O. Paar

Surface pretreatments for medical application of adhesion

Medical implants and prostheses (artificial hips, tendono- and ligament plasties) usually are multi-component systems that may be machined from one of three material classes: metals, plastics and ceramics. Typically, the body-sided bonding element is bone.The purpose of this contribution is to describe developments carried out to optimize the techniques , connecting prosthesis to bone, to be joined by an adhesive bone cement at their interface. Although bonding of organic polymers to inorganic or organic surfaces and to bone has a long history, there remains a serious obstacle in realizing long-term high-bonding strengths in the in vivo body environment of ever present high humidity.Therefore, different pretreatments, individually adapted to the actual combination of materials, are needed to assure long term adhesive strength and stability against hydrolysis. This pretreatment for metal alloys may be silica layering; for PE-plastics, a specific plasma activation; and for bone, amphiphilic layering systems such that the hydrophilic properties of bone become better adapted to the hydrophobic properties of the bone cement. Amphiphilic layering systems are related to those developed in dentistry for dentine bonding.Specific pretreatment can significantly increase bond strengths, particularly after long term immersion in water under conditions similar to those in the human body. The bond strength between bone and plastic for example can be increased by a factor approaching 50 (pealing work increasing from 30 N/m to 1500 N/m).This review article summarizes the multi-disciplined subject of adhesion and adhesives, considering the technology involved in the formation and mechanical performance of adhesives joints inside the human body.

Determinanten der globalen Lebensqualität nach Polytrauma

Zusammenfassung. Ziel dieser Studie war es, Prädikatoren zu identifizieren, die die erreichbare Lebensqualität polytraumatisierter Patienten nach Abschluß ihrer klinischen und rehabilitativen Therapie determinieren. Es wurden 173 Patienten nachuntersucht, die in den Jahren 1991–1995 ein Polytrauma per definitionem erlitten hatten. Die posttraumatische Lebensqualität der Patienten wurde mit den international etablierten Meßinstrumenten Nottingham Health Profile (NHP) und einer visuellen Analogskala (VAS) bewertet. Über die VAS und den NHP ließen sich global das Alter der Patienten zum Zeitpunkt der Polytraumatisierung, die Beatmungsdauer und die Rehabilitationsdauer als hochsignifikante Determinanten der posttraumatischen Lebensqualität differenzieren. Diese Ergebnisse zeigen, daß die erreichbare Lebensqualität nach Polytrauma nicht nur von der Schwere der Verletzungen, sondern auch von vorbestehenden, therapeutisch nicht zu beeinflussenden demographischen und psychosozialen Daten abhängig ist.Abstract. This study investigated multiple trauma patients, who were injured between 1991 and 1995 and treated in our department. The aim of this study was to identify the determinants of quality of life after multiple trauma. From a total of 186 patients 173 (93 %) were examined. The patients were asked to rate their quality of life according to the Nottingham Health Profile (NHP) and to a visual analogue scale (VAS). The VAS and the NHP isolated the age of the patients, the duration of artificial respiration, and the duration of rehabilitation as the predictors for a reduced overall quality of life. These results show that quality of life after multiple trauma not only depends on the severity of injury but also on demographic and psychosocial factors.

The neurofunctional mechanisms of traumatic and non-traumatic memory in patients with acute PTSD following accident trauma

Neurofunctional alterations in acute posttraumatic stress disorder (PTSD) and changes thereof during the course of the disease are not well investigated. We used functional magnetic resonance imaging to assess the functional neuroanatomy of emotional memory in surgical patients with acute PTSD. Traumatic (relative to non-traumatic) memories increased neural activity in the amygdala, hippocampus, lateral temporal, retrosplenial, and anterior cingulate cortices. These regions are all implicated in memory and emotion. A comparison of findings with data on chronic PTSD suggests that brain circuits affected by the acute disorder are extended and unstable while chronic disease is characterized by circumscribed and stable neurofunctional abnormalities.

Development of Individual Three-Dimensional Bone Substitutes Using “Selective Laser Melting”

AbstractAim and Background:Scientific approach is the utilization of the new generative manufacturing process termed Selective Laser Melting (SLM) for the creation of biocompatible three-dimensional (3-D) bone substitutes made of the titanium alloy TiAl6V4. The SLM technique enables direct transfer of virtual 3-D structures into solid metal materials with full serial characteristics and typically great freedom of geometric design.Material and Methods:Individual 3-D CAD data which are derived from computed tomography models of anatomic structures are subdivided into layers of defined thickness. The actual part is generated by a repeating process of applying TiAl6V4 powder in layers of 0.003–0.1 mm on the process chamber platform transferring the area and contour information of each layer into the material using a laser beam. The physical process is a complete remelting of the powder with a metallurgical bonding between the layers yielding densities of approximately 100%. This operation is repeated step by step until the generation of the 3-D part is completed. We cultured human primary osteoblast-like cells on different surfaces of SLMmanufactured TiAl6V4 parts to prove osteoblast compatibility. Proliferation, vitality, and alkaline phosphatase (AP) activity of osteoblast cultures are presented.Results:It has become possible to produce complex 3-D geometries with different surface properties within few hours. Compatibility of the tested TiAl6V4 material with human osteoblasts is demonstrated. The cultured cells attach and proliferate on SLM substrates and show AP activity.Conclusions:The presented results demonstrate the potential offered by the SLM process. On the basis of scanned information, the generation of complex anatomic structures is realizable. The presented promising advantages make this procedure interesting for the production of individual implants or bone substitutes.

Kognitive Leistungsstörungen nach Polytrauma : Untersuchungen zur Lebensqualität

ZusammenfassungZiel dieser Studie war es, die Lebensqualität nach Polytrauma bei Patienten mit und ohne kognitive Leistungsstörungen zu quantifizieren und zu vergleichen. Dazu wurden 173 Patienten 2–6 Jahre nach einem Polytrauma untersucht. Die posttraumatische Lebensqualität der Patienten wurde mit den etablierten Messinstrumenten Nottingham Health Profile, Spitzer-Index, Alltagsbogen, einer visuellen Analogskala und mit dem selbst entworfenen und teilvalidierten “Revised Aachen Longterm Outcome Score” bewertet. Zur Beurteilung der kognitiven Leistungsfähigkeit kam das “Kognitive Minimal-Screening” (KMS) als teilstandardisiertes Interview zur Anwendung.Über die Berechnung der Varianzanalyse ließen sich die kognitiven Leistungsstörungen als hochsignifikanter Prädikator der Lebensqualität nach Polytrauma global differenzieren, während gleichzeitig das Schädel-Hirn-Trauma keine Determinante für die posttraumatische Lebensqualität darstellt. Somit ist die erreichbare Lebensqualität nach Polytrauma neben verletzungsabhängigen Variablen auch hochsignifikant von Vorhandensein und Ausmaß kognitiver Defizite abhängig, die wiederum mit dem KMS einer frühen Evaluierung zugänglich sind.AbstractThe aim of this study was to quantify and compare the quality of life after multiple trauma for patients with and without posttraumatic cognitive achievement deficits. We examined 173 multiple trauma patients 2–6 years after their injury. The patients were asked to rate their quality of life according to the established measure scales Nottingham Health Profile, Spitzer Index, Everyday Life Questionnaire, to a visual analogue scale and to the new “revised Aachen Longterm Outcome Score” established in our hospital. To evaluate the cognitive achievement of each patient the “Kognitive Minimal Screening” (KMS) was applied.Statistical calculations result cognitive achievement deficits as a highly significant predictor for quality of life after multiple trauma. In spite of this, the craniocerebral trauma is no global predictor of posttraumatic quality of life. These results show that the quality of life after multiple trauma is not only influenced by approved predictors such as injury severity but also significantly by the presence of cognitive achievement deficits. The KMS seems to be an easy test to evaluate those cognitive deficits.

Psychotraumatologie in der Unfallmedizin – Zum Stand der psychischen Versorgung von Unfallopfern in Deutschland

ZusammenfassungUnfalltraumatisierungen verursachen in klinisch relevanter Häufigkeit unfallreaktive psychische Störungsbilder. Studien zum Outcome und zur Lebensqualität nach Polytrauma belegen die Bedeutung einer frühzeitigen Erkennung und Behandlung psychotraumatologischer Störungen. In einer bundesweiten Untersuchung wurden alle unfallchirurgischen und verbrennungschirurgischen Abteilungen zum Stand der psychischen Versorgung von Unfallopfern in Deutschland befragt. Die Ergebnisse belegen eine hohe Sensibilität der chirurgischen Behandler für die Wahrnehmung komorbider psychischer Symptomatik und eine weitgehend gute Kenntnis psychotraumatologisch relevanter Störungsbilder. Defizite bestehen bei den strukturellen Möglichkeiten zur psychischen Diagnostik und Behandlung sowie in der tatsächlichen Inanspruchnahme. Nur wenige Abteilungen verfügen über abteilungszugehörige psychotherapeutisch kompetente Mitarbeiter. Nur ein geringer Teil der Unfallpatienten erfährt eine fachgerechte psychische Mitbetreuung. Auf dem Hintergrund der bekannten Prävalenzzahlen unfallreaktiver psychischer Störungsbilder werden Überlegungen zum psychotraumatologischen Betreuungsbedarf und die Möglichkeiten einer kooperativen Versorgung entsprechend dem Modell einer Integrativen Posttraumatischen Akutversorgung diskutiert.AbstractA clinically significant amount of accident victims display psychological disorders as a reaction to the trauma. Outcome studies on multiple trauma emphasize that life quality following severe accidental injury is influenced by early diagnosis and treatment of psychic co-morbidity. In a nationwide survey concerning the state of the art in in-patient treatment of injury patients conducted in Germany, every surgical ward was contacted and physicians were asked about their standard procedures of detecting and treating psychotraumatic complications. The results of the survey indicate that surgeons pay close attention to signs of psychological co-morbidity and have good basic knowledge of psychotraumatic disorders. Nevertheless, there are structural deficiencies caused by the fact that only a few wards have staff specially trained in psychotraumatological care. Only a minority of patients is treated for psychotraumatic symptoms. In view of the high prevalence rates for psychotraumatic disorders in the aftermath of severe accidental injuries, the article discusses the need for psychic diagnosis and support as well as the necessary cooperative structures required in the model of Integrative Posttraumatic Acute Care.

Heparin beschleunigt die Proliferation humaner Osteoblasten in vitro

ZusammenfassungEs ist bekannt, dass Heparin bei längerdauernder Anwendung zu einer Osteoporose führen kann. Um die Ursachen dieser klinisch und tierexperimentell bestätigten Beobachtung zu untersuchen, haben wir in vitro Experimente mit humanen Osteoblasten durchgeführt. Diese wurden verschiedenen Konzentrationen von Heparin (0,001–1000 IE/ml) ausgesetzt. Dabei konnte überraschenderweise festgestellt werden, dass gerade bei therapeutischen Konzentrationen von 0,1–1 IE/ml eine vermehrte Proliferation (bis +156±42%, p<0,01) zu beobachten ist. Zur weiteren Differenzierung dieser Ergebnisse wurde zusätzlich die Konzentration des im Nährmedium enthaltenen fetalen Kälberserums (FKS) variiert (2,5–40%). Es stellte sich heraus, dass FKS die proliferationssteigernde Wirkung von Heparin potenziert (bis +170±26%, p<0,01), sodass ein Synergismus von FKS und Heparin gesichert werden konnte.AbstractIt is a well-known fact that long-term application of heparin can lead to osteoporosis. To learn more about the mechanisms of heparin-induced osteoporosis, we exposed human osteoblasts in vitro to heparin in various concentrations. We found an increased proliferation rate, especially in concentrations used therapeutically in humans (0.1–0.2 IU/ml). In our experiments fetal calf serum (FCS) was able to heighten the positive effect of heparin, showing a synergism between heparin and FCS.

Wertigkeit von rekombinantem humanem osteogenetischem Protein als Knochenersatzmaterial bei der lumbalen Spondylodese Ergebnisse einer tierexperimentellen Untersuchung

ZusammenfassungNach wie vor stellt autologe Spongiosa den goldenen Standard zur Auffüllung knöcherner Defekte dar. Infolge der begrenzten Menge, Komplikationen an der Entnahmestelle und der zunehmenden Infektionsproblematik bei Verwendung homologer Spongiosa wurde in den letzten Jahren die Weiterentwicklung verschiedener Knochenersatzmaterialien intensiviert. Derzeit stellt auf diesem Gebiet die Entwicklung und Anwendungsbeobachtung verschiedener osteogener Proteine einen Schwerpunkt dar. Durch diese Substanzen erhofft man sich eine qualitative Verbesserung und Beschleunigung der Knochenheilung.In der vorliegenden tierexperimentellen Studie wurde an insgesamt 30 Zuchtschafen die Beeinflussung der Knochenregeneration durch verschiedene osteogene Substanzen untersucht. Hierzu wurde bei den Versuchstieren eine ventrale interkorporelle Fusion des Wirbelsäulensegments L4/L5 mit dorsaler Instrumentierung durchgeführt. Die Defektfüllung erfolgte bei jeweils 10 Tieren durch autologe Spongiosa, Bio-Oss sowie dem osteogenen Protein 1 (OP-1). Über einen postoperativen Beobachtungszeitraum von insgesamt 24 Wochen erfolgte eine radiologische Verlaufskontrolle zur Beurteilung der Intervertebralraumdurchbauung. In der 24. Woche wurden nach Euthanasie der Versuchstiere nochmals eine radiologische Kontrolle sowie computer- und kernspintomographische Untersuchungen des fusionierten Segments durchgeführt. Abschließend konnten die Ergebnisse von 26 Versuchstieren ausgewertet werden. Die Auswertung erfolgte nach den Kriterien eines eigenen Punkte-Scores.Unter Berücksichtigung der bildgebenden Untersuchungstechniken in dieser Studie erscheint die Verwendung des OP-1 als Biomaterial zur Fusionierung von Wirbelkörpern im Vergleich zur autologen Spongiosa als Füllmaterial günstiger, da im Vergleich zur Spongiosa-Gruppe signifikant höhere Score-Werte der Intervertebralraumdurchbauung erreicht wurden. Bio-Oss zeigte sich bei unseren Versuchen als eine Substanz mit geringer osteogenetischer Potenz und wird daher als Füllmaterial zur Fusion nicht empfohlen.AbstractUp to now autologous spongiosa may be considered as the golden standard for the filling up of bone defects. Because of the limited quantity, complications at the extraction place and the increasing problems concerning infections when using homologous spongiosa the development of various bone replacement materials was intensified during the last years. The development of various osteogenetic proteins as well as experimental studies using these proteins represent a main point in science at present. It is expected that these substances will lead to a qualitative improvement and increase of bone healing.In the presented study influence of various osteogenetic substances to bone regeneration was examined at 30 breeding sheep after a ventral spine fusion of the segment L4/L5 by a dorsal approach. Bone defect filling was realized at each 10 animals with autologous spongiosa, Bio-Oss as well as the osteogenetic protein 1 (OP-1). To evaluate the progress and outcome of the segmental fusion during a post-operative period of 24 weeks x-ray controls were performed. In the 24th postoperative week after euthanasia of the experimental animals x-ray controls as well as computed and magnetic resonance tomographies were carried out. The results of 26 experimental animals could be analysed. The results were evaluated according to the criterias of an own score-system.Compared with autologous spongiosa OP-1 as a biomaterial for the fusion of spine-sections led to favorable radiologic results because of higher score values concerning the capability of fusion. Our experiences with Bio-Oss demonstrated lower osteogenetic potency after defect filling with this substance. Therefore we cannot recommend Bio-Oss as filling material for the fusion in spine surgery.

Die Schultergelenksarthrodese nach posttraumatischer Humeruskopfresektion und Plexus-brachialis-Schaden - ein Fallbericht

The literature study shows many valid indications for shoulder arthrodesis, but with regard to the technical feasibility there exists no uniform concept. In situations with humeral head defects after failured arthroplastic procedure, after infection, or tumor, especially in combination with nerval deficits, a possibility to reach anodynia with a rest of function of the shoulder is the arthrodesis. With the common techniques, the arthrodesis is difficult because of the long distance of osseous defect. We report on 2 patients with complicated dislocated humeral head fractures with traumatic brachial plexus palsy. After reconstruction by internal fixation, they suffered from a humeral head necrosis. The arthroplastic procedure was followed by relapsed multiple luxations of the joint, the explantation of the humeral head prosthesis resulted in persistant pain and functional disability of the shoulder. Therefore we decided to perform a glenohumeral arthrodesis in both cases. We present here a procedure of arthrodesis between glenoid and humeral shaft as a modification of the AO-technique. We present the operative procedure and the results of this method.

Mikroangiographische Darstellung der Gefässversorgung des medialen Kollateralbandes am Kniegelenk.

ZusammenfassungDa die Durchblutungsverhältnisse bei Bandrupturen einen wesentlichen Parameter insbesondere bezüglich der Erfolgsaussichten einer chirurgischen Versorgung darstellen, sollte in der vorliegenden Arbeit die Vaskularisation des Knieinnenbandes dargestellt werden. Die spezielle Durchblutungssituation wurde mittels Mikroangiographie an 21 Leichenpräparaten untersucht. Es zeigte sich dabei eine Versorgung von proximal durch 1 oder 2 Hauptgefäßstämme, die bevorzugt in den ventralen Bandanteilen verliefen. Die Gefäßdichte nahm von proximal nach distal sowie von ventral nach dorsal ab. Gefäßfreie Bandabschnitte waren nicht nachweisbar. Aufgrund des proximalen Versorgungstyps kann im proximalen Bandanteil im Vergleich zum distalen Abschnitt mit günstigeren Heilungsvoraussetzungen sowohl nach operativer als auch nach konservativer Therapie gerechnet werden. Dies entspricht den klinischen Erfahrungen. Prognostisch ungünstiger einzustufen sind interligamentäre und distale Bandverletzungen, die insbesondere nach konservativer Behandlung h6auml;ufig unbefriedigende Resultate zeigen. Angesichts der geringeren Vaskularisation der distalen Bandanteile würden wir hier die Bandrekonstruktion mittels Fibrinklebung empfehlen, die eine atraumatische Wiederherstellung ohne die Gefahr der nahtbedingten Gefäßstrangulation erlaubt.AbstractBecause the vascularization of ligaments is an important factor in ligament healing we wanted to examine the vascularization status of the medial collateral ligament of the knee. The type of vascularization was examined by mikroangiographie of 21 postmortem preparations. We could observe a vascularization from the proximal end of the ligament by one or two major vessels in all cases. These vessels were mostly localized in the ventral third of the ligament. From the proximal to the distal part of the ligament we found a decreasing density of blood vessels. We could not observe vessel free ligament areas. Due to this vascularization status we would advise the differentiation of two ligament areas respecting the following therapy. Because of the good vascularization in the proximal part of the ligament we can accept good conditions concerning complete healing after a non-operative treatment and an operative therapy by suture or refixation. In the case of interligamentous and distal ruptures operative reconstruction by sutures often is difficult and a conservative therapy leads to a high rate of poor results. Therefore we advise fibrin bonding in these ligament areas if a surgical procedure is indicated because of the high risk of vessel strangulation after suture.