Callus characteristics following intramedullary nailing with stainless steel or epoxy-carbon nails

Summary Biological mechanical improvements of osteosynthesis make intramedullary nailing an attractive alternative to bone plate fixation. However, little is known about stress shielding induced by intramedullary implantation of a nail. To evaluate the effect of the nail rigidity on bone healing, mid-metatarsal osteotomies were performed in sheep and fixed with either stainless steel or epoxy-carbon composite V-shaped nails. Mechanical and histomorphometric features of the callus were evaluated 4 months postoperatively. No statistical difference between the two groups were demonstrated for either mechanical or microstructural characteristics. The presence of a fibrous membrane filling the bone/nail interface and allowing sliding micromotions of the implants and the much smaller effect of nail rigidity, as compared to bone plate after implantation, were assumed to be the main reason for this uniformity. At this stage of healing, bone characteristics were more related to a non-specific (vascular) bone remodeling phenomenon than to a stress-shielding effect.

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Zusammenfassung Biologische und mechanische Fortschritte auf dem Gebiet der Osteosynthese lassen die Marknagelung zu einer attraktiven Alternative zur Plattenosteosynthese wurden. Es ist jedoch wenig bekannt über die Abschirmung des Knochens gegenüber der mechanischen Beanspruchung durch die Implantation eines Marknagels. Um den Einfluß der Steifigkeit des Nagels auf die Knochenheilung zu überprüfen, wurden beim Schaf Metatarsalosteotomien in Schaftmitte durchgeführt und entweder mit einem rostfreien Stahlnagel oder mit einem Epoxy-Kohlenstoff-Nagel mit V-Profil stabilisiert. Mechanische und histomorphometrische Eigenschaften des Knochens wurden 4 Monate postoperativ ermittelt. Für beide Gruppen wurden bei den mechanischen und mikrostrukturellen Befunden keine statistisch signifikanten Unterschiede gefunden. Für these Überein-stimmung wurde eine fibröse Membran in der Kontaktfläche zwischen dem Marknagel und dem umgebenden Knochengewebe, die feine Bewegungen des Implantates erlaubt, verantwortlich gemacht. Ein wesentlich geringerer Effekt wurde der Steifigkeit des Nagels im Vergleich zu einer Plattenosteosynthese beigemessen. In diesem Heilungsstadium waren die Befunde am Knochen mehr mit einer unspezifischen (vaskulären) Umbaureaktion als mit einer Abschirmung gegenüber mechanischer Beanspruchung in Zusammenhang zu bringen.

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Abbreviations M bending moment - D bone outside diameter - y distance nail edge-global center of inertia - I _xxB bone moment of inertia - I _xxN nail moment of inertia - _B maximal bending stress in bone - _N maximal bending stress in the nail Supported in part by grant no. 79-0162 from DGRST