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Die Knochenschraube – Definition, Materialien, Einsatzgebiete und Risiken

| Redakteur: Kathrin Schäfer

Was ist eine Knochenschraube? Dieser Artikel erklärt, wann Knochenschrauben eingesetzt werden, welche Risiken während und nach der Operation bestehen und aus welchen Materialien die Medizinprodukte gefertigt sind.

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Es gibt Brüche, die ohne Hilfe nicht richtig heilen. Dank Knochenschraube wächst zusammen, was zusammen gehört.
Es gibt Brüche, die ohne Hilfe nicht richtig heilen. Dank Knochenschraube wächst zusammen, was zusammen gehört.
(Bild: ©NtDanai - stock.adobe.com)

Es gibt Brüche, die ohne Hilfe nicht richtig heilen. Wenn Knochen oder Knochenfragmente beim Zusammenwachsen mehr Stabilisierung brauchen, kann eine Knochenschraube helfen. Ob am Kopf oder am Fuß, die komplexen medizinischen Hightech- Produkte kommen bei Frakturen am ganzen Körper zum Einsatz. Was die Knochenschraube ausmacht, woraus sie besteht und welche Vorteile und Nachteile sie birgt, gibt es hier nachzulesen.

Definition: Was ist eine Knochenschraube?

Knochenschrauben sind die am häufigsten verwendeten Fixationshilfen und können eigenständig oder in Verbindung mit anderen Hilfsmitteln (beispielsweise Platten) benutzt werden.
Knochenschrauben sind die am häufigsten verwendeten Fixationshilfen und können eigenständig oder in Verbindung mit anderen Hilfsmitteln (beispielsweise Platten) benutzt werden.
(Bild: ©Aliaksandr - stock.adobe.com)

Die Knochenschraube ist ein medizinisches Hilfsmittel, das bei komplizierten oder großen Frakturen, etwa nach Unfällen und Operationen, im Gewebe platziert wird, um Knochen oder Knochenstücke stabil miteinander zu verbinden. Knochenschrauben sind die am häufigsten verwendeten Fixationshilfen und können eigenständig oder in Verbindung mit anderen Hilfsmitteln (beispielsweise Platten) benutzt werden.

Die Medizinprodukte sind steril und bestehen je nach Hersteller sowie Lokalisation der Fraktur aus unterschiedlichen Materialien, die allesamt eine gute Verträglichkeit aufweisen. Dennoch rufen einige Materialien bei einem geringen Prozentsatz der Fälle Allergien oder Abstoßungsreaktionen hervor. Deshalb wird an der Knochenschraube konstant weitergeforscht.

Je nach Material müssen Knochenschrauben in einer Zweitoperation entfernt werden oder können im Körper verbleiben. Knochenschrauben aus Metall bedürfen einer operativen Entfernung, nachdem die Fraktur verheilt ist. Resorbierbare Schrauben aus innovativen Materialien wie Magnesium, Knochen oder Polymeren lösen sich selbst auf. Eine zusätzliche Operation zur Entfernung bleibt Patienten mit einer derartigen Knochenschraube erspart.

Verwendet wird die Knochenschraube in der Orthopädie, in der Kieferchirurgie und in der Unfallchirurgie. Damit unterschiedliche Brüche fixiert werden können, gibt es eine enorme Variantenvielfalt an Schraubengrößen, Längen und Formen. Die diversen Größen reichen von unter einem Millimeter bis zu mehreren Zentimetern. Bei den Schraubprofilen gibt es vorrangig Sechskant, Schlitz, Torx und Vierkant.

Wann und wo im Körper werden Knochenschrauben eingesetzt?

Eine Knochenschraube wird immer dann eingesetzt, wenn eine Fraktur ohne zusätzliche Fixierung nicht ordentlich verheilen würde. Knochenschrauben können in verschiedenen anatomischen Regionen eingesetzt werden, kommen aber insbesondere bei gelenknahen Brüchen zum Einsatz, etwa an der Hüfte.
Eine Knochenschraube wird immer dann eingesetzt, wenn eine Fraktur ohne zusätzliche Fixierung nicht ordentlich verheilen würde. Knochenschrauben können in verschiedenen anatomischen Regionen eingesetzt werden, kommen aber insbesondere bei gelenknahen Brüchen zum Einsatz, etwa an der Hüfte.
(Bild: ©angkhan - stock.adobe.com)

Eine Knochenschraube wird immer dann eingesetzt, wenn eine Fraktur ohne zusätzliche Fixierung nicht ordentlich verheilen würde. Knochenschrauben können in verschiedenen anatomischen Regionen eingesetzt werden, kommen aber insbesondere bei gelenknahen Brüchen zum Einsatz, etwa im Bereich des Knöchels und des Fußes, am Knie, an der Hüfte, im Kiefer oder bei Hand-, Handgelenks- und Fingerbrüchen. Oft sind es Unfälle, manchmal aber auch Erkrankungen, die den Einsatz einer Knochenschraube notwendig machen. Beispielsweise wird bei Behandlung des Spreizfußes und der Hallus-Valgus-Deformität auf Knochenschrauben zurückgegriffen. Je nach anatomischem Bedarf weisen Knochenschrauben unterschiedliche Attribute auf, müssen etwa besonders elastisch (im Hand- und Fußbereich) oder sehr widerstandsfähig (im Kieferbereich) sein.

Was ist eine Schraubenosteosynthese? Wann wird sie angewandt und wie läuft sie ab?

Bei der Schraubenosteosynthese (Verschraubung) werden im Rahmen eines operativen Eingriffs zueinander gehörige Knochenfragmente durch eine oder mehrere Schrauben refixiert (in die korrekte Position gebracht und fixiert). Dabei wird der Knochenbruch mit einer oder mehreren Knochenschrauben überbrückt, bis der Knochen verheilt. Nach der Heilungsphase kann eine Folgeoperation zur Entfernung der Knochenschraube beziehungsweise Schrauben notwendig werden, wenn diese sich nicht selbst auflösen.

Die Schraubenosteosynthese eignet sich für diverse Frakturen, kommt aber besonders häufig bei der Versorgung von Innenknöchelfrakturen, einfachen Frakturen des Handgelenks, Handwurzelfrakturen und Abrissfrakturen zum Einsatz.

Welche gesundheitlichen Risiken bestehen bei einer Schraubenosteosynthese?

Jedes Material bringt gewisse Vor- und Nachteile mit sich, daher kommt es bei der Risikoanalyse darauf an, welche Knochenschraube verwendet wird. Aber da jede Schraubenosteosynthese mit einem operativen Eingriff einhergeht, ergeben sich dadurch zusätzlich allgemeine Risiken. Ein Überblick über die gesundheitlichen Risiken:

  • Generelles Narkoserisiko, insbesondere bei älteren Menschen oder Patienten in schlechtem Allgemeinzustand, etwa durch Unfall oder Krankheit (alle Knochenschrauben).
  • Infektionsrisiko, da die Möglichkeit besteht, dass durch die Wunde Keime in den Körper eindringen (alle Knochenschrauben)
  • Allergie auf das Material der Knochenschraube (nicht alle Materialien bergen ein Allergierisiko)
  • Abstoßungsreaktion (sehr selten)
  • Kapselbildung
  • Bruch der Knochenschraube
  • Gewebeveränderungen
  • Blutungen (alle Knochenschrauben)
  • Narbenbildung (alle Knochenschrauben)

Da eingebrachte Metallschrauben nach der Heilungsphase wieder entfernt werden müssen, ist bei ihnen ein Zweiteingriff notwendig, der erneut mit einigen der oben genannten Risiken einhergeht. Zudem bedeutet eine zweite Operation auch wieder Schmerzen, eine gewisse psychische Belastung und Fehlzeiten im Beruf. Für das Gesundheitssystem entstehen durch einen Zweiteingriff zudem weitere Kosten für das Ärzteteam, das Pflegepersonal und den Krankenhausaufenthalt.

Aus welchem Material bestehen Knochenschrauben?

Lange Zeit waren Knochenschrauben aus Metall die einzige Option. Doch inzwischen gibt es zahlreiche andere Materialien, die in bestimmten Situationen Vorteile gegenüber Metall haben können. Aktuell kann eine Knochenschraube aus folgenden Materialien bestehen:

  • Titan und Titanlegierungen
  • rostfreier Edelstahl
  • Magnesium und Magnesiumlegierungen
  • Knochen
  • Biokeramik
  • Kunststoffe (Polymere)

Die Materialien im Detail:

Knochenschrauben aus Titan und Titanlegierungen

Knochenschrauben aus reinem Titan sind stabil, korrosionsresistent und allergologisch unbedenklich. Titanlegierungen (beispielsweise mit Nickel und Chrom) können Allergien auslösen. Die Allergieprävalenz in der Bevölkerung liegt etwa bei vier bis sechs Prozent. Doch nicht nur prävalente Allergien sind zu bedenken, auch aufgrund einer abgeschwächten Immunlage durch die Schraube neu induzierte Allergien sind bei Legierungen ein Risiko. Neben allergischen Reaktionen ist die postoperative Infektion das am häufigsten beschriebene klinische Phänomen in Bezug auf Metallschrauben.

Bei der Computertomografie (CT) und der Magnet-Resonanz-Tomografie (MRT) gelten Knochenschrauben aus reinem Titan und Titanlegierungen als sicher. Störende Artefakte („Starburst-Phänomen“) sind ebenfalls kein großes Problem. Allerdings müssen Schrauben aus Titan und Titanlegierungen in den meisten Fällen operativ wieder entfernt werden. Das ist nicht zuletzt aus ökonomischer Sicht ein Nachteil.

Knochenschrauben aus rostfreiem Edelstahl

Der Vorteil von Edelstahlschrauben sind die im Vergleich zu gleich dimensionierten Titanschrauben um bis zu 40 Prozent niedrigeren Kosten. Doch es gibt auch Nachteile: Trotz seines hohen Reinheitsgehalts ist Edelstahl nicht vollkommen korrosionsfrei. Daher kann es durch Freisetzung löslicher Produkte zur sogenannten Metallosis kommen (Ablagerung von Metallteilchen, die zu örtlichen Gewebeveränderungen führen).

Ein weiteres Risiko ist die Ausbildung einer bindegewebigen Kapsel, die auf die geringe Gewebeadhärenz von Edelstahl zurückzuführen ist. Rostfreier Edelstahl gilt als schwach magnetisch, die Sicherheit von entsprechenden Schrauben bei der Computertomografie (CT) und bei der Magnet-Resonanz-Tomografie (MRT) wird noch diskutiert. Zudem müssen Knochenschrauben aus rostfreiem Edelstahl in einer Folgeoperation entfernt werden.

Knochenschrauben aus Magnesium und Magnesiumlegierungen

Bei Magnesium und Magnesiumlegierungen handelt es sich um resorbierbare Stoffe, die keine allergenen Wirkungen besitzen. Denn Magnesium ist ein natürlicher Bestandteil des menschlichen Stoffwechsels. Eine Knochenschraube auf Magnesiumbasis löst sich nach der Ausheilung im Körper von selbst auf. Dadurch entfällt der zweite operative Eingriff.

Weil reines Magnesium oft schneller vom Organismus absorbiert wird, als der Knochen heilen kann, werden andere Stoffe wie Aluminium, Zink oder Metalle der Seltenen Erden beigemischt. Dadurch soll die Resorptionszeit verlängert werden. Hersteller magnesiumbasierter Knochenschrauben ist beispielsweise die Syntellix AG.

Innovativ: Knochenschrauben aus Knochen

Videotipp: Mit der patentierten „Shark Screw“ hat die Firma Surgebright eine Schraube entwickelt, die aus menschlichen Spenderknochen (humanbiologischem Material) produziert wird. Im Video stellt CEO Lukas Pastl die Schrauben vor. Dank der Schraube entfällt eine zweite Operation, wie sie notwendig ist, um beispielsweise Metallschrauben wieder zu entfernen.

Schrauben aus Knochen werden aus menschlichen Spenderknochen gefertigt. In der Regel wird dafür der besonders harte Mittelteil des menschlichen Oberschenkelknochens verwendet. Das Material wird mittels Peressigsäure-Ethanol-Verfahren sterilisiert und ist zellfrei. Bei der Sterilisation schrumpft das Material und quillt erst später im Körper wieder auf. Die Schraube wird als körpereigen erkannt, dadurch reduziert sich das Risiko für Infektionen und Komplikationen. Zudem heilt das Material vollständig in den Empfängerknochen des Patienten ein.

Nach etwa einem Jahr lässt sich das Spendermaterial im Röntgen nicht mehr erkennen. Daher muss die Knochenschraube nicht entfernt werden und eine Folgeoperation entfällt. Entwickelt wurde die innovative resorbierbare Knochenschraube von Dr. Klaus Pastl am Institut für Biomechanik der TU Graz. Vermarktet wird sie unter dem Namen „Shark Screw“.

Videotipp: Die Surgebright GmbH hat 2018 den Jungunternehmerpreis in der Kategorie „Raketenstarter“ erhalten.

Knochenschrauben aus Biokeramik

Die biokeramische Knochenschraube besteht aus Kalziumphosphat, dem anorganischen Hauptbestandteil des Knochens. Dank des Materials gilt sie als extrem verträglich und allergologisch unbedenklich. Zudem kann diese Knochenschraube vollständig vom Körper absorbiert werden. Das dabei frei werdende Kalzium soll sogar den Knochenaufbau beschleunigen. Entwickelt wurde die Biokeramikschraube von Professor Kurosch Rezwan, Dr. Philipp Imgrund und Professor Ulrich Wagner. Eine Operation zur Entfernung der Schraube ist somit überflüssig.

Knochenschrauben aus Kunststoffen (Polymeren)

Kunststoffschrauben bestehen in der Regel aus Polylactid oder Polylactid-Polyglykolsäure-Kopolymeren. Sie haben den Vorteil, dass sie vom Organismus resorbierbar sind. Je nach Größe löst sich eine solche Knochenschraube in ein bis fünf Jahren vollständig auf. Weichteilirritationen sind sehr selten, aber möglich.

Knochenschrauben messen und prüfen

Im Bereich der Medizin ist höchste Qualität – und damit auch ein entsprechendes Qualitätsmanagement – unabdingbar. Deshalb müssen medizintechnische Produkte nach DIN-Standard hergestellt und ausnahmslos kontrolliert werden, ehe sie in Kontakt mit Patienten kommen. Jede Knochenschraube wird einer visuellen Kontrolle unterzogen. Dazu nutzen unterschiedliche Hersteller verschiedene Verfahren.

Teilweise läuft dieser Prozess vollautomatisch ab; beispielsweise mithilfe einer hochauflösenden Matrixkamera, die jede Knochenschraube exakt vermisst. Diese vollautomatische Methode schließt den Einfluss oder Fehler des Bedieners aus. Zusätzlich werden Knochenschrauben (stichprobenartigen) Messungen unterzogen. Dafür werden mehrere mechanische Prüfungen im vereinfachten klinischen Einsatz durchgeführt. Auch dafür gibt es bestimmte standardisierte Testverfahren (beispielsweise ASTM F543-07, die „Standard Specification and Test Methods for Metallic Medical Bone Screws“).

Wann und wie werden Knochenschrauben wieder entfernt?

Ob eine Knochenschraube wieder entfernt werden muss, hängt vom verwendeten Material ab. Manche Materialien, etwa Knochen, Magnesium und Polymere, lösen sich binnen einiger Zeit (meist dauert es Jahre, da der Knochen so lange zum Verheilen braucht) selbstständig im Körper auf.

Anders bei Knochenschrauben aus Metall, sie müssen nach dem Verheilen der Fraktur in einer Folgeoperation entfernt werden. Diese Zweitoperation zur Entfernung ist mit den üblichen Risiken verbunden (Narkoserisiko, Infektionsrisiko). Der genaue Zeitraum der Folgeoperation ist individuell vom Heilungserfolg abhängig und wird durch die Ärztin unter Zuhilfenahme von Röntgenaufnahmen bestimmt (die Fraktur muss fest verwachsen und vollständig belastbar sein, ehe die Knochenschraube entfernt werden kann). Meist liegt mindestens ein Jahr zwischen dem Einsatz der Knochenschraube und der Entfernung.

Hersteller von Knochenschrauben

Folgende Hersteller bieten derzeit auf dem deutschen Markt Knochenschrauben an (in alphabetischer Reihenfolge):

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