D. Wolter:

I. Die unidirektionale Winkelstabilität

Winkelstabilität bedeutet eine kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei Teilen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Kontaktflächen beider Teile fest und bewegungsfrei miteinander verbunden sind. Lasten oder Kräfte werden ohne wesentlichen Verlust von einem auf das andere Teil übertragen. Der Pionier und Erfinder der Plattenosteosynthese Carl Hansmann, Hamburg, AK St. Georg, hat in seiner Veröffentlichung 1886 schon daran gedacht, als er die Kontaktstelle zwischen Schraubenkopf und Platte flächenhaft gestaltet hat (siehe Pfeile).
 
Carl Hansmann in einem Auschnitt eines Gemäldes von Johannes Grützke. Das Gemälde hängt im Hörsaal des Berufsgenossenschaftlichen Unfallkrankenhauses Hamburg. Siehe auch Johannes Grützke "Das Wandbild", Merlin Verlag, ISBN 3-87536-208-X.

   

Hansmann C (1886): Eine neue Methode der Fixierung der Fragmente bei komplizierten Frakturen.

Verh Dtsch Ges Chir 15:134

    


Als Pionier der unidirektionalen Winkelstabilität muss nach heutigem Kenntnisstand Paul Reinhold aus Paris angesehen werden. Er schlug als erster eine winkelstabile Platten-Schrauben-Verbindung nach dem Prinzip „Gewinde im Gewinde“ vor. Es erfolgte eine Patentanmeldung 1931 in Paris.
Siehe auch:
Wolter D, Jürgens Ch, Wenzl M, Schümann U, Seide K (1998, 2001) Titanfixateur-interne-Systeme mit multidirektionaler winkelstabiler Schraubenlage, Trauma Berufskrankheit 2001 · (Suppl 4): S425-S428, Springer Verlag 2001

Die Firma Collin stellte das Implantat her und nahm es in ihren Katalog (1935) auf.




 

Es ist der Kunsthistorikerin Frau Prof. Dr. Benedicte Savoy zu verdanken, dass wir heute mehr über den Lebensweg von Paul Reinhold wissen. Sie entdeckte auch die Abbildung des Implantates im Collin-Katalog. Folgende Daten aus dem Curriculum Vitae fand sie bei ihren Nachforschungen in Paris.


Paul Reinhold

• 28.2.1894 Reims als Jüngster von fünf Geschwistern geboren

• Vater Handelsreisender

• Abitur 24.6.1910 Paris

• Medizinstudium in Paris durch Stipendien finanziert

• Kriegsverletzung 1917

• Promotion 1924



Es ist also Paul Reinhold zu verdanken, dass wir heute die Vorzüge der Winkelstabilität bei der Konstruktion der neuen winkelstabilen Implantatgeneration anwenden. Einzelne Firmen haben die Konstruktion Reinholds in Ihren unidirektionalen Implantaten übernommen, ohne auf diesen Pionier hinzuweisen. Heinz Kuderna, Wien, konzipierte 1981 eine unidirektional winkelstabile Platte, ohne von Reinhold zu wissen. Der Prototyp wurde von der Firma Matthys hergestellt. Eine klinische Anwendung fand dieses Implantat nicht. Das Knochengewinde ist mit dem Gewinde im Plattenloch identisch. H. Kuderna ist nicht der einzige gewesen, der nach P. Reinhold unidirektional winkelstabil gedacht hat. Aber die Zeit war wohl noch nicht reif für diese Lösung. Materialprobleme, Schwierigkeiten bei der konstruktiven Lösung dieser Winkelstabilität und noch fehlendes Wissen über den Kraftfluss verhinderten einen erfolgreichen, früheren klinischen Einsatz.

 


II. Die multidirektionale Winkelstabilität


Ein Zufall führte zum ersten multidirektional winkelstabilen Implantat. Bei der operativen Versorgung von Patienten mit thorako-lumbalen Brüchen der Wirbelsäule konnte ich beobachten, dass bei der ventralen Stabilisierung durch Knochenblock und Platte einzelne Schrauben nach der Mobilisierung des Patienten sich lockerten und auswanderten. Um das Heraustreten der Schrauben zu vermeiden, veranlasste ich, dass bei einer derartigen Platte ein Metalldeckel aufgeschraubt wurde. Dadurch war das Heraustreten der Knochenschraube nicht mehr möglich. Gleichzeitig konnte ich beobachten, dass der Schraubenkopf durch die Deckelplatte in jeder beliebigen Richtung fest verklemmt wurde. Es war die Geburtsstunde des ersten Plattenfixateur interne (1983). Er wurde und wird für die dorsale Stabilisierung von thorako-lumbalen instabilen Wirbelbrüchen benutzt.


Das Druckplattenfixateurprinzip habe ich auch für Femurimplantate angewandt. Die konstruktionsbedingte Implantatdicke verhinderte den Einsatz bei geringer Weichteildeckung.



Ein multidirektional winkelstabiles Implantat sollte folgende Voraussetzungen erfüllen:

1. Frei wählbare Schraubenrichtung
2. Vermeidung zusätzlicher Bauteile
3. Lösung, die nicht auf einen Knochen beschränkt ist
4. Geeignetes Material
5. Nutzung der Erfahrungen aus der Platten- und Nagelimplantation vergangener Jahrzehnte
6. Einfache und sichere Handhabung


Die Entwicklung der Titanfixateur-interne-Implantate mit Gewindeformung im Schraubenloch (tifix®)
Theoretische Betrachtungen und praktische Untersuchungen ergaben einen sogenannten „Königsweg“ für die Verblockung des Schraubenkopfes (1993, 1995, 1998, 2001, 2004).
Der tifix®-Schraubenkopf verfügt über ein Gewinde. Dieser verblockt sich im Plattenloch durch Umformungsvorgänge aufgrund unterschiedlicher Materialhärten und Gestaltung. Die Verbindung weist hohe Festigkeiten auf. Die Schraubenlage variiert von

0°— 40°.



Erste Generation des tifix®
Beliebige Schraubenwinkel bis ca. 40° lassen sich durch die Verwendung eines Gewindedrängers für das Plattenloch erzielen.


Zweite Generation des tifix®
Beliebige Schraubenwinkel bis ca. 15° lassen sich durch direkte Material-Umformung in der Lochwand erzielen. Größere Winkel durch zusätzliche Verwendung eines speziellen Gewindedrängers.


Die erste tifix®-Generation weist bei der Materialumformung einen geringen Abrieb auf. Dieser ist bei der zweiten Generation deutlich reduziert, da hier beim Umformvorgang das Material in die Lochwand eingepresst wird. Die Materialmengen sind bei diesem Verblockungsprinzip mit den Abriebmengen herkömmlicher Stahlimplantate vergleichbar.
(Jessel M, Wolter D, Schümann U, Seide K, Weidtmann A (1999) Abriebuntersuchungen bei Stahl- und Titanimplantaten für die Osteosynthese Trauma Berufskrankh 1:326-331, Springer, Berlin, Heidelberg, New York)


Das tifix®-System ist also ein winkelstabiles Plattensystem mit frei wählbarer, multidirektionaler Schraubenlage. Winkelstabilität bedeutet Kraftschlüssigkeit. Dieses effektive Prinzip erlaubt auch, Implantate kleiner als bisher zu dimensionieren und trotzdem höhere Belastungsfähigkeit zu erreichen. Der Kraftfluss und damit die Belastung der einzelnen Schrauben ist nach eigenen Beobachtungen Untersuchungen unterschiedlich. Der Kraftfluss über die der Frakturlinie nächste Schraube ist am größten und beträgt ca. die Hälfte, bei der nächsten Schraube etwa ein Drittel, die übrigen Schrauben übernehmen den Rest.

Winkelstabilität führt zu einer optimal flächenhaften Krafteinleitung im Kontaktbereich von Knochen zu Schraube und Platte oder Nagel. Eine Überlastung von Knochen oder Implantat wird dadurch vermieden. Die multidirektionale Schraube erleichtert dem Operateur die Arbeit und verstärkt die Wirkung durch die biomechanisch optimale Position sowie durch größere Schraubenlängen. Daraus ergibt sich, dass die längstmögliche tifix®-Schraube am effektivsten ist. Die Besetzung der Plattenlöcher sollte aus biomechanischen Gründen beidseitig mit mindestens 2-3 winkelstabilen Schrauben erfolgen. Übrige Plattenlöcher können auch mit herkömmlichen Schrauben besetzt werden (z.B. um ein Fragment heranzuziehen und zu fixieren). Dasselbe Prinzip ist auch beim Marknagel anwendbar. Die Metallentfernung ist leicht durchzuführen.

(Wolter D, Schümann U, Seide K (1999) Universeller Titan-Fixateur Interne, Trauma Berufskrankh (1999) 1:307-319, Springer, Berlin, Heidelberg, New York)