Hüftendoprothesen - Der Einfluss des Gelenkspiels bei einer Metall-Metall-Gleitpaarung

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Bei den Metall-Metall-Gleitpaarungen (MOM) mit großen Durchmessern, wie bei Hüftkopfkappen-Prothesen zu finden, fallen frühzeitige Lockerungen und/oder Geräuschentwicklungen ("Squeaking") auf. In dieser Studie wurde untersucht, ob bei MOM-Hüftkopfkappen mit großen Durchmessern die Reibung, Schmierung und Geräuschentwicklung der Implantate durch ein verändertes Gelenkspiel in der Gleitpaarung beeinflusst werden kann. The Influence of clearance on friction, lubrication and squeaking in large diameter metal-on-metal hip replacements, Clin Orthop Relat Res 2008; 466:1438-1443

Studiendesign

Drei, sich im Gelenkspiel unterscheidende MOM Kappenprothesen wurden in einem Verschleißsimulator mit 120 Zyklen getestet. Von jedem Design wurden jeweils vier Implantate geprüft. Als Schmiermittel wurde einmal 25%iges und einmal 100%iges Kälberserum verwendet. Gemessen wurden die Reibkräfte, die Schmierfilmdicken mittels Ultraschall-Messgerät (Tribosonics, UK) und die Geräuschentwicklung mit einem Mikrofon.

Ergebnisse

Das Implantatdesign mit dem größten Gelenkspiel (194 µm) zeigt bei einer Schmierung mit 25%igem Serum das größte Torsionsmoment (10,51Nm) und entsprechend den größten Reibkoeffizienten (0,196). Die Unterschiede zwischen den Implantaten mit geringerem Spiel (53 µm, 94 µm) sind nicht signifikant. Das größte Gelenkspiel, wie auch das kleinste, führen zu dünnen Schmierfilmdicken. Jedoch tritt nur bei dem größten Gelenkspiel immer (100%) ein "Squeaking" auf.

Die hohe Reibung aufgrund des großen Gelenkspiels kann durch eine Schmierung mit 100%igem Serum stark reduziert werden, das immer auftretende "Squeaking" ändert sich dadurch jedoch nicht.

Kommentar

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein zu großes Gelenkspiel zu einer schlechten Schmierung führt und damit zu hoher Reibung im Gelenk. Auffällig ist jedoch, dass bei dem kleinsten Gelenkspiel die auftretende dünne Schmierschicht nicht zu vergleichbar hoher Reibung führt. Dieses Ergebnis wird nicht weiter diskutiert. Ein allgemein interessantes Thema der Tribologie wird hier speziell auf die MOM-Hüftkopfkappen hin untersucht. Interessant wäre es zu wissen, ob die großen Durchmesser der MOM überhaupt entscheidend sind. Hier wurde ein Durchmesser untersucht, bei dem Reibung und Geräuschentwicklung bei einem Gelenkspiel von 94 µm vergleichsweise gute Ergebnisse liefert. Wie sieht das bei MOM mit kleineren Durchmessern aus? Unterscheidet sich tatsächlich das optimale Gelenkspiel zwischen großen und kleineren MOM Implantaten?

Auffällig ist das Ergebnis der "Squeaking"-Untersuchung. Da in der Studie nicht über auftretendes Impingement gesprochen wird, scheint das "Squeaking" hier abhängig von dem Gelenkspiel zu sein. Vor allem lässt sich das "Squeaking" durch eine verbesserte Schmierung, die die Reibung reduziert, nicht verringern. Ob sich die Ergebnisse auf in vivo Situationen übertragen lassen können ist fraglich, da das Tribosystem in vivo nicht identisch ist..

Dipl.-Ing. Berna Rasche-Schürmann

Dipl.-Ing. Berna Rasche-Schürmann

Labor für Biomechanik und Biomaterialien

Orthopädische Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover

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