Zusammenfassung
Studienziel: Durch die Kombination verschiedener Untersuchungstechniken soll das Umgebungsgewebe
von Endoprothesen zerstörungsfrei analysiert werden. Dabei soll die Lokalisation der
Polyethylen-Abriebpartikel erfasst, deren Geometrie quantitativ bestimmt und funktions-
von lockerungsbedingtem Abrieb unterschieden werden. Weiterhin soll die Gewebekontamination
mit anderen Implantatbestandteilen mikroanalytisch gemessen werden. Die Ergebnisse
sollen dazu dienen, Verschleißmechanismen besser zu verstehen und damit Implantatoptimierungen
zu unterstützen. Methode: Fünf Autopsiefälle mit festsitzenden Hüftendoprothesen (2 × Endo-Modell Mark III,
1 × St. Georg Mark II, LINK; 2 × Spongiosa Metal II, ESKA) wurden zu histologischen
Schliffpräparaten aufgearbeitet. Untersuchungen der Abriebpartikel erfolgten durch
eine kombinierte Anwendung verschiedener Mikroskopietechniken und hochsensitiver protonen-induzierter
Röntgenemission (PIXE). Der lockerungsbedingte Abrieb wurde an der Außenkontur von
Pfannen-Explantaten (St. Georg Mark II, LINK, D; n = 293) gemessen. Ergebnisse: Verschleißpartikel sind ungleichmäßig im Gewebe verteilt; bei zementierten Prothesen
dominieren Zementpartikel. Metallpartikel sind intrazellulär nur vereinzelt nachzuweisen.
Die Konzentration des Legierungsbestandteils Kobalt (Co) ist im mineralisierten Knochengewebe
erhöht. Die gemessene Co-Deposition steht in Abhängigkeit zu Lokalisation und Standzeit
des Implantates. Funktionsbedingter Polyethylen (PE)-Abrieb ist von PE-Abrieb anderer
Genese (Lockerung, Impingement) morphologisch und durch die Gewebereaktion zu unterscheiden.
Bei einsetzender Pfannenlockerung kann kurzfristig mehr PE-Abrieb in das Gewebe gelangen
als bei normaler Funktion der Prothese über viele Jahre. Schlussfolgerung: Wurde früher eine Reduzierung der Gewebekontamination mit Implantatmaterial primär
durch die Optimierung der Gleitpaarungen angestrebt, führt die Interpretation der
bisher gewonnenen Befunde zu der Überlegung, andere Entstehungsmechanismen für Abriebpartikel,
aber auch die Metalllegierung, stärker in Optimierungsüberlegungen für Implantate
oder Implantationstechniken einzubeziehen.
Abstract
Aim: Periprosthetic tissue was analysed by the combination of different investigation
techniques without destruction. The localisation and geometry of polyethylene abrasion
particles were determined quantitatively to differentiate between abrasion due to
function and abrasion due to implant loosening. Non-polyethylene particles from implant
components which contaminate the tissue were micro-analytically measured. The results
will help us to understand loosening mechanisms and thus lead to implant optimisations.
Method: A non-destructive particle analysis using highly sensitive proton-induced X‐ray emission
(PIXE) was developed to achieve a better histological allocation. Five autopsy cases
with firmly fitting hip endoprosthesis (2 × Endo-Modell Mark III, 1 × St. Georg Mark
II, LINK, Germany; 2 × Spongiosa Metal II, ESKA, Germany) were prepared as ground
tissue specimens. Wear investigations were accomplished with a combined application
of different microscopic techniques and microanalysis. The abrasion due to implant
loosening was histologically evaluated on 293 loosened cup implants (St. Georg Mark
II, LINK, Germany). Results: Wear particles are heterogeneously distributed in the soft tissue. In cases of cemented
prostheses, cement particles are dominating whereas metal particles could rarely be
detected. The concentration of the alloy constituent cobalt (Co) is increased in the
mineralised bone tissue. The measured co-depositions depend on the localisation and/or
lifetime of an implant. Functional polyethylene (PE) abrasion needs to be differentiated
from PE abrasion of another genesis (loosening, impingement) morphologically and by
different tissue reactions. Conclusion: In the past a reduction of abrasion was targeted primarily by the optimisation of
the bearing surfaces and tribology. The interpretation of our findings indicates that
different mechanisms of origin in terms of tissue contamination with wear debris and
the alloy should be included in the improvement of implants or implantation techniques.
Schlüsselwörter
Elementanalyse - Endoprothese - Histologie - Metallabrieb - Verschleiß
Key words
microanalysis - arthroplasty - histology - metal ion release - wear debris
Literatur
Differences and similarities of osteolyses from particulate polyethylene and PMMA-Bone
cement. Ultra-high molecular weight polyethylene as biomaterial. Willert HG, Buchhorn GH, Eyerer P Orthopedic Surgery. Toronto, Lewiston, New York,
Bern, Göttingen, Stuttgart; Hogrefe and Huber Publishers 1991: 143-147 Quantitative analysis of the histological reactions at the interface and the surrounding
bone tissue following the implantation of hip endoprostheses. Barbosa MA, Campilho A Imaging Techniques in Biomaterials. North-Holland, Amsterdam,
London, New York, Tokyo; Elsevier Science Publishers B.V 1994: 325-340
hahn@uke.uni-hamburg.de
