Die dreidimensionale knöcherne Mikrostruktur des Axis und klinische Implikationen

Abstract-Text deutsch

Einleitung: Die Fraktur des Dens axis (DAX) vom Typ II nach Anderson und D'Alonzo (DFTII) kommt vor allem bei geriatrischen Patienten häufig vor, wobei es insbesondere nach Osteosynthesen mittels ventraler Böhler-Schrauben (BS) zu Pseudarthrosen und Materiallockerungen kommen kann. Dabei scheint die knöcherne Mikrostruktur des Axis (C2) ein relevanter Faktor für die Stabilität zu sein. Ziel der vorliegenden Studie ist es daher, diese mittels hochauflösender quantitativer Computertomographie (HR-pQCT) zu analysieren, Korrelationen zu einem mittels klassischer Computertomographie (CT) analysierten, klinischen Kollektiv zu finden und klinische Implikationen abzuleiten.

Material/Methode: Zunächst erfolgte die retrospektive Analyse der Hounsfield-Einheiten (HU) in einem klinischen Kollektiv (n = 20; 50% Frauen) mit einem mittleren Alter von 81,6 ± 9,2 Jahren, anhand von CTs des C2. Die Messung der HU erfolgte separat für die Zonen I, II und III nach Anderson und D'Alonzo (Abb. 1A). Folgend wurden humane C2 von Körperspendern (n = 28; 50% Frauen, 80.8 ± 13.9 Jahre) mittels HR-pQCT analysiert. Es erfolgte analog zur o.g. Zoneneinteilung u.a. die Bestimmung des Knochenvolumens/Gewebevolumens (BV/TV) und der Knochenmineralisierung (BMD des BV, mg HA/cm3) (Abb. 1B). Es folgte eine vergleichende statistische Analyse der Messwerte der jeweiligen Zonen mittels ANOVA und Tukey post-hoc Test.

Ergebnisse: Die Messungen in den CTs zeigten signifikant niedrigere HU in den Zonen II (248.0 ± 161.8) und III (246.0 ± 92.1) gegenüber Zone I (541.5 ± 257.0) (Zone I vs. II p < 0,001; Zone I vs. III p < 0,001; Zone II vs. III p = 0,308). Durch HR-pQCT wurde ein mittleres BV/TV in Zone I von 0,49 ± 0,20, in Zone II von 0,27 ± 0,09 und in Zone III von 0,17 ± 0,07 ermittelt (Zone I vs. II p < 0,0001; Zone II vs. III p = 0,025; Zone I vs. III p < 0,0001) (Abb. 1C). Es zeigte sich zudem eine signifikante Reduktion der BMD des BV von Zone I (760,90 ± 72,91) über Zone II (748,32 ± 37,49) zu Zone III (696,57 ± 38,23) (Zone I vs. II p = 0,0011; Zone II vs. III p = 0,6412; Zone I vs. III p < 0,0001) (Abb. 1C).

Diskussion: Der C2 ist durch eine abnehmende trabekuläre Mikrostruktur von der Spitze zum Boden gekennzeichnet, was auf eine schlechtere knöcherne Stabilität in den Zonen II und III hinweist. Diese Befunde können anteilig die erhöhte Frakturanfälligkeit der Zonen II und III gegenüber Zone I erklären. Darüber hinaus scheint die geringere Knochenqualität in den Zonen II und III ein Risikofaktor für die Implantatlockerung nach ventraler BS-Osteosynthese zu sein.

Abb.1: A: Zoneneinteilung des Axis I-III nach Anderson und D"Alonzo. B: Axiale Schnitte aus der hochauflösenden peripheren quantitativen Computertomographie (HR-pQCT) in den jeweiligen Zonen I-III. C: Ergebnisse des Knochenvolumens/Gewebevolumens (BV/TV) und der Mineralisation des Knochenvolumens (BMD of BV) der mittels HR-pQCT analysierten C2.

Abstract-Text englisch

Introduction: The fracture of the dens axis (DAX) of type II according to Anderson and D'Alonzo (DFTII) is common, especially in geriatric patients, and pseudarthrosis and material loosening may occur after osteosynthesis using ventral Böhler screws (BS). In this context, the bone microstructure of the axis (C2) seems to be a relevant factor for stability. Therefore, the present study aims to analyze the bone microstructure of the C2 using high-resolution quantitative computed tomography (HR-pQCT) to find correlations in a clinical collective analyzed by classical computed tomography (CT), and to derive clinical implications.

Material/Methods: First, a retrospective analysis of Hounsfield units (HU) was performed in a clinical collective (n = 20; 50% women) with a mean age of 81.6 ± 9.2 years, using CTs of C2. HU were measured separately for zones I, II, and III according to Anderson and D'Alonzo (Fig. 1A). Subsequently, cadaveric human C2 (n = 28; 50% women; 80.8 ± 13.9 years) were analyzed by HR-pQCT. Analogous to the zoning mentioned above, bone volume/tissue volume (BV/TV) and bone mineralization (BMD of BV, mg HA/cm3) were determined, among others (Fig 1B). This was followed by a comparative statistical analysis of the measured values of the respective zones using ANOVA and Tukey post-hoc test.

Results: CT measurements showed significantly lower HU in zones II (248.0 ± 161.8) and III (246.0 ± 92.1) compared to zone I (541.5 ± 257.0) (zone I vs. II p < 0.001; zone I vs. III p < 0.001; zone II vs. III p = 0.308). HR-pQCT showed a mean BV/TV in zone I of 0.49 ± 0.20, in zone II of 0.27 ± 0.09, and in zone III of 0.17 ± 0.07 (zone I vs. II p < 0.0001; zone II vs. III p = 0.025; zone I vs. III p < 0.0001) (Fig. 1C). There was also a significant reduction in the BMD of BV from zone I apparent (760.90 ± 72.91) to zone II (748.32 ± 37.49) to zone III (696.57 ± 38.23) (zone I vs. II p = 0.0011; zone II vs. III p = 0.6412; zone I vs. III p < 0.0001) (Fig. 1C).

Discussion: The C2 is characterized by decreasing trabecular microstructure from the apex to the bottom, indicating poorer bone stability in zones II and III. These findings may proportionately explain the increased fracture susceptibility of zones II and III compared with zone I. In addition, the lower bone quality in zones II and III appears to be a risk factor for implant loosening after ventral BS osteosynthesis.

Fig.1: A: Zonal classification of the axis (I-III) according to Anderson and D'Alonzo. B: Axial sections from high-resolution peripheral quantitative computed tomography (HR-pQCT) in the respective zones I-III. C: Results of bone volume/tissue volume (BV/TV) and bone volume mineralization (BMD of BV) of C2 analyzed by HR-pQCT.