Experimentelle Untersuchung passiv-mechanischer Eigenschaften der Hüftkapsel und umliegender Gewebe zur Entwicklung biologischer Matrizes für die Defektrekonstruktion des Hüftgelenks

Die endoprothetische Versorgung des Hüftgelenks stellt eines der am häufigsten durchgeführten und erfolgreichsten operativen Behandlungsverfahren dar. Mögliche Komplikationen sind vor allem die aseptische Lockerung und die Luxation. Strategien zur Verringerung der Luxationshäufigkeit bei Patienten sind unter anderem die Schonung sowie die Rekonstruktion des umliegenden Weichteilgewebes des Hüftgelenks. Dezellularisiertes Gewebe wird hierbei vereinzelt in der Weichteilrekonstruktion von Muskeln, Sehnen und Bändern nach Traumata eingesetzt. Dieses Gewebe weist eine extrazelluläre Matrix auf, welche eine verbesserte Biointegration und damit einhergehenden guten Heilungsverlauf ermöglicht. Aus diesen Kenntnissen leitete sich die Frage ab, ob der Einsatz von dezellularisierten Geweben auch eine theoretische Möglichkeit für die Weichteilrekonstruktion im Bereich des Hüftgelenks darstellen könnte. Dazu wurden in dieser Arbeit zum einen die passiv-mechanischen Eigenschaften der Hüftkapselbänder untersucht und zum anderen der Einfluss der Dezellularisierung auf das mechanische Verhalten von porcinem Gewebe (Dermis, Ureter und Ösophagus) analysiert. In weiteren Untersuchungen ist das Versagensverhalten einer muskulären Anbindung nach tumorendoprothetischer Versorgung mit der nativen Anbindung verglichen worden. Für die Analysen mittels uniaxialem Zugversuch ist ein Prüfprotokoll weiterentwickelt und adaptiert worden, um einen standardisierten Ablauf für die biomechanische Testung und die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Die Gegenüberstellung der Ergebnisse aus den Untersuchungen der Hüftkapselbänder und der dezellularisierten Gewebe zeigte eine höhere Zugfestigkeit sowie ein höheres E-Modul für die dezellularisierten Hohlorgane. Diese Resultate würden zunächst für den Einsatz in der Weichteilrekonstruktion sprechen, allerdings ist die Dehnung nach der Dezellularisierung geringer. Eine alternative Anwendung der dezellularisierten Hohlorgane ergibt sich aus der Ähnlichkeit zum Trevira®-Anbindungsschlauch. Durch die Schlauchform der Hohlorgane können diese wie der Anbindungsschlauch über die Tumorendoprothese gestülpt werden, so dass das native Gewebe des Patienten nach Refixation leichter anwachsen kann. Es ist jedoch zu beachten, dass die Durchmesser der Hohlorgane im Vergleich zum Hüftkopfdurchmesser und zur Tumorendoprothese geringere Abmaße aufweisen. Deshalb muss nach einem alternativen Gewebe gesucht werden, welches nicht nur eine ausreichende Größe, sondern auch die mechanischen Eigenschaften aufweist. Ist ein solches Alternativmaterial ermittelt worden, müssen weiterhin Untersuchungen bzgl. der Handhabung sowie der Toxizität durchgeführt werden. Zusammenfassend und basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit kommen die dezellularisierten Gewebe aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften für den Einsatz in der Weichteilrekonstruktion des Hüftgelenks aus biomechanischer Sicht in Frage. Sie eröffnen die Möglichkeit, die Versorgung von Hochrisikopatienten zu verbessern und diese schneller zu mobilisieren. Um die Beurteilung vollends abzuschließen, sind weitere Untersuchungen alternativer Gewebe notwendig. Diese betreffen nicht nur den Vergleich der mechanischen Eigenschaften, sondern auch die Biokompatibilität bei der Verwendung in der Weichteilrekonstruktion.:I. Abkürzungen II II. Abbildungsverzeichnis II III. Tabellenverzeichnis II 1 Einleitung 1 2 Grundlagen 3 2.1 Anatomie des Hüftgelenks 3 2.1.1 Knöcherne Struktur 3 2.1.2 Labrum acetabuli, Hüftkapsel und Bandapparat 4 2.1.3 Muskulatur für die aktive Bewegung des Hüftgelenks 6 2.1.4 Bedeutung des labrokapsulären Komplexes für die Luxationsstabilität des Hüftgelenks 7 2.2 Hüftendoprothetik 8 2.2.1 Aufbau und Funktion einer Hüfttotalendoprothese 8 2.2.2 Bedeutung der Weichteilrekonstruktion nach endoprothetischer Versorgung des Hüftgelenks 10 2.3 Dezellularisierung 11 2.3.1 Aufbau des Bindegewebes 11 2.3.2 Einsatz dezellularisierter Gewebe 12 2.4 Methodisches Vorgehen 13 2.4.1 Prüfprotokoll für die mechanische Charakterisierung 13 2.4.2 Verfahren der Dezellularisierung 19 3 Publikationen 21 3.1 Tensile properties of the hip joint ligaments are largely variable and age-dependent – An in-vitro analysis investigating an age span between 14 and 93 years 21 3.2 Load and failure behavior of human muscle samples in the context of proximal femur replacement 29 3.3 Acellularization-Induced Changes in Tensile Properties Are Organ Specific - An In-Vitro Mechanical and Structural Analysis of Porcine Soft Tissues 37 4 Diskussion 62 5 Zusammenfassung der Arbeit 67 6 Literaturverzeichnis 69 IV. Darstellung des eigenen Beitrags 77 V. Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 80 VI. Lebenslauf und wissenschaftlicher Werdegang 81 VII. Danksagung 8