Zementhaftung auf keramischen Oberflächen – Oberflächenaktivierung der Retentionsflächen von Knieendoprothesen durch atmosphärisches Plasma vs. thermischer Oberflächenbehandlung - Marx, B.; Marx, R.; Reisgen, U.; Wirtz, D. (Zeitschrift für Orthopädie und Unfallchirurgie, 2015)
Studienziel: CoCrMo-Legierungen sind kontraindiziert bei Allergikern. Für diese Patienten sind im Hüftbereich zementfreie und zementierte Prothesen aus Titanlegierungen verfügbar. Knieendoprothesen aus dieser Legierung, insbesondere auch die Tibiateile dieser Prothesen, können im Zusammenwirken mit dem UHMWPE-(Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene-)Inlay ein problematisches Abriebverhalten zeigen. Deshalb sind im Kniebereich zementierte Endoprothesen aus nicht allergener Oxidkeramik sinnvoll. Die Oxidkeramikoberfläche hat für Knochenzement eine deutlich geringere Retention im Vergleich zu einer texturreichen Metalloberfläche. Durch Raustrahlen erzeugte Texturen auf einer keramischen Oberfläche sind wegen des Sprödbruchverhaltens von Keramik ungeeignet. Scharfe Kanten und Texturen an der Keramikoberfläche verursachen eine Kerbwirkung, welche zur Rissausbreitung und in Folge zu einer Reduzierung der mechanischen Festigkeit der Keramik führt. Mangelnde Retention des Knochenzements auf der Keramikoberfläche begünstigt Mikrobewegungen der Prothese, die das Risiko für „Debonding“ erhöhen. Eine Silikatbeschichtung kann durch spezifische Adhäsion die Retention auch ohne Texturen gegen hydrolytische Degradation stabilisieren und so „Debonding“ verhindern; allerdings setzt diese spezifische Adhäsion die Reinigung und die Aktivierung der Oberfläche voraus. Methode: Gegenstand der Untersuchungen ist eine Kompositkeramik aus einer Aluminiumoxidmatrix, die mit Zirkoniumoxid und Stängelkristallen (Platelets) verstärkt ist (Zirkoniumoxid- und Platelet-verstärktes Aluminiumoxid: ZPTA. Durch die Umwandlungsverstärkung von Zirkoniumoxid und dem zusätzlichen Rissablenkungsverhalten der Stängelkristalle kombiniert der Werkstoff so die sehr geringe Abriebrate von Aluminiumoxid mit der hohen Festigkeit und Bruchzähigkeit von Zirkoniumoxid. Um die Wirksamkeit der Reinigung und Aktivierung durch atmosphärisches Plasma bzw. durch thermische Oberflächenbehandlung und anschließender PVD-(Physical Vapour Deposition/Physikalische Gasphasenabscheidung-)Beschichtung mit Silikat zu untersuchen, wurde die auf ihre Haftfestigkeit zu untersuchende ZPTA-Keramikoberfläche „as-fired“ gereinigt und oberflächenaktiviert. Nach der Silikatbeschichtung wurden auf die scheibenförmigen Keramikprüfkörper TiAlV-Sonden (Durchmesser 6 mm) als Stirnzugprüfkörper zentrisch aufzementiert und nach vorgegebenen Fristen hydrolytischer Belastung von bis zu 150 Tagen bei 37 °C in Ringer-Lösung („Auslagerung“) im Stirnzugversuch die Haftfestigkeit geprüft. Als Referenz dienten gereinigte, nicht aktivierte Prüfkörper aus „as-fired“-ZPTA-Keramik ohne Silikatbeschichtung. Ergebnisse: Die Haftfestigkeit auf der aktivierten, silikatbeschichteten ZPTA-Oberfläche erwies sich für beide Aktivierungsmethoden innerhalb des 5-monatigen Beobachtungsintervalls als hydrolysestabil und war nach allen untersuchten Auslagerungsintervallen stets größer als 20 MPa. Die anfängliche Haftfestigkeit ohne Auslagerung auf der gewaschenen, aber nicht aktivierten Oberfläche ohne Silikatbeschichtung war 5 MPa. Schlussfolgerung: Die Oberflächenaktivierung durch atmosphärisches Plasma oder thermische Oberflächenbehandlung ist gleichwertig und führt bei der untersuchten Oxidkeramik in Verbindung mit einer anschließenden Silikatbeschichtung zu einer Retention, die klinisch ausreichend sein sollte, um haftungsbedingte Migration, Mikrobewegung und haftungsbedingtes „Debonding“ zu unterbinden.
Keywords: Knieendoprothese; Oxidkeramik; atmosphärisches Plasma; Silikatbeschichtung; hydrolytische Stabilität