längsachse des Knochens ist der Abstand zwischen dem Fixateur und den Knochen zu sehr unterscheiden und die Fähigkeit aller vier Befestigungsstifte, beide Kortex eindringen kann.)
   2. Nach der Ausrichtung wird bestätigt, Clip die Platte an der Sägenführung (Abbildung 2a, b) und klemmen Sie dann das Gerät auf den Knochen, so dass der erste vorgebohrtes Lochmit der ersten Bohrung auf der Platte (2C) ausgerichtet ist. Verwenden Sie die 0,70 mm Vierkant in die Handbohrmaschine eingesetzt, um die erste Montagestift in das Loch zu fahren. Dadurch wird reproduzierbare Positionierung für die restlichen Montagestifte erlauben.
   3. Nachdem die erste Montagestift ist vorhanden, dann bohren Sie das am weitesten entfernte Loch von der ersten Montage an der distalen Seite Stift, und fahren Sie die zweite Montagestift in das Loch. Die Implantation Reihenfolge der beiden mittleren Befestigungszapfen ist nicht wichtig.

4. Fixateur externe Implantationsverfahren Ohne die Saw Guide:

Die Anwendung des Fixateur externe kann auch ohne Verwendung der Sägelehre durchgeführt werden. Die ersten Schritte des Fixateur externe Implantation sind die gleichen, bis das Gerät mit der Säge Führung auf dem Knochen (Schritt 3.1) abgeschnitten. Wenn die Säge Führung nicht verwendet wird, ist es sehr wichtig, den Fixateur Platte in der richtigen Orientierung während haltendas gesamte Antragsverfahren. Der Femur muss extern in die anterolaterale Richtung gedreht werden.

1. Halten des Fixateur externe Platte mit einer kleinen Klemme oder S-förmig gekrümmten Sezieren und Ligatur Zange, so daß er parallel zur Längsachse des Knochens (3A) ist. Die Anwendung des ersten Befestigungsstift der Ausrichtung des Fixateurs zu bestimmen, muss daher die Drehung des Knochens beibehalten werden, bis der erste Stift eingesetzt wird (3B). Nachdem der erste Stift ist vorhanden, vorsichtig mit der Pinzette, um den Fixateur Platte, die als Bohrerführung wirkt, zu halten.
2. Legen Sie den Bohrer in das zweite Loch - das ist das distale Loch der geplanten Osteotomie Spalt (3C). Vor dem Bohren prüfen, um sicherzustellen, dass das zweite Loch hat die gleiche Ausrichtung wie das erste Loch; auch sicherstellen, dass nach dem Bohren abgeschlossen ist, beide Kortex eingedrungen sind.
3. Legen Sie die 0,70 mm im Quadrat box Schraubenschlüssel auf den Handbohrer und legen Sie die Montagestift in die Spitze. Vorsichtig in der Platte des Fixateur externe legen Sie sie, ohne die Ausrichtung der ersten vorgebohrtes Loch.
4. Sobald sich die Spitze in Kontakt mit dem Knochen, den Schraubenschlüssel zu drehen beginnen unter Dauer axiale Belastung auf das proximale Ende des Handbohrer angewendet. Nach etwa 5 Umdrehungen, stellen Sie sicher, dass das Gewinde am proximalen Ende des Haltebolzens fängt der Körper des Fixateur externe Platte ist. Dieser Thread sperrt das System. Mehr drehen, wenn das Ende des Knochengewinde nahe der oberen Oberfläche des Knochens (3D).
5. Nachdem die Stifte am meisten distalen und proximalen Seite vorhanden sind, vorzubohren die restlichen zwei Mittelbohrungen. Die Implantation Reihenfolge der beiden mittleren Pins ist nicht wichtig (3C).
6. Nachdem der Fixateur externe vorhanden ist, verwenden Sie die 0,22 mm Gigli Drahtsäge durch die Sägenführung gerichtet, um die segmentalen Defekt machen (Figure 4A). Wenn das zweite Verfahren ausgewählt wird, wird die Sägeführung, bevor sie einen Defekt abgeschnitten.
   1. Dazu übergeben Sie einen 0,22 mm Gigli Draht sah durch die 2 Nuten unterhalb des Oberschenkelknochens (5A), eine 5 mm segmentalen Defekt durch wechselseitige Bewegung hin und her (5B) erstellen mit ausreichender Bewässerung (Einsatz 5 ml Spritze mit Kochsalzlösung bei verzichten die Zeit des Mangels Schöpfung). Um Schäden an den Weichteilen zu vermeiden, schneiden Sie den Draht Säge in der Nähe der Knochen auf der einen Seite nach Abschluss der Osteotomie. Entfernen Sie die Säge Führung (4B).
7. Nachdem der Defekt oder Osteotomie erstellt wird, entfernen Sie die Sägenführung und schließen die Wunde in Schichten, die erste Muskel (4C), und dann die Haut (4D). Bevor die Wunde geschlossen ist, zu behandeln, den Mangel als im Studienprotokoll vorgesehen. Schließen Sie die Muskelschicht und die Fascia lata mit Ethibond Vicrylnaht 4-0, und die Haut mit Ethicon Monocryl 3-0 sÜNFTIGE. Vermeiden Sie Ziehen Nahtmaterial über nicht sterile Oberflächen während Nähen von Wunden. Hinweis: Um Wunde beißt zu vermeiden, muss die Naht am Ende nicht in die untere Implantat distal. Ebenso können Hautkleber anstelle einer Naht verwendet werden.
8. An den ersten drei postoperativen Tagen, geben der Ratte Analgetikum alle 12 h und Antibiotika alle 24 Stunden. Natürlich ist die postoperative Gabe von Medikamenten wird von der Sorte und Marke der von jedem Forscher verwendeten Medikamente variieren je (siehe Drogen Spezifikation Anleitung).
9. Überwachen Tiere häufig nach dem Eingriff sicherstellen, dass sie aus der Narkose zu erholen und erst dann bringt sie zu dem Gehäuse Möglichkeiten. Bieten Einzelgehäuse für die ersten paar Tage nach der Operation, um sicherzustellen, dass es keine Komplikationen.
10. Überwachen Wasser, die Nahrungsaufnahme und das Körpergewicht nach der Operation, um sicherzustellen, dass das Tier nicht in Schmerz und Leid. Wenn das Tier zeigt eine verminderte Aktivität, Schwierigkeiten beim Bewegen um (mögliche Implantatversagen), ataxia, ungepflegt fettiges Fell, Porphyrin-Färbung um die Augen und Nasenlöcher, gekrümmte Haltung, Atemnot, verminderte Aufnahme von Nahrung und Wasser, etc. konsultieren Sie einen Tierarzt.

5. Änderung der Fixateur externe Steifigkeit in vivo

1. Wenn das Studienprotokoll erfordert die Änderung der Fixateur Steifigkeit während des Heilungsprozesses in vivo Dies wird durch die Änderung der Verbindungselemente mit den speziellen Verriegelungsschrauben mit 0,5 mm Vierkantschlüssel Box auf der Hand Bohrmaschine befestigt erreicht. Für dieses Verfahren, das zu betäuben Ratte (siehe 2.3 im Protokoll) und geben Analgesie (siehe 2.4 im Protokoll) nur einmal zum Zeitpunkt des Verfahrens (6A).
   1. Sedieren die Ratte, und legen Sie die Spitze des 0,50 mm Vierkant in die Verriegelungsschraube an der Seite des montierten Fixateur angebracht ist, und starten Sie vorsichtig gegen den Uhrzeigersinn drehen, bis der Stift liegt auf halbem Weg aus (6B ). Nach dieser Teil abgeschlossen ist, wiederholt das Verfahren für den zweiten Stift, der auf der gleichen Seite des Fixateur externe Platte (6C) ist.
   2. Wenn beide Stifte auf der gleichen Seite sind halb aus Verwenden einer Pinzette oder einer Klemme an dem Verbindungselement an der gegenüberliegenden Seite mit einer sanften Bewegung (6D) zu entfernen. Das Verbindungselement sollte sich lösen einfach, wenn es nicht tut, dann tun Sie ein zusätzliches paar Umdrehungen auf beiden Verriegelungsschrauben um sicherzustellen, dass die Spitze des Verriegelungsschraube ist nicht im Anschlusselement eingebettet ist.
   3. Nachdem das Verbindungselement entfernt wird, schieben Sie die gewünschte Steifigkeit Verbindungselement an Stelle des entfernten eine (6E), und von der gegenüberliegenden Seite mit dem Vierkant zu drehen beginnen, bis die Verriegelungsschraube ist auf halbem Weg auf der gegenüberliegenden Seite (Abbildung 6F). Wiederholen Sie den Vorgang für die zweite Verriegelungsschraube (6G). Wichtig: thist, wird die Umstellung auf die entgegengesetzte Seite der Platte erfordern, um sicherzustellen, dass beide Verriegelungsschrauben sind auf halbem Weg auf der Seite, wo das Verbindungselement ersetzt wurde (6H, I).
   4. Nach dieser Teil erfolgreich abgeschlossen ist, entfernen Sie die zweite Verbindungselement (6J) und ersetzen Sie es mit der gleichen Steifigkeit Verbindungselement wie die auf der gegenüberliegenden Seite (6K) ersetzt. Nachdem das zweite Verbindungselement an Ort und Stelle ist, starten Sie den Antrieb der Verriegelungsschraube, bis die Verriegelungsschraube Ende verlässt die gegenüberliegende Seite der Platte, und die ineinandergreifenden Schraubenspitze hat die gleiche Menge auf jeder Seite (Abbildung 6L) verlassen. Wiederholen Sie den Vorgang für die zweite Verriegelungsschraube (Abbildung 6 M, N). Dieser Vorgang dauert ca. 15 Minuten in Anspruch.

Design-Spezifikationen

Stabilisierung des Femurs der Ratte mit der externen Fixierungssystem ermöglicht die Erstellung von Osteotomien von 0,5 bis 5 mm. Der Fixateur externe System gesperrt ist Fixateur externe aus Polyetheretherketon (PEEK - [Hauptkörper]) hergestellt und Titan-Aluminium-Niob-Legierung (TAN - [die Befestigungszapfen]), die eine einfache, reproduzierbare und einstellbare Konstruktion bietet, und ist in vier verschiedenen Steifigkeiten: 10, 40, 70 und 100% (100% ist dabei die Standard, steifen Fixateur (Abbildung 7) Je nach Studienanforderungen der einzelnen Forscher, ob sie müssen Implantat Härteverstellung in vivo als zu tun. die Knochenheilung fortschreitet, Fixateur externe Platte wird entweder als einem Stück (8) oder mit zwei Verbindungselementen (9A) und zwei Hauptmodule (9B) mit zwei ineinandergreifenden Schrauben (FiGüre 9C), das sind vor der Operation (10A-F) zusammengesetzt werden. Die Verbindungselemente sind von unterschiedlicher Dicke und damit die Steifigkeit und wurden entwickelt, um die Fixierung Steifigkeit in Höhe von 10% (0,75 mm dick), 40% (1,70 mm dick), 70% (2,10 mm dick) und 100% zu erreichen (2,50 mm dick; Abbildung 7). Der Fixateur externe Steifigkeit von 100%, bezogen auf das 200 g ungefähren Körpergewicht des reifen Ratten berechnet und dann mit einem Faktor 4 multipliziert und zu einer Masse von 800 g auf. Dies wurde getan, um sicherzustellen, dass nach dem Erstellen eines 5 mm Defekt, der fähig ist, das Gewicht des Tieres Lagerstandhalten, wodurch die Ausrichtung erhalten und zu verhindern, dass die Verschiebung der Fragmente Defekt ist der Fixateur. Die verbleibenden drei Fixateur Steifigkeiten wurden um 30% bzw. von der höchsten (100%) verringert wird, um eine Vielzahl von Steifigkeiten für Studien mit verschiedenen Zwecken dienen.

Jedes Hauptmodul hat zwei Löcher, wo die Befestigungsstifte sind Insertet. Fixateur Steifigkeit kann geändert werden, während es noch mit dem lebenden Tier, indem die Verbindungselemente mit speziellen Verriegelungsschrauben (9C) befestigt ist, wobei 0,5 mm Vierkantschlüssel-Box (9H) an die Bohrmaschine (Figur 9K) befestigt ist. TAN (Titanlegierung) wurde verwendet, um Montagebolzen (9D), um die Stabilisierungsstange an dem Femur zu befestigen (Figur 7) bilden. Der Fixateur kommt in vier Stücke und muss vor Gebrauch zusammengebaut, wenn ein Steifigkeitsänderung wird für die Studie (10A-F) höher sein, wenn nicht, sollte eine einzige feste pieced Fixateur verwendet werden. Der Abstand zwischen den äußeren Schrauben 16 mm beträgt und der Abstand zwischen den mittleren Schrauben 11 mm. Alle Löcher werden mit einem 0,79 mm Bohrer (9E) vorgebohrt. Die Schrauben werden in entsprechende Löcher in der Haupt Fixierrahmenteil, die parallel zu der Knochenoberfläche ist verschlossen und in einem Abstand von 6 mm eingestellt from die Knochen (Abbildung 7).

Säge Leitfaden wurde entwickelt, um die Erstellung einer genauen, reproduzierbaren, 5 mm segmentalen Defekt im Oberschenkelknochen (Abbildung 9I) zu ermöglichen; es dient auch als Positionierungshilfe für die Installation des Fixateur externe. Der Hauptrahmen des Fixateur externe auf die Sägeführung abgeschnitten, und dann wird das gesamte System auf den Knochen abgeschnitten, wie in Figur 2b, c gezeigt. Die 5 mm Zwischenraum mit einem 0,22 mm Gigli Drahtsäge (Abbildung 9 J) erzeugt. Sowohl die Sägenführung und die Gigli Drahtsäge bei 134 ° C sterilisiert werden. Wenn eine andere Größe Osteotomie wird für die Studie beabsichtigt, ist eine kundenspezifische sah Guide zur Verfügung. Aufgrund der geringen Größe des Fixateur externe, wurde ein spezieller Satz von Instrumenten und der Implantation besteht; eine angepasste 0,79 mm Bohrer (9E), 1,00 mm Platinen Zähler für die Vorbohren der Löcher (9F), 0,7 mm squaWiederschlüssel Feld für die Anwendung der Montagestifte in die Handbohrmaschine (9G), 0,5 mm Vierkantschlüssel Feld für die Anwendung der Verriegelungsschrauben (9H), Bohrmaschine (Bild 9K) befestigt ist. Ein Accu Pen Bohrer (Abbildung 9L) wurde ebenfalls entwickelt. Der Kerndurchmesser jeder Befestigungsstift 0,02 mm größer ist als der Bohrer, um die ordnungsgemäße Anbringung der Befestigungsstifte in den Knochen zu gewährleisten. Zusammen mit einer selbstschneidSchraubenSpitze, wenn sie verwendet, hat sich gezeigt, Lösen aufgrund von Knochenabbau an der Oberfläche Knochenschraube Schnittstelle ²⁹ zu verhindern. Bohrkrone (9E) durch einen elektrischen Miniatur Accu Pen Bohrer, 2.500 UpM mit einer Leistung von 500 mW (Figur 9L) erzeugt betrieben.

In vivo-Experimente

Röntgenuntersuchung bestätigt, dass Fixiereinrichtungen aller Steifigkeiten erhalten eine 1 mm (nicht gezeigt) oder eine 5 mm Femoralischen Defekt während der gesamten 8 Wochen des Experiments (Abbildung 11). Dies war besonders wichtig für die kritische Größe 5mm Mängel, wo spontane Heilung nicht auf. Keine Wettbewerbsverzerrungen oder Infektionen, einschließlich Infektionen Stift, wurden beobachtet und Schraubenlockerungen abwesend war, wenn die Anweisungen der Anwendung wurden ³⁰ gefolgt. Eine Komplikation der Verwendung des Fixateur externe wurde gesehen, wenn das Gewicht der Ratte zum Zeitpunkt der Operation wurde 250 g überschritten wird und eine kleinere Größe Platte verwendet wurde. In einigen dieser Fälle wird die Belastung auf die Befestigungsstifte erhöht wird, um einen kritischen Wert, so dass der Stift Auszüge wurden an der distalen Seite des Oberschenkelknochens von einer Woche auftritt irgendwo auf zwei Wochen nach der Chirurgie (Abbildung 12). Darüber hinaus, wenn eine größere Größe Tier verwendet wird, ist die Umgebung des Femur Muskelgewebe relativ dick, die Spannung der Haut in der Umgebung des Implantats, nachdem die Haut geschlossen erstellt. Aufgrund einer Schwellung Spannung, wenn die Haut sTorten zu heilen es schafft ein Juckreiz auf das Tier machen einige der Ratten beißen die Fixateur. Da der Fixateur aus PEEK-Material, das im Grunde Kunststoff hoher Dichte, in seltenen Fällen erstellt wurden einige Ratten bekannt, um durch sie zu kauen. Auch um dies zu vermeiden, ist es sehr wichtig, um die empfohlene Körpergewicht für Tierstudien auswählen oder wechseln Sie auf die größere Version des Fixateur externe.

Abbildung 1. Chirurgische Vorbereitung des Femurs der Ratte. (A) Ratte in Bauchlage positioniert. (B) zeigt die Richtung der Schnitt an der Oberschenkelknochen. (C) zeigt Schnitt in der Haut gebildet, um Muskeln freizulegen. (D) zeigt Schnitt durch den Muskel, um Oberschenkelknochen aus. ( e) zeigt eine kleine Klammer unter dem Knochen positioniert, um Gig gebenli Draht. (F) zeigt Gigli Draht unterhalb des Knochens übergeben.

Abbildung 2. (A) Säge zu führen. (B) Fixateur externe an der Säge zu führen abgeschnitten. (C) Saw Führer mit dem Fixateur externe abgeschnitten auf Oberschenkelknochen.

Abbildung 3. Die Anwendung des Fixateur externe. (A) zeigt die korrekte Anwendung der ersten Montagestift mit der Platte liegender antero-lateral und parallel zum Knochen - grün seits und der falschen Anwendung -. Rote Hand (B) zeigt Einsetzen des ersten Montagestift in der äußeren distalen Position . (c) zeigt das Einsetzen der . restlichen Befestigungsstifte beginnend mit der proximalen Position, gefolgt von den beiden mittleren Befestigungsstifte (D) zeigt Einsetzen der Montagestift - genauere Beschreibung im Protokoll Abschnitt 4.4.

Abbildung 4. Chirurgische Implantation der Fixateur externe auf Rattenoberschenkelknochen. (A) Zeigt Abschluss des chirurgischen Eingriffs mit Fixateur externe an Ort und Stelle mit der Gigli Draht. (B) Demonstriert 5 mm segmentalen Defekt erstellt. (C) Demonstriert genähten Muskelschicht mit freiliegenden Fixateur externe Stabilität bar. (D) Demonstriert genäht Haut mit ausgesetzt Fixateur externe Stabilität bar.

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Abbildung 5 (A) Anfangsposition der Gigli Draht für Mängel Schöpfung. (B) Ein Bild, das wechselseitige Bewegung von Gigli Draht.

Abbildung 6. Änderung der Fixateur externe Steifigkeit in vivo. (A) Fixateur externe am Femur implantiert. (B) zeigt die Entfernung des ersten Verriegelungsschraube durch vorsichtiges Drehen gegen den Uhrzeigersinn drehen, bis der Stift ist halb heraus. (C) zeigt die Entfernung des zweiten Verriegelungsschraube durch vorsichtiges Drehen gegen den Uhrzeigersinn drehen, bis der Stift ist halb heraus. (D) demonstriert die Entfernung des Verbindungselements auf der gegenüberliegenden Seite. (E) demonstriert Ersatz der gewünschte Steifigkeit Verbindungselement an Stelle des entfernten ein. (F) Zeigt, wie Sie durch Drehen des Vierkant sichern das erste Verbindungselement ersetzt von der gegenüberliegenden Seite, bis die Verriegelungsschraube ist auf halbem Weg von der gegenüberliegenden Seite. (G) zeigt, wie das zweite Verbindungselement ersetzt von der gegenüberliegenden Seite sichern durch Drehen des Vierkant, bis die Verriegelungsschraube ist auf halbem Weg von der gegenüberliegenden Seite. (H, I) Demonstriert die Umstellung auf die gegenüberliegende Seite der Platte, um sicherzustellen, dass beide ineinander Schrauben sind auf halbem Weg auf der Seite, wo die Verbindung Element wurde (J) ersetzt wurde. Zeigt die Entfernung des zweiten Verbindungselementes. (K) demonstriert Ersatz der zweiten Steifigkeit Verbindungselement anstelle des entfernten einem. (L, M) demonstriert Antrieb der beiden ineinandergreifenden Schrauben, bis die Verriegelungsschraube und Ausgängen die gegenüberliegende Seite der Platte. (N) Veranschaulicht abgeschlossen Verfahren.

Abbildung 7. Komponenten der Fixateur externe Links:. Steifigkeit wird durch Verbindungselemente unterschiedlicher Dicke bestimmt. Der Fixateur wird der Knochen mit einer Titanlegierung Befestigungsstiften befestigt ist. Rechts: Assembled in Fixateur am Rattenoberschenkelknochen mit 5 mm segmentalen Defekt.

Abbildung 8. Fixateur externe als eine Einheit.

Figur 9 Teile und Instrumente zur Verwendung mit dem Fixateur externe gestalten. (A) Zwei Verbindungselemente.(B) zwei Hauptmodulen. (C) Zwei ineinander greif Schrauben. (D) Vier Befestigungsstifte. (E) Ein 0,79 mm Bohrer. (F) A 1,00 mm Platinen Zähler für die Vorbohren der Löcher. (G) A 0,7 mm Vierkant für die Anwendung von Befestigungsstiften. (H) Eine 0,5 mm Vierkant für die Anwendung der Verriegelungsschrauben. (I) A 5 mm Sägenführung. (J) A 0,22 mm Gigli Draht sah für die Erstellung von Defekt. (K) Handbohrer für die Befestigung von Bohrern, 0,70 und 0,50 mm Vierkant. (L) AccuPen 6V + (Miniatur elektrische Stift Bohrer) verwendet, um die Bohrer zu fahren.

Abbildung 10. Montage des Fixateur externe. (A) 70% stiffness Verbindungselement. (B) Das Verbindungselement und eines der Hauptmodule. (C) zeigt, wie eine der Hauptmodule gleitet im Inneren des Verbindungselements. (D) Veranschaulicht sowohl der Hauptmodule im Inneren des Verbindungselementes gleiten . (E) demonstriert sowohl der Hauptmodule und den beiden Verbindungselemente an Ort und Stelle (F) zeigt, komplett montiert Stabilität bar -. Hauptmodule und Anschlusselemente mit ineinandergreifenden Schrauben befestigt.

Figur 11. In vivo Röntgenbilder von Defekten in Ratten unmittelbar nach der Operation und 8 Wochen später. Fixatoren aller 3 Steifigkeiten wurden chirurgisch auf Rattenoberschenkelknochen und 5 mm segmentalen Defekten erzeugt implantiert. Die Defekte wurden geröntgt unmittelbar nach der Operation (t = 0) und bei weekly Intervallen bis 8 Wochen (T = 8 Wochen), wenn das Experiment beendet wurde. Mit freundlicher Genehmigung von eCM Zeitschrift (reproduziert http://www.ecmjournal.org ). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 12. vivo Röntgenbild des Mangels in RAT 9 Tage nach der Operation mit den distalen Stifte herausgezogen (zum Zeitpunkt der Operation das Körpergewicht der Ratten betrug 340 g) In. Bitte klicken Sie hier ein, um zu vergrößern Version dieser Figur.

Die wichtigsten Schritte eines chirurgischen Verfahrens eine große Knochendefekt zu schaffen, sind: 1) die Wahl der geeigneten Körpergewicht der Ratten, die Größe des Fixateur externe entsprechen; 2) Aufrechterhalten einer sterilen Umgebung während des Verfahrens; und 3) nach dem chirurgischen Eingriff Protokoll.

Die Hauptziele dieser Studie waren zu entwerfen, herzustellen und zu charakterisieren, eine neue, variable Steifigkeit Fixateur externe für die Ratte Oberschenkel großen Defekt-Modell, und dieses Fixateur bei der Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen biologischen und mechanischen Faktoren während des Heilungsprozesses zu verwenden. Die mechanischen Eigenschaften der neuen Fixateure wurden in drei Stufen untersucht und die Charakterisierung der Fixateur in einem anderen Manuskript ³⁰ veröffentlicht. Die Fixiereinrichtungen wurden Rattenoberschenkelknochen eingesetzt und ihre in vivo-Wirksamkeit überwacht radiographisch für 8 Wochen mit und ohne Behandlung ^30,31.

Der primäre innovation dieser Fixateur ist seine Fähigkeit, die Stabilität bar Verbindungselemente auszutauschen, um unterschiedliche, standardisierte Steifigkeiten zu wählen. Da die Verbindungselemente die Stabilität bar ausgetauscht, während die Vorrichtung mit dem Tier verbunden wird, kann die Steifigkeit in verschiedenen Stadien während des Heilungsprozesses eingestellt werden. Die Verbindungselemente eine zu einem Zeitpunkt ausgetauscht werden, um eine Fehlausrichtung der Defektränder und die Zerstörung der neu gebildeten Gewebe zu verhindern, wie in dem Protokoll beschrieben. Derzeit sind vier unterschiedliche Steifigkeiten vorhanden, aber zusätzliche Steifigkeit kann einfach durch die Bestellung verschiedene Verbindungselemente mit unterschiedlichen Dicken durch den Hersteller des Implantatsystems erreicht werden.

Die Befestigungszapfen und Hauptrahmen wurden von TAN und PEEK, jeweils hergestellt, da diese Materialien bereits bei orthopädischen Implantaten beim Menschen und ihrer Biokompatibilität ist gut etabliert. Diese Materialien auch in-vivo-Bildgebung in die erlaubenfrühen Phasen der Bruchheilung mit minimaler Verzerrung, und eine reduzierte Häufigkeit von Infektionen. In vivo Experimente bestätigt, daß die Fixiereinrichtungen erlaubt klare Bilder erhalten, und eine 5 mm Segmentspalt für mindestens 8 Wochen ohne Infektion oder Stiftlockerung.

Als zusätzliches Gestaltungselement weist die Fixiereinrichtung einen vorgegebenen Versatz von 6 mm von der Knochenoberfläche zur Stabilität bar egal welche die Steifigkeit Verbindungselemente verwendet werden. Diese Eigenschaft macht die Implantation des Fixateur sehr reproduzierbar. Ein weiterer großer Vorteil gegenüber den in der Literatur beschriebenen ^1,18,26,27 alternative Konstruktionen ist, dass die neue Fixateur externe wurde entwickelt, um eine minimale Masse (0,32 g) zu unkontrollierten Belastung aufgrund der Trägheit zu vermeiden. Weiterhin wird nach der Implantation und Vernähen der Haut, ist der Zwischenraum zwischen dem Implantat Querstange und die Haut nur etwa 2 mm. So nahe an der Hautoberfläche die Momentenkraft, die die Möglichkeit verhindert, minimiertEine Mehrbelastung innerhalb des anderen als dem von der Fixateur externe vorgesehen Defekt. Darüber hinaus, das chirurgische Trauma niedrig, konventionellen halten und rotierende Sägen wurden nicht als Werkzeuge für die Erstellung von großen oder kleinen Osteotomien berücksichtigt. Solche Sägen entweder in benachbarte Gewebe zu schneiden oder Streifen der Knochenhaut, wenn die Gewebe eingefahren sind. In der Vergangenheit haben wir verwendet, ein 4,5 mm Zahnwurzel sah bis 5 mm Mängel zu erstellen und festgestellt, dass es unmöglich war, genau und reproduzierbar große Defekte mit parallelen Enden ^22,26,27 erstellen. Um alle diese Probleme zu vermeiden, haben wir einen Vorteil der Gigli Drahtsäge von 0,22 mm. Sägenführung wurde für die Erstellung reproduzierbar präzise Defekte mit parallelen Enden entwickelt.

Es gibt einige Einschränkungen bei der Verwendung dieser Technik. Eines der wichtigsten Anliegen bei der Verwendung dieses externen Fixateur ist die Möglichkeit, im Ergebnisteil erwähnt, dass die Ratten könnten durch den Fixateur externe Platte, die aus PEEK ist kauen. Jedoch eine spezifischeal Metallabdeckung ist vor kurzem durch den Hersteller des Fixateurs um dies zu verhindern, entwickelt. Ebenso kann eine elisabethanische Halsband für die ersten paar Wochen nach der Operation eingesetzt werden, um das Tier vom Kauen verhindern. Eine weitere Sorge ist, dass, wenn ein leeres Knochendefekt für die Untersuchung verwendet werden, gibt es eine Chance, daß die Befestigungsstifte aus den Knochen mehrere Wochen nach der Operation zu ziehen. Ferner ist es wichtig, dass der Fixateur in der genauen Ausrichtung, die in dem Protokoll beschrieben implantiert. Wenn die Anweisungen nicht genau befolgt, gibt es ein großes Risiko, dass die mechanische Umgebung durch die spezifische Steifigkeit Fixateur versehen wird nicht so sein sollte, und eine Fehler einzuführen, was zu falschen Ergebnissen.

Die in diesem Dokument beschriebenen Fixateur ermöglichen Ermittler, die Versuche, die erforderlich sind, um empirisch die Auswirkungen der verschiedenen mechanischen Umgebungsbedingungen und / oder mechanische (Steifigkeit) Modulation auf b bestimmen, sind verpflichteteine Heilung in großen Defekten oder Osteotomien ^30,31. Weiterhin kann die externe Befestigungstechnik in verschiedenen Studien, in denen verschiedene Pharmazeutika und Biomaterialien werden getestet, um neue Therapien nicht nur für komplexe Frakturen, aber auch zur Behandlung von Frakturen Standard, um den Heilungsprozess zu beschleunigen entdecken verwendet werden.

Der Autor Romano Matthys ist Mitarbeiter von RISystem AG Davos, Schweiz, die die Implantate, Implantat spezielle Instrumente und Verbrauchsmaterialien in diesem Artikel verwendet wird, erzeugt. Der Autor Vaida Glatt hat keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Diese Arbeit wurde von der AO Foundation (S-08-42G) und RISystem AG unterstützt.

Wir möchten verlängern eine sehr große "Dankeschön!" Stephan Zeiter-Team am AO Forschungsinstitut Davos, Schweiz, weil sie so zuvor, damit wir die ihre oder Einrichtungen für die Dreharbeiten zu diesem chirurgischen Verfahren zu verwenden.