Alters- und geschlechtsabhängige Knochenmineraldichteverteilung und mechanische Eigenschaften des proximalen Humerus

Zusammenfassung

Ziel: Das Ziel der vorliegenden Studie war die alters- und geschlechtsspezifische Analyse der mechanischen Eigenschaften und der Knochenmineraldichte (BMD) des proximalen Humerus in verschiedenen Höhen und Regionen. Methoden: Folgende Verfahren wurden angewandt: Mechanische Indentation Testung, DXA, QCT, pQCT und die Radiogrammmetrie (Cortical Index, CI). Die Untersuchungen wurden an 70 frischen Humeri von 46 humanen Präparaten (23 weiblich, 23 männlich; Alter median: 70,5 Jahre) durchgeführt. Ergebnisse: In der Gruppe der weiblichen Humeri fand sich eine hohe Korrelation zwischen Alter und Knochenmineraldichte (ρ = -0,62 to -0,70 p < 0,01) mit statistisch signifikanten Unterschieden zwischen Präparaten jünger als 69 Jahre und älter als 70 Jahre (p < 0.05). In der Gruppe der weiblichen Präparate mit einem Alter über 70 Jahre waren die Knochenmineraldichtewerte im Vergleich mit den männlichen Präparaten signifikant niedriger (p < 0.05). Unabhängig vom Alter der Präparate wurde die höchste Knochenmineraldichte und Knochenfestigkeit im proximalen Abschnitt und in den medialen und dorsalen Regionen des proximalen Humerus nachgewiesen. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse geben Aufschluss über die Frakturentstehung und stellen die Grundlage für die Entwicklung von strukturorientierten Implantaten mit einer verbesserten Implantatfixation im osteoporotischen Knochen dar.

Abstract

Purpose: To evaluate age- and gender-related mechanical properties and bone mineral density (BMD) of the proximal humerus at different levels and regions. Materials and Methods: Mechanical indentation testing, DXA, QCT, pQCT and the radiogrammetry (Cortical Index, CI) were carried out in 70 freshly harvested humeri from 46 human cadavers (23 females, 23-males; median age 70.5 years). Results: In the female group, a high correlation between age and BMD was found (ρ = 0.62 to -0.70, p < 0.01) with statistically significant differences between specimens of patients 69 years or younger, and 70 years or older (p < 0.05). In the group of female specimens of age 70 years or older, BMD values were found to be significantly lower compared to their male counterparts (p < 0.05). Regardless of the specimen’s age, the highest BMD and bone strenght were found in the proximal aspect and in the medial and dorsal regions of the proximal humerus. Conclusion: These findings provide an insight into the fracture mechanism of the proximal humerus and should be the basis for designing structure-oriented implants with improved implant-bone stability in osteoporotic patients.

Schlüsselwörter

BMD - Knochenfestigkeit - proximaler Humerus

Keywords

BMD - bone strength - proximal humerus

Literatur

• 1 Lauritzen J B, Schwarz P, Lund B, McNair P, Transbol I. Changing incidence and residual lifetime risk of common osteoporosis-related fractures.  Osteoporos Int. 1993;  3 127-132
• 2 Lill H, Josten C. Proximale und distale Humerusfrakturen im hohen Alter.  Orthopäde. 2000;  29 327-341
• 3 Miller P D, Bonnick S L, Rosen C J. Consensus of an international panel on the clinical utility of bone mass measurements in the detection of low bone mass in the adult population.  Calcif Tissue Int. 1996;  58 207-214
• 4 Saitoh S, Nakatsuchi Y, Latta L, Milne E. Distribution of bone mineral density and bone strength of the proximal humerus.  J Shoulder Elbow Surg. 1994;  3 234-242
• 5 Berndt H. Entwicklung einer röntgenologischen Altersbestimmung am proximalen Humerusende aus den bisherigen Methoden: Z. f. d. ges. Inn.  Med.. 1947;  2 122-128
• 6 Hall M C. The structure of the upper end of the humerus with reference to osteoporotic changes in senescence leading to fractures.  Canad Med Ass J. 1963;  88 290-294
• 7 Bloom R A. A comparative estimation of the combined cortical thickness of various bone sites.  Skeletal Radiol. 1980;  5 167-170
• 8 Ciarelli M J, Goldstein S A, Kuhn J L, Cody D D, Brown M B. Evaluation of orthogonal mechanical properties and density of human trabecular bone from the major metaphyseal regions with materials testing and computed tomography.  J Orthop Res. 1991;  9 674-682
• 9 Okamura K, Ozaki J. Bone mineral density of the shoulder joint in frozen shoulder.  Arch Orthop Trauma Surg. 1999;  119 363-367
• 10 Rho J Y, Hobatho M C, Ashman R B. Relations of mechanical properties to density and CT numbers in human bone.  Med Eng Phys. 1995;  17 347-355
• 11 Jergas M, Schmid G. Konventionelle Radiologie der Osteoporose und Röntgenabsorptiometrie.  Radiologe. 1999;  39 174-185
• 12 Little R B, Wevers H W, Siu D, Cooke T DV. A threedimensional finite element analysis of the upper tibia.  J Biomech Eng. 1986;  108 111
• 13 Genant H K, Faulkner K G, Gluer C C, Engelke K. Bone densitometry: current assessment.  Osteoporos Int. 1993;  3 Suppl 1 91-97
• 14 Prevrhal S, Genant H K. Quantitative Computertomographie.  Radiologe. 1999;  39 194-202
• 15 Duquette J, Lin J, Hoffman A, Houde J, Ahmadi S, Baran D. Correlations among bone mineral density, broadband ultrasound attenuation, mechanical indentation testing, and bone orientation in bovine femoral neck samples.  Calcif Tissue Int. 1997;  60 181-186
• 16 Cendre E, Mitton D, Roux J, Arlot M E, Duboeuf F, Burt-Pichat B, Rumelhart C, Peix G, Meunier P J. High-resolution computed tomography for architectural characterization of human lumbar cancellous bone: relationships with histomorphometry and biomechanics.  Osteoporos Int. 1999;  10 353-360
• 17 McElhaney J, Fogle J, Byars E, Weaver G. Effect of embalming on the mechanical properties of beef bone.  J Appl Physiol. 1964;  19 1234-1236