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«Direktor: Prof. Dr. med. Michael Amling Fehleranalyse von 147 Frühversagern in der Kappenendoprothetik Eine Analyse der Zementierung und des ...»

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Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Institut für Osteologie und Biomechanik

Direktor: Prof. Dr. med. Michael Amling

Fehleranalyse von 147 Frühversagern

in der Kappenendoprothetik

Eine Analyse der Zementierung und des Zement-Knochen Interface

Dissertation

Zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin

Der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg

vorgelegt von:

Stefan Thomas Breer

aus Osnabrück

Hamburg 2010

Angenommen von der

Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg am: 05.11.2010 Veröffentlicht mit Genehmigung der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg.

Prüfungsausschuss, der/die Vorsitzende: Prof. Dr. M. Amling Prüfungsausschuss, zweite/r Gutachter/in: PD Dr. T. Schinke Prüfungsausschuss, dritte/r Gutachter/in: Prof. Dr. K. Püschel Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Zielsetzung 2 Einleitung 2.1 Das Hüftgelenk 2 2.2 Indikationen zur Prothesenversorgung des Hüftgelenkes 3 2.2.1 Coxarthrose 3 2.2.2 Hüftgelenksdysplasie 4 2.2.3 Hüftgelenksnekrose 4 2.2.4 Rheumatoide Arthritis 5 2.3 Prothesentypen bei degenerativen Hüfterkrankungen 6 2.3.1 Totalendoprothese 6 2.3.2 Oberflächenersatz 8 2.4 Historie des Oberflächenersatz der Hüfte 9 2.5 Zementierungstechnik des Oberflächenersatzes 11 3 Material und Methoden 3.1 Materialentnahme und Patientenkollektiv 13 3.2 Aufarbeitung der Präparate 17 3.3 Prothesentypen 20 3.4 Quantitative Analyse des Knochenzements 20 3.5 Knochenmineraldichte - quantitative Backscattered Electron Imaging 22 3.6 Statistische Analysen 22 4 Ergebnisse 4.1 Zementierungsanalyse 23 4.1.1 Zementmantel 24 4.1.2 Zeme

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1 Zielsetzung Ziel dieser Dissertationsarbeit war eine Analyse der Zementierung und der zellulären Reaktionen am Zement-Knochen Interface bei Hüftköpfen frühversagter Kappenendoprothesen. Hierbei wurde ein besonderes Augenmerk auf die Analyse der Zementierung gelegt, da es dem Anwender bei der Versorgung mit einem Oberflächenersatz nur schwer möglich ist eine genaue Einschätzung der adäquaten Zementierung zu treffen; auch besteht postoperativ in vivo keine Möglichkeit die applizierte Zementmenge radiologisch zu überprüfen, so dass ein weiteres Ziel darin bestand dem Anwender das Resultat ihrer Arbeit postoperativ darzustellen. Anschließend wurde der Zement-Knochen Übergang morphologisch, radiologisch und histopathologisch untersucht, um eventuelle Interaktionen von Knochengewebe und verwendeten Knochenzement untersuchen zu können.

Es sollen Nachweise inadäquater Zementierung und zementassoziierter Veränderungen am Zement-Knochen Übergang erbracht werden, um die Rolle der Zementierung als wichtigen Faktor für den Langzeiterfolg der neuen Generation des Oberflächenersatzes der Hüfte darzustellen.

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2.1 Das Hüftgelenk Das Hüftgelenk (Articulatio coxae) ist die bewegliche Verbindung zwischen Rumpf und Bein. Dabei stellen das knöcherne Becken auf der einen Seite und der Oberschenkelknochen (Femur) auf der anderen Seite die knöchernen Gelenkpartner dar. Als Kugelgelenk ist es in der Lage dreidimensionale Bewegungen zu ermöglichen.

Die Gelenkflächen werden durch das Caput femoris als Gelenkkopf und das Acetabulum insbesondere in Form der Facies lunata und des Ligamentum transversum gebildet. Die kraftübertragende Fläche ist jedoch ausschließlich die knorpelüberzogene Facies lunata.

Die Gelenkkapsel entspringt am Rand der Gelenkpfanne und zieht zum Femur, an dem sie ventral an der Linea intertrochanterica und dorsal etwa 1,5cm proximal der Crista intertrochanterica ansetzt. Des Weiteren wird das Hüftgelenk durch widerstandsfähige Bänder gestützt: Die Ligamenta iliofemorale, ischiofemorale und pubofemorale. Diese Kombination der stärksten Bänder des menschlichen Körpers schützt das Hüftgelenk effizient gegen Luxationen.

Der Hüftkopf - wie auch die Hüftpfanne - ist von einer dicken Knorpelschicht überzogen. Die Gelenkschleimhaut (Synovia) bildet Gelenkflüssigkeit, die konstant zur Schmierung in den Gelenkspalt abgegeben wird. Der CCD-Winkel („Caput-Collum-Diaphysen-Winkel“) beträgt im Normalfall 127° Am Trochanter.

major und minor, die am Ende des Schenkelhalses gelegen sind, setzen große Muskelgruppen an, die für die Beweglichkeit der Hüfte entscheidende Bedeutung haben.

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2.2 Indikationen zur Prothesenversorgung des Hüftgelenkes Der künstliche Ersatz des Hüftgelenks gehört mit zu den häufigsten operativen Eingriffen. Die Ursachen hierfür können vielfältig gelagert sein. Zu

den Hauptindikationen gehören hierbei:

2.2.1 Hüftgelenksarthrose Die Hüftgelenks- oder auch Coxarthrose ist eine der häufigsten Erkrankungen im Erwachsenenalter und wird als gemeinsame Endstrecke ätiologisch unterschiedlicher Erkrankungen mit degenerativen Veränderungen angesehen. Man trennt eine primäre – oft beidseitige – idiopathische Arthrose, von einer sekundären – meist einseitigen - Arthrose, die sich als Folge den Knorpel schädigender Einflüsse (nicht vollständig ausgeheilte Hüftgelenkserkrankungen oder anatomischen Varianten im Hüftkopf- oder Pfannenbereich) entwickelt.

Im Zentrum der Arthrose steht die Schädigung des Gelenkknorpels, der unter normalen Vorraussetzungen ein Leben lang seine Funktionsfähigkeit beibehält.





Fehlbelastung, Überbeanspruchung, mangelnde Bewegung, aber auch Verletzungen oder Knochenbrüche können die Gelenkform stören und somit zur Zerstörung des Gelenkknorpels führen. In diesem Falle kommt es durch das Ungleichgewicht zwischen der jeweiligen Belastungsfähigkeit des Gelenks und der tatsächlichen Belastung zur Ausprägung einer Arthrose. Die primäre Arthrose tritt häufig bei Patienten im höheren Alter – zwischen dem 50. und 60.

Lebensjahr – auf, während das Auftreten der sekundären Arthrose eng mit der Begleiterkrankung verknüpft ist.

Klinisch stellt sich die Coxarthrose zu Beginn oftmals als stumm dar, wobei auch die schleichend auftretende Bewegungseinschränkung von vielen Patienten nicht oder erst spät wahrgenommen wird. Später treten jedoch zunehmende Schmerzen bei Bewegungen im Hüftgelenk, wie auch beim Gehen auf. Es ist jedoch keine Seltenheit, dass schmerzarme und schmerzreiche Phasen im Laufe der Erkrankung wechseln. Die Schmerzsymptomatik der Coxarthrose ist sehr charakteristisch. Patienten beschreiben die Beschwerden oftmals als typischen Einlauf- wie auch Belastungsschmerz. Dies hat das sogenannte „Schonhinken“ zur Folge.

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Besonders unangenehm wird der Ruheschmerz des Spätstadiums empfunden, der die Nachtruhe des Patienten empfindlich stören kann.

2.2.2 Hüftdysplasie Die Hüftdysplasie ist die häufigste angeborene Skelettfehlentwicklung und beschreibt eine kombinierte Fehlanlage und Entwicklungsstörung des Hüftgelenks. Hierbei kommt es zu einer wechselseitigen Störung der Formungsprozesse der beiden Gelenkanteile, wodurch es im Laufe der ersten sechs Lebensmonate zu einer zunehmenden Verschiebung des Kopfes von der Pfanne kommt; die sonstige Zentrierung bleibt in diesem Falle aus. Durch den zunehmenden Druck auf den fehlbelasteten Pfannenteil wird dieser in seiner Ossifikation gestört. Dies kann zu einer steilen, abgeflachten und nach kranial ausgezogenen Hüftpfanne führen. Unbehandelt kann dies zu einer Luxation, Subluxation oder zur Ausbildung einer Sekundärpfanne führen. Am Ende der kindlichen Hüftgelenksentwicklung steht oftmals eine Fehlform beider Gelenkanteile, die für eine verminderte Belastbarkeit des Gelenks sorgen und auf Dauer zur Ausbildung einer Arthrose führen können.

Klinische Symptome treten postnatal oftmals nach Wochen und Monaten auf.

So kommt es zur Asymmetrie der Gesäßfalten, zu einer Abduktionsstörung und Verkürzung des betroffenen Beines. Die Bewegungsabläufe des Kindes sind durch Bewegungsarmut und vermehrte Außenrotation des betroffenen Beines eingeschränkt.

2.2.3 Hüftkopfnekrose Die Diagnose Hüftkopfnekrose stellt ungefähr 5% der Indikationen zur jährlichen Hüftgelenksrekonstruktionen in Australien und Kanada dar (Beaulé PE et al. 2004; Berend KR et al. 2003). Es ist eine Erkrankung, die durch Absterben eines Teils des knöchernen Oberschenkelknochenkopfes gekennzeichnet ist und zur dauerhaften Schädigung im Sinne einer sekundären Coxarthrose führen. Die Hüftkopfnekrose kommt überwiegend bei männlichen Patienten in der 2. bis 5. Lebensdekade vor (Mont MA et al. 1995).

Die Ätiologie ist oftmals idiopathisch, kann jedoch auch durch vielfältige Erkrankungen verursacht werden: Diabetes mellitus, Kortisonbehandlungen,

Einleitung

Gefäßverschlüsse oder auch Gefäßrupturen im Zuge einer Schenkelhalsfraktur können hierbei eine Rolle spielen. Ausgangspunkt der Erkrankung ist eine lokale Ischämie, wodurch es zu der Ausbildung eines nekrotischen Bezirks kommt. Dieser kann im Röntgenbild oftmals als ovaler oder dreieckiger Herd im oberen äußeren Quadranten des Hüftkopfs gesehen werden. Die Ausdehnung des Nekrosebereichs ist jedoch von Beginn der Durchblutungsstörung an limitiert und nimmt im Laufe der Erkrankung nicht zu. Allerdings kommt es durch die eher geringen reparativen Vorgänge im Laufe der Monate zur Demarkierung der Nekrosezone vom gesunden Knochen. Durch die weitere Belastung kommt es zum Sinterungsbruch des Knochens; dies führt oftmals zum ersten Auftreten klinischer Symptome.

2.2.4 Rheumatoide Arthritis Die rheumatoide Arthritis ist eine chronisch verlaufende, polyartikuläre, entzündliche Systemerkrankung. Ausgehend vom Synovialgewebe, den Sehnenscheiden und der Schleimbeutel führt sie durch Knorpel-, Sehnen- und Knochendestruktion zu schweren Behinderungen in den betroffenen Gelenken.

Die Ätiologie beruht hier vermutlich auf einem autoimmunologischen Prozess bei der humorale und zelluläre Reaktionen zusammenwirken. Patienten jedes Alters können hierbei erkranken, wobei Frauen im Alter zwischen 20 und 40 Jahren am häufigsten betroffen sind. Klinisch entwickelt sich die rheumatoide Arthritis schleichend oder in Schüben verlaufend. Für die endgültige Diagnose werden üblicherweise die Kriterien des „American College of Rheumatology“ herangezogen. So müssen die Symptome Morgensteifigkeit in mindestens einem Gelenk für mindestens eine Stunde, Gelenksentzündungen in mindestens drei verschiedenen Regionen, Entzündungen an Hand- oder Fingergelenken und beidseitiger Befall der selben Gelenke beider Körperhälften für mindestens sechs Wochen vorliegen. Weitere charakteristische Symptome der rheumatoiden Arthritis sind Rheumaknoten, Nachweis von Rheumafaktoren oder radiologisch nachweisbare Veränderungen der Gelenke.

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2.3 Prothesentypen bei degenerativen Hüfterkrankungen Jedes Jahr erhalten in Deutschland rund 197.000 Patienten ein künstliches Hüftgelenk. Bei der operativen Versorgung degenerativer Hüfterkrankungen haben sich zwei Möglichkeiten (Abb. 2) als

Standardtherapien durchgesetzt:

Abbildung 1: Prothesensysteme bei der Behandlung degenerativer Hüfterkrankungen. Der Oberflächenersatz (links) oder die Totalendoprothese (rechts).

2.3.1 Totalendoprothese (TEP) Der Einbau einer Totalendoprothese der Hüfte gehört zu den routinemäßig durchgeführten Operationen im Bereich der Orthopädie und Unfallchirurgie. Hierbei wird der Hüftkopf komplett entfernt und der Markraum des Femurs aufgefräst, um den Platz für die Implantation des Schaftes zu schaffen. Bei der Fixierung des Implantats bieten sich dem Operateur verschiedene Möglichkeiten; so werden zementierte Prothesenschäfte gerade bei älteren Patienten oder osteoporotisch vorgeschädigtem Knochen verwendet.

Zwar können bei der Hüft-TEP Revisionsoperationen infolge von Hüftkopfnekrosen oder Schenkelhalsfrakturen ausgeschlossen werden, jedoch kommt es bei diesem Prothesentyp oftmals durch Lockerungen des Implantats zum Ausfall der Prothese.

Einleitung

Das Implantat besteht aus einer halbkugelförmigen Hüftpfanne, die beckenseitig eingebaut wird. Diese wird heutzutage nur noch selten zementiert, da sich die Anwendung so genannter Pressfit-Pfannen oder in das Becken geschraubter Pfannen durchgesetzt haben. Zur weiteren Fixierung können auch noch Schrauben verwendet werden, die die Pfanne im Becken halten sollen.



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