Antibiotische Imprägnation von Knorpelimplantaten: Diffusionskinetik von Fluorchinolonen

Zusammenfassung

Hintergrund: Zur Prophylaxe einer bakteriellen Infektion von Knorpelimplantaten bietet sich eine antibiotische Imprägnation an. Fluorchinolone erscheinen dafür geeignet aufgrund der guten Gewebepenetration, ihres Wirkspektrums und ihres bakteriziden Effektes. Die Frage der geeigneten Imprägnationsdauer und Antibiotikumkonzentration wurde bisher nicht untersucht. Methode: Die Diffusionskinetik der Fluorchinolone Ofloxacin und Ciprofloxacin in nativem und getrocknetem menschlichen Rippenknorpel wurde mit Hilfe der high performance liquid chromatography (HPLC) bestimmt. Dazu wurde frischer Knorpel 2 min, 15 min und 90 min in Fluorchinolon-Lösung (2 mg/ml) inkubiert. Getrockneter Knorpel wurde in unterschiedlich konzentrierten Fluorchinolon-Lösungen (2 mg/ml, 0,2 mg/ml und 0,02 mg/ml) 18 h rehydriert. Die Gewebekonzentration wurde in Abhängigkeit von der Eindringtiefe und Imprägnationsdauer bestimmt und mit der minimalen Hemmkonzentration (MHK₉₀) für Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus und Streptococcus pyogenes verglichen. Ergebnisse: Fluorchinolone dringen durch freie Diffusion in Knorpelgewebe ein. Eine nennenswerte Bindung an Knorpelbestandteile wurde nicht beobachtet. Nach 2 und 15 min Einwirkzeit sinkt die Konzentration in nativem Knorpel in 1,0 mm Tiefe unter die minimale Hemmkonzentration (MHK₉₀) für Pseudomonas-Spezies. Nach 90 min Einwirkzeit wird bis 1,5 mm unter der Implantatoberfläche eine Konzentration oberhalb der MHK₉₀ erreicht. Nach Rehydrieren von getrocknetem Knorpel wurde bei Verwendung von 1/10 verdünnter Infusionslösung im Kern des Rippensegments eine Konzentration oberhalb der MHK₉₀ gefunden. Klinisch relevante Unterschiede zwischen den beiden Fluorchinolonen fanden sich nicht. Schlußfolgerung: Ein Infektionsschutz für native Knorpelimplantate, der zeitlich deutlich über die Imprägnationsdauer hinausgeht, erscheint unwahrscheinlich. Der Reservoir-Charakter von rehydrierten Implantaten läßt dagegen einen über mehrere Stunden anhaltenden Infektionsschutz erwarten.

Background: Antibiotic impregnation of cartilage implants may reduce the risk of bacterial infection and subsequent absorption. The aim of this study was to investigate the penetration kinetics of two quinolone antibiotics into fresh cartilage and the concentrations in the core of lyophilized cartilage after rehydration. Methods: Fresh human costal cartilage was impregnated with ofloxacin and ciprofloxacin (2 mg/ml) for 2, 15 and 90 min. Concentrations were measured in 6 levels (0.5 mm each) from the surface to 3 mm beneath the surface with high performance liquid chromatography (HPLC). Lyophilized human costal cartilage was rehydrated in ofloxacine and ciprofloxacine solutions (2 mg/ml, 0.2 mg/ml and 0.02 mg/ml) for 18 hours and concentrations in the core of the rib segment were measured. Results: Quinolone antibiotics penetrate into cartilage by free diffusion. We found no evidence of significant binding to cartilage. After 2 and 15 min of impregnation, concentrations above the minimal inhibitory concentration (MIC₉₀) for pseudomonas species are found from 0 - 0.5 mm below the surface of fresh cartilage. After 90 min concentrations above the MIC₉₀ were found 1.0 - 1.5 mm below surface of the implant. In lyophilized rib grafts which were rehydrated in 1/10 diluted intravenous solutions (0.2 mg/ml), concentrations in the core of the specimen were above MIC₉₀. Differences between the penetration characteristics of ofloxacine and ciprofloxacine were minor. Conclusion: Intraoperative impregnation of cartilage implants with ofloxacin or ciprofloxacin probably offers only short-term protection against bacterial infection. Rehydrated rib grafts, however, contain high quinolone concentrations which may be effective even in infected implant beds for several hours.

Schlüsselwörter:

Knorpeltransplantation - Infektion - Prophylaxe - Fluorchinolone - Imprägnation - Diffusionskinetik

Key words:

Cartilage graft - Infection - Prophylactic - Antibiotic - Quinolone - Impregnation - Diffusion kinetics

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