20-Jahres-Ergebnisse der Verbundfestigkeit einer aufgesinterten 3-D-Titannetzbeschichtung von 31 Hüftpfannen

Zusammenfassung

Hintergrund Ziel dieser Arbeit war die Darstellung der knöchernen Verbundfestigkeit und Belastbarkeit einer in der Sinterungstechnik hergestellten 3-dimensionalen Titannetzbeschichtung einer künstlichen Hüftpfanne. Unter den Extrembedingungen von abriebbedingten Osteolysen bis hin zu Pfannenperforationen wurden der Grad des verbleibenden Knochens und die Unversehrtheit der Beschichtung bestimmt. Die Untersuchung sollte Aufschluss darüber geben, in welchen Schadensstadien nach Paprosky ein Belassen des Implantates mit alleinigem Wechsel des Inlays aus rein materialtechnischer Sicht einer stabilen Beschichtung noch vertretbar war.

Material und Methoden In einer retrospektiven Studie wurden 31 aseptisch gelockerte Hüftgelenkspfannen des Typs Harris-Galante II mit einer durchschnittlichen Standzeit von 19,7 Jahren (11–27 Jahre) untersucht. Der periazetabuläre Knochenverlust wurde bei der Revisionsoperation in einer modifizierten Schadensklassifikation nach Paprosky (PAP) erfasst. Die an der Beschichtung verbleibenden Knochenareale, die knochenfreien Zonen und die beschädigten Areale des Titannetzes wurden mittels digitaler Flächenmessung bestimmt. Vollhemisphärische Schnitte von 4 Hüftgelenkspfannen mit einer Standzeit von 16, 20, 22 und 27 Jahren wurden mit der Diamantschlifftechnik histopathologisch untersucht.

Ergebnisse Der periazetabuläre Knochenverlust führte in 8 Fällen zur Schadensklassifikation PAP I, in 7 Fällen zu PAP IIa, in 2 Fällen zu PAP IIb, in 9 Fällen zu PAP IIc, in 3 Fällen zu PAP IIIa und in 2 Fällen zu PAP IIIb. Der durchschnittliche Anteil des Knochens, der nach der Explantation noch fest an der Beschichtung haftete, betrug. In den Paprosky-I-Schadensfällen 40%, in den Stadien Paprosky IIa und IIb insgesamt 17,9%. Der durchschnittliche Anteil des Knochens der in den Stadien IIc, IIIa und IIIb nicht mehr im Wirtslager verankerten Implantate betrug 2,21%. Der Beschichtungsschaden des Titandrahtgeflechtes betrug im Durchschnitt 11% (0–100%) und war ausschließlich den instabilen Implantaten der Stadien IIc, IIIa und IIIb zuzuordnen. Die histopathologischen Befunde zeigten einen bis zu 27 Jahre nachweisbaren adaptiven Knochenumbau durch das Titannetz hindurch bis tief an die Grenzfläche zum soliden Pfannenkern hin. Die Titaneinzeldrähte waren meist von lamellärem Knochen umwachsen.

Schlussfolgerung Die Ergebnisse zeigen, dass die Verbindung der Pfannenkernschale aus Tivanium und der bisher ältesten und unverändert im Sinterungsverfahren hergestellten Beschichtung in Form eines im Punkt- und Linienkontakt aufgesinterten 3-dimensionalen Netzes aus Reintitandrähten auch unter den Extrembelastungen der periazetabulären Osteolysen belastungsstabil bleibt. Die noch knöchern angebundenen Zonen der Beschichtung sind zwangsläufig einer Mehrbelastung ausgesetzt, da sich die Kraftübertragung nur noch auf diese Restareale verlagert. Da in den periazetabulären Schadensstadien Paprosky I, IIa und IIb trotz einer erheblichen Verkleinerung der Anbindungsfläche keine Beschichtungsschäden in den noch knöchern angebundenen Arealen auftraten, ist die Belassung des Implantates in situ und seine Weiterverwendung mit alleinigem Austausch des Inlays in diesen Schadensstadien aus rein materialtechnischer Sicht vertretbar.

Schlüsselwörter

Titandrahtnetzbeschichtung - Schichthaftung - künstliche Hüftpfanne

Publication History

Received: 13 July 2022

Accepted after revision: 21 December 2022

Article published online:
12 April 2023

• Literatur

• 1 Harvey EJ, Bobyn JD, Tanzer M. et al. Effect of flexibility of the femoral stem on bone-remodeling and fixation of the stem in a canine total hip arthroplasty model without cement. J Bone Joint Surg Am 1999; 81: 93-107
• 2 Sumner DR, Galante JO. Determinants of stress shielding: design versus materials versus interface. Clin Orthop Relat Res 1992; (274) 202-212
• 3 Behrens BA, Helms G, Pösse O. et al. FE-Simulation zur Lokalisierung hoch beanspruchter Bereiche in der Hüftpfanne von Endoprothesen. Biomed Tech (Berl) 2006; 51: 367-370
• 4 Galante J, Rostoker W, Lueck R. et al. Sintered fiber metal composites as a basis for attachment of implants to bone. J Bone Joint Surg Am 1971; 53: 101-114
• 5 Ryan G, Pandit A, Apatsidis DP. Fabrication methods of porous metals for use in orthopaedic applications. Biomaterials 2006; 27: 2651-2670
• 6 Long M, Rack HJ. Titanium alloys in total joint replacement – a materials science perspective. Biomaterials 1998; 19: 1621-1639
• 7 Gonzalez JEG, Mirza-Rosca JC. Study of the corrosion behavior of titanium and some of its alloys for biomedical and dental implant applications. J Electroanal Chem 1999; 471: 109-115
• 8 Peters J, Hemptenmacher J, Kumpfert J, Leyens C. Titan und Titanlegierungen: Struktur, Gefüge, Eigenschaften. Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt, Köln. In: Peters M, Leyens C, Kumpfert J. Titan und seine Legierungen. Oberursel: DGM-Verlag; 1996
• 9 Peters M, Leyens C. Titan und Titanlegierungen. Weinheim: Wiley-VCH; 2002
• 10 Panigrahi BB, Godkhindi MM, Das K. et al. Sintering kinetics of micrometric titanium powder. Mater Sci Engin A 2005; 396: 255-262
• 11 Kitaoka K, Yamamoto H, Tani T. et al. Mechanical strength and bone bonding of a titanium fiber mesh block for intervertebral fusion. J Orthop Sci 1997; 2: 106-113
• 12 Niles JL, Coletti jr JM, Wilson C. Biomedical Evaluation of Bone-Porous Material Interfaces. J Biomed Mater Res 1973; 7: 231-251
• 13 Sheth NP, Nelson CL, Springer BD. et al. Acetabular bone loss in revision total hip arthroplasty: evaluation and management. J Am Acad Orthop Surg 2013; 21: 128-139
• 14 Donath K. Die Trenn-Dünnschliff-Technik zur Herstellung histologischer Präparate von nicht schneidbaren Geweben und Materialien. Präparator 1988; 34: 197-206
• 15 Hahn M, Vogel M, Delling G. Undecalcified preparation of bone tissue: report of technical experience and development of new methods. Virchows Arch A Pathol Anat Histopathol 1991; 418: 1-7
• 16 Young GH, Abdel MP, Amendola RL. et al. Cementing Constrained Liners Into Secure Cementless Shells: A Minimum 15-Year Follow-Up-Study. J Arthroplasty 2017; 32: 3480-3483
• 17 Haft GF, Heiner AL, Dorr LD. et al. A biomechanical analysis of polyethylene liner cementation into a fixed metal acetabular shell. J Bone Joint Surg Am 2003; 85: 1100-1110
• 18 Haidukewych GJ. Osteolysis in the well-fixed socket: cup retention or revision?. J Bone Joint Surg Br 2012; 94(11 Suppl. A): S65-S69
• 19 Petis SM, Kubista B, Hartzler RU. et al. Polyethylene liner and femoral head exchange in total hip arthroplasty. Factors associated with success and failure. J Bone Joint Surg Am 2019; 101: 421-428
• 20 Clohisy JC, Harris WH. The Harris-Galante porous-coated acetabular component with screw fixation. An average ten-year follow-up study. J Bone Joint Surg Am 1999; 81: 66-73
• 21 Callaghan JJ, Savory CG, O’Rourke MR. et al. Are all cementless acetabular components created equal?. J Arthroplasty 2004; 19 (Suppl. 01) S95-S98
• 22 Della Valle CJ, Berger RA, Shott S. et al. Primary total hip arthroplasty with a porous-coated acetabular component. J Bone Joint Surg Am 2004; 86: 1217-1222
• 23 Lachiewicz PF, Soileau ES. Second-generation modular acetabular components provide fixation at 10 to 16 years. Clin Orthop Relat Res 2012; 470: 366-372
• 24 Urban RM, Hall DJ, Della Valle C. et al. Successful long-term fixation and progression of osteolysis associated with first-generation cementless acetabular components retrieved post mortem. J Bone Joint Surg Am 2012; 94: 1877-1885
• 25 Matsushita I, Morita Y, Ito Y. et al. Long-term clinical and radiographic results of cementless total hip arthroplasty for patients with rheumatoid arthritis: minimal 10-year follow-up. Mod Rheumatol 2014; 24: 281-284
• 26 Petersen MB, Poulsen IH, Thomsen J. et al. The hemispherical Harris-Galante acetabular cup, inserted without cement. The results of an eight to eleven-year follow-up of one hundred and sixty-eight hips. J Bone Joint Surg Am 1999; 81: 219-224
• 27 Valle AG, Zoppi A, Peterson MG. et al. Clinical and radiographic results associated with a modern, cementless modular cup design in total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Am 2004; 86: 1998-2004
• 28 Curry HG, Lynskey TG, Frampton CM. Harris-Galante II acetabular cup: a survival analysis. J Orthop Surg (Hong Kong) 2008; 16: 201-205
• 29 Klika AK, Murray TG, Darwiche H. et al. Options for acetabular fixation surfaces. J Long Term Eff Med Implants 2007; 17: 187-192
• 30 Mayman DJ, González Della Valle A, Lambert E. et al. Late fiber metal shedding of the first and second-generation Harris Galante acetabular component. A report of 5 cases. Arthroplasty 2007; 22: 624-629
• 31 Pidhorz LE, Urban RM, Jacobs JJ. et al. A quantitative study of bone and soft tissues in cementless porous-coated acetabular components retrieved at autopsy. J Arthroplasty 1993; 8: 213-225