Eine neue Methode zur Optimierung der Verbundfestigkeit zwischen Knochenzement und azetabulärem Knochen beim künstlichen Hüftgelenkersatz

Zusammenfassung

Studienziel: Bei zementierten Hüftendoprothesen lockert die Pfannenkomponente häufig früher als die Femurschaftkomponente. Dies ist vornehmlich bedingt durch die fehlende hydrolysestabile Ankopplung des hydrophoben Kochenzementes an die hydrophile Knochenoberfläche des Azetabulums. Ziel dieser Studie war es, ein mehrkomponentiges Schichtsystem (Knochenhaftvermittler) zu entwickeln, das durch amphiphile Eigenschaften dieses hydrolytische Interfacedebonding verhindert und zu einer Verbesserung der Verbundfestigkeit zwischen azetabulärem Knochen und Knochenzement führt. Methode: In einer ersten Testreihe wurde zur Bestimmung der Knochen-Knochenzement-Verbundfestigkeit ein standardisierter Dreipunkt-Biegetest durchgeführt. Dabei wurde einerseits durch Auslagerung der Prüfkörperpaare in physiologischer Kochsalzlösung die hydrolytische Wasserbelastung als auch andererseits eine Kontamination der Prüfoberfläche durch Blutbeschmierung simuliert. In einer zweiten, der In-situ-Situation angenäherten Testreihe wurden PE-Pfannen in Schafazetabuli einzementiert und nachfolgend die Verbundfestigkeit des Knochenzement-Knochen-Interface im Ausdrehversuch bestimmt. Dabei wurde der Einfluss unterschiedlicher Präparationstechniken der Hüftpfanne (Sklerosezone erhalten vs. freigelegt, mit vs. ohne Pfannendachbohrungen) im direkten Seitenvergleich unter gleichzeitiger Aufbringung des Haftvermittlers untersucht. Ergebnisse: Im Dreipunkt-Biegetest konnte mit dem Haftvermittlersystem eine 50- bis 100fach erhöhte Verbundfestigkeit zwischen Knochen und Knochenzement nachgewiesen werden. Bei den Pfannenausdrehversuchen ergaben sich bei den mit Beschichtungssystem konditionierten Azetabuli durchschnittlich auf das 1,8fache gesteigerte Verbundfestigkeiten. Schlussfolgerung: Die Konditionierung des knöchernen Verankerungslagers von zementierten Polyethylenpfannen mit dem entwickelten Haftvermittler erhöht signifikant die Haftfestigkeit im Interface. Mit dem Haftvermittler kann im Gegensatz zur Zementiertechnik mit Freilegung der azetabulären Spongiosa die subchondrale Sklerosezone als biologisch tragfähiger Knochen im Azetabulum erhalten werden, was hinsichtlich der möglichen Knochendefektbildung im Rahmen von Lockerungsprozessen von größter Wertigkeit ist.

Abstract

Aim: In cemented total hip arthroplasty cup loosening occurs earlier than stem loosening in most of the cases. This is mainly caused by the lack of stabile adhesion between the hydrophobic bone cement and the hydrophilic bone surface of the acetabulum. The aim of this study was to develop a multilayer amphiphilic bonding system which prevents the hydrolytic debonding at the bone cement-bone interface, thus optimizing the compound stability. Method: In a first series of tests a standardized three-point-bending test was performed to determine the compound stability of the bone cement-bone interface. The bony test specimens were immersed into physiologic NaCl solution to simulate the hydrolytic in situ conditions and contaminated with blood to simulate the intraoperative bleeding of prepared acetabular bone surfaces. In a second series of tests polyethylene cups were implanted into the acetabular cavity of sheep using the current cementing technique. Acetabular bone stock was prepared differently (subchondral sclerotic zone preserved vs. removed, additonal drillings into the acetabular roof, with vs. without the multilayer bonding system) in intraindividular comparision of both acetabular sides. To ascertain the bone cement-bone stability a torsional-turn out test was performed on an universal testing machine. Results: In the three-point-bending tests the compound stability between bone cement and bone was 50- to 100-times higher with the use of the multilayer system. In the torsional-turn out tests the compound stability showed in mean a 1.8-fold increase of the interface strength in case of preconditioned acetabular cavities with the multilayer bonding system. Conclusion: The developed multilayer bonding system optimizes the interface strength between acetabular bone stock and bone cement significantly for cemented cups in total hip arthroplasty. In contrast to cementing techiques with complete removal of the subchondral sclerotic zone (in order to optimize microinterlocking) the biologically effective and load bearing acetabular bone stock can be preserved using the newly developed multilayer bonding system. This aspect might be highly important especially with regard to possible acetabular bone defects caused by the process of aseptic cup loosening.

Schlüsselwörter

Hüftendoprothetik - Knochenzement - zementierte Pfannenverankerung - Haftvermittler

Key words

Total hip arthroplasty - bone cement - cemented cups - multilayer bonding system

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