CeraNews Das Magazin für Orthopäden

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1 CeraNews Das Magazin für Orthopäden Ausgabe 2/2013 Ceramics in Orthopaedics Gastkommentar von Prof. Dr. Javad Parvizi 2 Das 3-Säulen-Konzept des Vreden-Instituts Interview mit Prof. Dr. Raschid M. Tichilow 2 Im Fokus Periprothetische Gewebereaktionen bei Gleitpaarungen und Korrosion/Fretting bei modularen Metallkonus-Verbindungen 6 Endoprothesen-Pathologie Neue Wege in der Bewertung der Implantat-Gewebe-Interaktion von Prof. Dr. Peter Thomas, Dr. Burkhard Summer 10 Endoprothesen-Pathologie Histopathologische Partikelidentifikation (Partikelalgorithmus nach Krenn) von Prof. Dr. Veit Krenn et al. 12 Prof. Dr. Raschid M. Tichilow Fortbildung Fretting und Korrosion ein Problem beim BIOLOX OPTION-System? von Prof. Dr. Robert Streicher et al. 18 Studie Besteht bei übergewichtigen Patienten ein erhöhtes Frakturrisiko für keramische Komponenten in der HTEP? von Prof. Dr. Michael M. Morlock et al. 20 News und Themen aus Wissenschaft, Forschung und Medizintechnik 24

2 Gastkommentar Interview Das 3-Säulen-Konzept des Vreden-Instituts Liebe Kollegen, Prof. Dr. Javad Parvizi Prof. Dr. Javad Parvizi ist Vice Chairman of Research und Director of Joint Research am Rothman Institute in Philadelphia, USA. mit steigenden Implantationszahlen beim künstlichem Gelenkersatz, dessen Erfolge unbestritten sind, wächst auch die Zahl der Komplikationen, von denen unsere Patienten betroffen sein können. Komplikationen stellen nicht nur eine enorme Belastung für unsere Patienten, sondern auch für unser Gesundheitssystem dar. Ihre Behandlung muss effektiv und lösungsorientiert sein. Unsere Verantwortung liegt in einer guten Zusammenarbeit, um strukturierte Methoden zur Vermittlung von fundiertem Fachwissen zu erarbeiten und vielversprechende Innovationen weltweit einzuführen. Die Teilnahme von Prof. Tichilow am Konsensustreffen zur Infektionsbehandlung, das kürzlich in Philadelphia stattfand, war ein hervorragendes Beispiel für eine solche Zusammenarbeit. Eine wertvolle Hilfe für uns ist auch die Zusammenarbeit mit Kollegen aus anderen Fachgebieten. Der Aller gologe Prof. Thomas regt eine erweiterte Herangehensweise zur Beurteilung der Implantat-Gewebe-Interaktion an. Vom Pathologen Prof. Krenn erhalten wir praxisorientierte Richtlinien zur Einordnung möglicher Versagensmechanismen beim Gelenkersatz mit Blick auf besondere Gewebsreaktionsmuster und die potenzielle Rolle von Partikeln. Sein Partikelalgorithmus ist ein wertvolles Hilfsmittel, um Implantat- und Gewebereaktionen besser verstehen und interpretieren zu können. Außerdem müssen wir uns klinischen Herausforderungen wie der Implantatlockerung, der Behandlung übergewichtiger Patienten, Infektionen und der Metall ionenbelastung bei modularen Implantatssystemen stellen. So liefern etwa neueste Forschungsergebnisse, wie etwa eine Studie der Drexel University in Philadelphia, überzeugende Argumente für den Einsatz keramischer Komponenten, um eine Ionenfreisetzung im Zusammenhang mit modularen Implantatsystemen zu minimieren. Eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit ist der Schlüssel zur Erlangung eines vertieften, fundierten Fachwissens und unabdingbar für ein erfolgreiches Management von Komplikationen. Unser Ziel ist, Operateure auf der ganzen Welt darin zu unterstützen, verbesserte Methoden zur Behandlung von Komplikationen beim Gelenkersatz einzusetzen und die Versorgungsqualität weiter zu verbessern. Ein Interview mit Prof. Dr. Raschid M. Tichilow Prof. Dr. Raschid M. Tichilow ist geschäftsführender Direktor der Russischen Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie. CeraNews sprach mit ihm über die Situation der Endoprothetik in seinem Land, die Zusammenarbeit mit anderen nationalen orthopädischen Fachgesellschaften sowie über die Vreden schen Lesungen, eine angesehene Fachtagung, die sein Institut seit 2008 jährlich veranstaltet. Prof. Tichilow, was bedeutet es für Sie, in der Tradition von Roman Romanowitsch Vreden zu stehen, dessen Namen Ihr Institut trägt? In der Tat können wir uns auf eine große Tradition stützen, von der Patienten, Forschung und Lehre profitieren. R.R. Vreden wurde 1906 zum ersten Direktor des Institutes ernannt. Ich muss jedoch hinzufügen, dass die Idee für die Gründung des Institutes nicht von ihm stammte. Die Voraussetzungen für den Bau der Einrichtung wurden bereits 1901 geschaffen, als der damalige Hofarzt von Zarin Alexandra Fjodorowna, Karl Christian Horn ( ), von ihr den Auftrag erhielt, eine beispielhafte moderne orthopädische Einrichtung zu schaffen. Der Bau des Institutes dauerte von 1902 bis Horn starb 1905, kurz vor der Fertigstellung des zukunftsweisenden Projektes. Daraufhin wurde R.R. Vreden, der einen hervorragenden Ruf als Militärarzt und Wissenschaftler genoss, die Leitung der Einrichtung übertragen. Er legte den Schwerpunkt auf die Entwicklung chirurgischer Methoden zur Behandlung orthopädischer Deformationen. Das hatte einen entscheidenden Einfluss auf die konzeptionelle Entwicklung des Institutes. Das Vreden- Institut war Anfang des 20. Jahrhunderts die erste Einrichtung in Russland, die auf breiter Basis orthopädische Operationen durchführte, und zählt heute zu einer der modernsten Kliniken ihrer Art in der Welt. Welchen Herausforderungen in der Orthopädie, speziell in der Endoprothetik, muss sich das Vreden- Institut heute stellen? Heute betrachten wir es gleichermaßen als Aufgabe und Herausforderung, die Vreden sche Tradition auf mehreren Gebieten der Orthopädie fortzuführen. So evaluieren wir die Ergebnisse unserer Tätigkeit, um das bereits hervorragende Niveau der Operationstechnik in der Endoprothetik weiter zu steigern und eine hohe Ergebnisqualität sicher zu stellen. Nach 2 CeraNews 2 / 2013

3 Das Forschungsinstitut für Trauma tologie und Orthopädie R.R. Vreden in St. Petersburg Prof. Dr. Raschid M. Tichilow ist geschäftsführender Direktor der Russischen Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie sowie Ehrenmitglied mehrerer nationaler Fachgesellschaften für Orthopädie und Traumatologie. Er wurde 1988 zum Leiter der Abteilung für Orthopädie und Traumatologie der traditionsreichen Klinik der Militär-Medizinischen Akademie S. M. Kirov in St. Petersburg berufen und setzte dort seine Lehrtätigkeit und Forschung fort. Seit 2003 ist Prof. Dr. Tichilow als Direktor des Forschungsinstitutes für Traumatologie und Orthopädie R.R. Vreden in St. Petersburg tätig. In dieser Funktion ist er für die medizinische, wissenschaftliche und betriebswirtschaftliche Entwicklung des Institutes verantwortlich. Prof. Dr. Tichilow hat sich auf die Hüft- und Kniegelenkchirurgie spezialisiert und führt jährlich rund 500 Operationen durch. Schwerpunkte seiner wissenschaftlichen Tätigkeit sind die Grundlagenforschung und epidemiologische Studien auf dem Gebiet der Gelenkpathologie, der Endoprothetik und der rekonstruktiven Gelenkchirurgie. Er ist Chefredakteur der vom Vreden-Institut herausgegebenen Fachzeitschrift Orthopädie und Traumatologie Russlands und Mitglied des Editorial Boards weiterer russischer Fachzeitschriften. Seit 2008 findet unter seiner Leitung jährlich die Konferenz Vreden sche Lesungen (Vreden s Readings) statt, die den wissenschaftlichen und praktischen Erfahrungsaustausch fördert und ein hohes Ansehen bei den Orthopäden Russlands und des Auslands genießt. Als einer der führenden Orthopäden Russlands ist Prof. Tichilow ein kompetenter Ansprechpartner für das Gesundheitsministerium. Kontakt: Russisches Wissenschaftliches Forschungs institut für Traumatologie und Orthopädie R.R. Vreden Akademiemitglied-Baikov-Str St. Petersburg, Russland Telefon: 007 (812) Telefax: 007 (812) info@rniito.org Website Vreden sche Lesungen : unserer Auffassung besteht eine Hauptaufgabe unseres Institutes darin, chirurgische Methoden und orthopädische Implantate zu bewerten, die von uns, den Kollegen und der Industrie weltweit entwickelt wurden. Mit diesem Ziel initiieren wir klinische Studien zur Ermittlung von Kurz- und Langzeitergebnissen verschiedener Behandlungsmethoden bei Trauma und Erkrankungen des Bewegungs- und Stützapparates. Wir führen in unserem Institut nicht nur Gelenkersatzoperationen durch. In Fortführung der bewährten Tradition beherrschen unsere Spezialisten in gleichem Maße die Kunst der komplexen gelenkerhaltenden Operationen. Unser besonderes Augenmerk gilt der Aus- und Weiterbildung von Spezialisten, ohne die eine hohe Ergebnisqualität nicht erreicht werden kann. Denn die rasante Entwicklung der Endoprothetik in Russland, die ein jährliches Wachstum von durchschnittlich % aufweist, in einigen Regionen sogar % verzeichnet, muss mit der Sicherung des Ausbildungsstands der hierfür benötigten Experten einhergehen. Deshalb ist es unser erklärtes Ziel, die Kollegen sowohl mit den geltenden Maßstäben der Ausbildung unseres Instituts als auch mit den Erfahrungen der Kollegen aus den europäischen Ländern vertraut zu machen. Was wurde bisher erreicht? Heutzutage werden in unserem Institut die modernsten Methoden in der traumatologischen Versorgung und der Behandlung von Erkrankungen des Bewegungs- und Stützapparates angewandt. Wir verfolgen aufmerksam die Entwicklung von Methoden, mit denen die besten Ergebnisse für die Patienten zu erzielen sind, und führen sie dann bei uns ein. Wie bereits erwähnt, nimmt die konsequente Fortbildung und Schulung orthopädischer Chirurgen einen bedeutenden Platz innerhalb unserer Tätigkeit ein. Mehr als 400 Ärzte aus allen Teilen Russlands und dem Ausland erhalten hier jedes Jahr die Möglichkeit, eine Ausbildung im Rahmen von Kursen oder nach individuellem Programm zu absolvieren. Je nach Aufgabenstellung haben die Ärzte die Möglichkeit, sich in Zeiträumen von einigen Tagen bis zu 8 Wochen in unserem Institut weiterzubilden. Wir sind der Überzeugung, dass ohne theoretische und praktische Anleitung, ohne konsequentes Training und intensiven Erfah- CeraNews 2 /

4 Interview (Fortsetzung) Endoprothetik in Russland rungsaustausch die Ergebnisqualität leidet. Das Leistungsspektrum unseres Institutes umfasst auch die Hüft-, Knie- und Revisionsendoprothetik. Unsere Chirurgen führen neben komplexen Primäroperationen auch Wechseloperationen durch. Revisionsfälle werden uns aus allen Teilen des Landes zugewiesen. Infolge des landesweiten Anstiegs der Anzahl von Primäreingriffen nimmt auch die Anzahl der Revisionen zu, die derzeit bereits mehr als 18 % aller Operationen in unserem Institut ausmachen. Wie gestalten sich der wissenschaftliche Austausch und die Zusammenarbeit mit internationalen orthopädischen Fachgesellschaften? Die Zusammenarbeit ist für uns in mehrerer Hinsicht noch nicht ganz einfach. Zum einen liegt das an der Sprachbarriere, zum anderen konnten wir uns historisch bedingt nicht in das System der übergreifenden Zusammenarbeit der nationalen Fachgesellschaften integrieren, welches über Jahrzehnte gewachsen ist. Dennoch gibt es bereits erste Resultate einer erfolgreichen internationalen Kooperation. Im Rahmen der Nachverfolgung eines Implantates sind wir an einer Langzeit-Multicenterstudie führender Endoprothesenhersteller beteiligt. Der Erfahrungsaustausch auf internationalen Kongressen ist ein fester Bestandteil unserer Arbeit geworden. Dabei haben wir festgestellt, dass die von uns durchgeführten operativen Eingriffe bei Experten aus dem Ausland auf eine große Resonanz stoßen. Wir forcieren die aktive Zusammenarbeit Nach Angaben der Gesundheitsbehörden in Russland leiden etwa 2,2 % der ca. 143 Millionen Einwohner an Osteoarthritis. Die Anzahl endoprothetischer Eingriffe wird auf jährlich geschätzt, wobei im Jahr 2012 etwa Hüft- und Knieendoprothesen eingesetzt wurden. Junge und aktive Patienten werden zunehmend mit den Gleitpaarungen Keramik/ XPE und Keramik/Keramik versorgt. Die Metall/Metall-Gleitpaarung wurde kaum verwendet. Die Versorgung der Patienten erfolgt größtenteils in großen orthopädischen Zentren, die immer häufiger auch die Rehabilitation übernehmen. Das Vreden-Institut Das Institut für Traumatologie und Orthopädie R.R. Vreden ist ein modernes orthopädisches Zentrum, das unter direkter Verwaltung des russischen Ministeriums für Gesundheitswesen steht. Die medizinische Kompetenz des 1906 gegründeten Vreden-Instituts stützt sich auf eine reiche Tradition. Mit 22 Fachabteilungen und 830 Betten ist es heute eines der größten orthopädischen Zentren Russlands. Von Patienten wurden 2012 nahezu operativ versorgt, wobei etwa Hüft- und Knieendoprothesen eingesetzt wurden. Mehr als 400 Ärzte aus Russland und dem Ausland werden jährlich im Vreden-Institut weitergebildet. Die Verbindung von Forschung, Lehre und Gesundheitsversorgung auf höchstem Niveau ist das Markenzeichen des Vreden-Instituts. mit internationalen Fachverbänden wie EFORT und SICOT. Mittlerweile begrüßen wir viele ausländische Ärzte als Referenten und Instruktoren auf unseren Veranstaltungen. Auch auf nationaler Ebene findet zunehmend ein engerer kollegialer Austausch statt. Er wird auch dadurch gefördert, dass bereits mehr als die Hälfte der russischen Orthopäden Mitglied der 2010 neu gegründeten orthopädischen Fachgesellschaft sind. Wie hat sich die Endoprothetik in Russland entwickelt, und was erwarten Sie für die Zukunft? Dank eines speziellen Regierungsprogramms, das auf die Verbesserung der Patientenversorgung mit High-Tech-Medizin abzielt, entwickelte sich die Endoprothetik in Russland in den letzten 6 bis 8 Jahren äußerst dynamisch. Die Fakten sprechen für sich. Beispielsweise wurden mehrere große orthopädische Zentren auf höchstem Niveau neu gebaut, bestehende Kliniken modernisiert und mit modernster Technologie ausgestattet. Das ermöglichte einen starken Anstieg der Anzahl der Operationen. Die Kosten für die operative Versorgung der Patienten werden vom Staat getragen. Mehr als Endoprothesen wurden 2012 in Russland eingesetzt. Im Vreden-Institut wurden im selben Jahr rund Patienten behandelt, davon etwa Patienten operativ. Bei mehr als Patienten haben wir endoprothetische Eingriffe an Hüft- und Kniegelenken vorgenommen. Inzwischen kommen auch zunehmend Patienten mit hochkomplexen Pathologien zu uns. Die Vreden sche dreigeteilte Aufgabenstellung Ausbildung, Therapie, Ergebnisanalyse bildet dabei nach wie vor die Grundlage für die Qualifizierung der Ärzte. Welche Rolle spielen die anderen großen Zentren der orthopädischen Versorgung in Russland? Die großen orthopädischen Zentren nehmen seit Jahren nicht nur eine besondere therapeutische, sondern auch eine methodische Aufgabe wahr. Auf hohem fachlichen Niveau arbeiten landesweit bekannte orthopädische Institute, wie das ZITO in Moskau, das Nationale Chirurgische Zentrum N. I. Pirogov, ebenfalls in der Hauptstadt, die Institute in Saratow und Nischni-Nowgorod, das Ural-Institut in Jekaterinburg, das Nowosibirsker Institut für Traumatologie und Orthopädie und das Ilisarov-Institut in Kurgan. Jedes Zentrum hat sich spezialisiert, ohne dabei jedoch die Versorgung der Bevölkerung mit einem breiten Spektrum der traumatologischorthopädischen Behandlung zu vernachlässigen. So ist das Zentralinstitut für Traumatologie (ZITO) traditionell stark in der Arthroskopie und bei der Behandlung von ossären Pathologien. Das Institut in Nischni-Nowgorod ist seit langem auf die Handchirurgie ausgerichtet, während das Institut in Nowosibirsk große Erfahrungen in der Wirbelsäulenchirur- 4 CeraNews 2 / 2013

5 gie hat. Das Ilisarov-Zentrum konzentriert sich zwar auf die Weiterentwicklung der Ilisarov-Methode, richtet seine Aufmerksamkeit in den letzten Jahren jedoch vermehrt auf die rekonstruktive Wirbelsäulen- und Gelenkchirurgie sowie die Endoprothetik. Im Vreden-Institut sind zwar auch alle bedeutenden Fachrichtungen vertreten, über besonders viel Erfahrung verfügen wir aber auf dem Gebiet der komplexen rekonstruktiven Chirurgie großer Gelenke. Die neu erbauten Zentren in Tscheboksary, Barnaul und Smolensk verfolgen gleichfalls eine ähnliche Entwicklung. In jedem dieser Zentren werden mehrere tausend Eingriffe jährlich durchgeführt. Prof. Tichilow, wie erfolgt die Patientenaufnahme in einem der großen Zentren? Nach der Erstellung der Diagnose durch einen Spezialisten und bei positiver Entscheidung der örtlichen medizinischen Auswahlkommission werden die Dokumente der regionalen Gesundheitsbehörde zugesandt. Diese leitet sie an ein zuständiges orthopädisches Zentrum weiter. Dort wird der Behandlungsplan erstellt. Das Prozedere erfolgt relativ zügig. In den meisten Regionen Russlands gibt es keine längeren Wartezeiten. Auf Grund des hohen Anteils älterer Patienten ist die Situation in der Millionen-Metropole St. Petersburg etwas anders, wobei auch nur etwa ein Drittel der Patienten unseres Institutes aus St. Petersburg kommt. Welche tribologischen Trends gibt es in Russland? Glücklicherweise sind wir in Russland nicht jedem modischen Trend gefolgt. Die Probleme, die in letzter Zeit in Zusammenhang mit der Metall/Metall- Gleitpaarung aufgetreten sind, spielen daher bei uns eine eher untergeordnete Rolle. Was Gleitpaarungen mit Keramik betrifft, so zeigt die Auswertung der Fachliteratur, dass sowohl in der Kombination mit XPE als auch mit Keramik hervorragende Ergebnisse erzielt werden können. Deshalb setzen wir Keramik insbesondere für junge, aktive Patienten ein. Ich gehe davon aus, dass der Anteil von Keramik in der Versorgung mit steigenden Fallzahlen zunehmen wird, aber nur dann, wenn die Kosten für Keramik-Implantate für die Krankenhäuser tragbar sind. Auch diese Ergebnisse werden wir langfristig verfolgen und auswerten. Denn nichts ist so wertvoll wie die eigene klinische Erfahrung. Die meisten europäischen Länder, Australien und Kanada führen ein Endoprothesenregister, in China wird es für alle qualifizierten Kliniken im Verlauf dieses Jahres zur Pflicht. Wie bewerten Sie die Situation in Russland? Wir sind ebenfalls von der Bedeutung eines Endoprothesenregisters überzeugt. Langfristig erhobene, zuverlässige Daten leisten einen bedeutenden Beitrag in Hinblick auf Ergebnisqualität und Patientensicherheit. In unserem Institut gibt es bereits seit 7 Jahren ein funktionierendes Register. Derzeit schließen sich die großen Zentren in Tscheboksary und Barnaul unserem Register an. Wirklich effektiv wird ein solches Register natürlich erst dann, wenn % aller endoprothetischen Eingriffe des Landes erfasst werden. Momentan mangelt es hier leider noch an den Voraussetzungen. Einerseits fehlt in einigen Zentren noch die digitale Dokumentation, andererseits wird es nicht ohne gesamtstaatliche administrative Vorgaben flächendeckend umgesetzt werden können. Hier spielt auch der zusätzliche Zeitaufwand eine Rolle, der finanziell nicht kompensiert wird. Für die Realisierung eines nationalen Registers ist das Zusammenwirken der Orthopädischen Fachgesellschaft und des Ministeriums für Gesundheitswesen notwendig. Was erwartet die Teilnehmer bei der diesjährigen Vreden-Konferenz in St. Petersburg? Ich freue mich auf eine interessante Konferenz mit inspirierenden Vorträgen und lebendigen Diskussionen. Erstmals legen wir den Schwerpunkt auf die systematische Wissensvermittlung. Mehr als 20 Experten aus der ganzen Welt, unter anderem aus den USA, Kanada und Europa, werden mit ihren Kollegen aus Russland verschiedene Aspekte der Hüft- und Knieendoprothetik diskutieren. Am ersten Konferenztag wird den Teilnehmern im Rahmen von Workshops die Möglichkeit geboten, sich unter Anleitung erfahrener Instruktoren mit den neuesten Endoprothesensystemen verschiedener Firmen vertraut zu machen. An den darauf folgenden 2 Tagen haben alle Teilnehmer die Möglichkeit, die aktuellen wissenschaftlichen Themen und ökonomischen Fragen der orthopädischen Versorgung zu diskutieren. Die Vorträge und Diskussionsbeiträge werden synchron in die englische bzw. russische Sprache übersetzt, und wir freuen uns, dass sich auch Teilnehmer aus dem Ausland angemeldet haben. Den Anteil ausländischer Teilnehmer möchten wir künftig deutlich erhöhen. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist natürlich die schon erwähnte Integration der Konferenz Vreden sche Lesungen in das bestehende europäische System der Konferenzen und Kongresse sowie die Anerkennung als Fortbildungsveranstaltung. Ich denke, dann wird es in Zukunft eine attraktive Option für europäische Ärzte sein, die Teilnahme an unseren Vreden schen Lesungen mit dem Besuch unserer schönen Stadt St. Peterburg zu verbinden. Prof. Tichilow, vielen Dank für das interessante Gespräch. Das Interview wurde geführt von Dr. Volker Atzrodt (Scientific Consultant, CeramTec GmbH). CeraNews 2 /

6 Im Fokus Periprothetische Gewebereaktionen bei Gleitpaarungen und Korrosion/Fretting bei modularen Metallkonus-Verbindungen Die Korrosions- und Frettingproblematik bei modularen Metallkonus-Verbindungen sowie die Ätiologie und Histopathologie adverser Reaktionen auf Metallabrieb (ARMD) spielen eine zunehmend bedeutende Rolle und waren jüngst auch Gegenstand lebhafter Debatten auf internationalen Kongressen. Konsens bestand darüber, dass ein tieferes Verständnis der pathogenetischen Mechanismen notwendig ist, um adverse Reaktionen auf Implantatmaterialien besser zu klassifizieren und auch die derzeit uneinheitliche Terminologie zu verbessern. In der Literatur werden verschiedene Begriffe verwendet, um das Spektrum histopathologischer Veränderungen zu beschreiben, die in Verbindung mit Implantatmaterialien beobachtet werden. CeraNews bietet im Folgenden einen Überblick über die neuesten Ergebnisse. Studie: Pathogenese der Pseudotumorbildung Es ist nach wie vor ungeklärt, ob Pseudotumore aufgrund von partikelinduzierter Zytotoxizität, Hypersensitivität (Typ IV) oder einer Kombination aus beidem entstehen. Die Datenlage stellt sich widersprüchlich dar. Ziel einer retrospektiven Studie von Grammatopoulos et al. (Großbritannien) war es, die histopathologischen Veränderungen im periprothetischen Gewebe von 56 fehlgeschlagenen Hip-Resurfacing- Prothesen in Zusammenhang mit dem Metallabrieb zu untersuchen. Zum Zeitpunkt des Primäreingriffs lag das Durchschnittsalter der Patienten bei 56 Jahren. Die mittlere Standzeit der Endoprothese betrug 4,7 Jahre. Es mussten vor allem Frauen revidiert werden. Die häufigste Ursache für die Revisionen stellten symptomatische Pseudotumore dar (n = 45). Bei 80 % der Pseudotumore mit Gewebsnekrosen und ausgeprägten Makrophagenreaktionen wurden hohe Abriebwerte festgestellt. Es wurde auf eine direkte unspezifische zytotoxische Wirkung der Metallionen geschlossen, die in ihrem Ausmaß dosisabhängig ist. Perivaskuläre Lymphozyteninfiltrate (ALVAL) als individuelle, spezifische Immunantwort waren verstärkt in den Fällen mit geringem Abrieb vorhanden und scheinen die Pseudotumorbildung zu begünstigen. Die Autoren schlussfolgerten, dass durch eine Minimierung des Metallabriebs die Bildung von Pseudotumoren zwar reduziert werden kann, dass es aber selbst unter optimalen Bedingungen über eine gesteigerte individuelle Immunantwort zu unerwünschten Pseudotumoren kommen kann. Studie: Pseudotumorbildung durch zytotoxische Reaktion auf Metallabrieb Hasegawa et al. (Japan) untersuchten 108 Me/ Me-HTEP mit großem Kopfdurchmesser (Ø 44 mm) bei 98 Patienten (81 Frauen, 17 Männer) mit einem Durchschnittsalter von 65 Jahren. Das MRT zeigte bei 9 Patienten (10 Hüften, 9 %) Pseudotumore. Ein Revisionseingriff erfolgte in 5 symptomatischen Fällen und in 2 Fällen von Pfannenlockerung mit perivaskulären Lymphozyteninfiltraten und diffuser Lymphozytenverteilung (ALVAL). Die Metallionenkonzentration bei 12 Patienten mit Pseudotumoren oder ALVAL (12 Hüften) wurde mit jener der Patienten ohne adverse Reaktionen (96 Hüften) verglichen. Es wurde nachgewiesen, dass adverse Reaktionen mit erhöhtem Metallabrieb korrelierten. Die Autoren schlussfolgerten, dass Hypersensitivität (Typ IV) vermutlich nicht die dominante biologische Reaktion bei der Pseudotumorbildung darstellt, sondern hauptsächlich die zytotoxische Antwort auf den Metallabrieb eine Rolle spielen dürfte. Studie: Unterschiedliche Versagensmechanismen bei ARMD Reito et al. (Finnland) untersuchten 90 Patienten (90 Hüften), die wegen ARMD revidiert wurden und deren klinische Daten vollständig verfügbar waren. Die Forscher führten eine semiquantitative Analyse der histologischen Proben (Synovia, Pseudotumor) durch, einschließlich des Fibringehalts der Synovialflüssigkeit sowie der Anzahl der Makrophagen und perivaskulären Lymphozyten. Die finnischen Forscher fanden heraus, dass Pseudotumore auf eine lymphozytär dominierte Immun antwort zurückzuführen sind, während intra kapsuläre Reaktionen makrophagendominierte Fremdkörperreaktionen darstellen, was sich in unterschiedlicher MRT-Bildgebung widerspiegelt. Die Entzündungsantwort scheint entweder primär makrophagen dominiert, lymphozytendominiert oder beides zu sein. 6 CeraNews 2 / 2013

7 Studie: Verschiedene lymphozytäre Reaktionen auf Metallabrieb Matharu et al. (Großbritannien) wiesen darauf hin, dass der Begriff ALVAL in der Literatur verwendet wird, um verschiedene lymphozytäre Reaktionen bei fehlgeschlagenen Me/Me-Endoprothesen zu erfassen. Deshalb war es das Ziel ihrer histologischen Untersuchungen, eine einheitliche Klassifikation zur Charakterisierung dieser lymphozytären Reaktionen zu entwickeln. Hierfür wurden 71 Me/Me-Hüftrevisionen mit Verdacht auf ARMD erfasst, die zwischen 1998 und 2011 erfolgten. In allen Fällen war eine Makrophageninfiltration mit intrazellulären Metall-Abriebpartikeln nachweisbar. Lymphozyten waren in 69 % der Fälle (n = 49) vorhanden und wurden als lymphozytäre Aggregate (37 %, n = 26) sowie diffuse lymphozytäre Infiltrate mit perivaskulären Lymphozyten (15 %, n = 11) und ohne perivaskuläre Lymphozyten (17 %, n = 12) charakterisiert. In den Fällen mit lymphozytären Aggregaten waren auch perivaskuläre und diffus verteilte Lymphozyten präsent. In 31 % der Fälle (n = 22) wurden eine Phagozytose, aber keine lymphozytären Infiltrate nachgewiesen. Bei 2 Patienten mit bekannter Metallallergie wurde eine diffuse lymphozytäre Immunantwort ohne Ausbildung lymphozytärer Aggregate ermittelt. In der Mehrzahl der revidierten Me/Me-Fälle wurden verschiedene lymphozytäre zelluläre Reaktionen nachgewiesen, welche die unterschiedlichen pathologischen Verläufe repräsentieren. Eine Korrelation zwischen den histopathologischen Ergebnissen und klinischen Befunden, wie beispielsweise einer Kontaktallergie, konnte nicht hergestellt werden. Die Autoren forderten weitere Untersuchungen zur Charakterisierung lymphozytärer Reaktionen in Verbindung mit Metallabrieb, um den pathogenetischen Mechanismus besser zu verstehen. Studie: Frauen zeigen erhöhtes Risiko für ARMD Erstmals wurde anhand einer größeren Serie von Me/Me-HTEP nachgewiesen, dass Frauen ein erhöhtes Risiko tragen, adverse Reaktionen auf Metall abrieb (z.b. Pseudotumore, Nekrosen, Zysten, Metallosen) zu entwickeln, unabhängig von der Pfannenpositionierung oder Kugelkopfgröße. In einer prospektiven Studie untersuchten Briant- Evans et al. (Großbritannien) primäre Me/ Me-HTEP (38 mm) bei Patienten (703 weiblich, 446 männlich) mit einem Durchschnittsalter von 67 Jahren. Das durchschnittliche Follow-up betrug 5,4 (2 8,6) Jahre. 17 Patienten waren für die Nachunter suchung nicht verfügbar. 53 Patienten wurden aufgrund von ARMD nach durchschnittlich 4,3 Jahren revidiert, weitere 8 Revisionen sind geplant. Die Inzidenz für ARMD betrug insgesamt 5,8 %, wobei die Rate für Frauen doppelt so hoch war wie für Männer (7,9 % vs. 3,1 %; p = 0,002). Es wurde keine statistisch signifikante Korrelation zwischen ARMD und dem Pfannenaußendurchmesser oder der Positionierung der Pfanne festgestellt. Ein erhöhtes Risiko zwischen niedrigem Patientenalter und Revision aufgrund von ARMD (p = 0,005) wurde ermittelt, was auf den möglicherweise höheren Aktivitätsgrad und vermehrten Abrieb zurückgeführt wird. Die Autoren forderten weitere Untersuchungen zur Pathogenese von ARMD, insbesondere im Hinblick auf die erhöhten Komplikationsraten bei Frauen. Studie: Periprothetische Gewebereaktionen bei Me/Me und Me/PE Hwang et al. (Südkorea) analysierten retrospektiv die Ausprägung, Charakteristika und Ursachen von Weichteilmassen bei Me/Me- und Me/PE-HTEP. Von den Patienten, die zwischen 2000 und 2007 eine HTEP erhielten, wurden 5 Patienten mit Me/ Me-HTEP und 5 Patienten mit Me/PE-HTEP nachuntersucht. Die enorme durchschnittliche Ausprägung der Weichteilmassen betrug 14,6 cm x 6,2 cm x 7,2 cm. Osteolysen wurden in jeweils 3 Fällen mit Me/Me und Me/PE gefunden. In allen Fällen wurden akute oder chronische Entzündungszeichen und granulomatöse Gewebeveränderungen festgestellt. Lymphozyten und eosinophile Granulozyten waren in der Me/Me-Gruppe präsent, Makrophagen in der Me/PE-Gruppe. Die durchschnittliche Konzentration der Kobalt- und Chromionen lag bei 1,43 g/l und 1,57 g/l in der Me/Me-Gruppe und bei 0,73 g/l und 0,84 g/l in der Me/PE-Gruppe. Die Autoren schlussfolgerten, dass Osteolysen und Weichteilmassen nach HTEP mit Fremdkörperreaktionen auf PE-Abriebpartikel und einer Hypersensitivitätsreaktion auf Metalle einhergehen. CeraNews 2 /

8 Im Fokus (Fortsetzung) Studie: Höhere Überlebensrate für Ke/Ke vs. Me/Me Barbosa et al. (Portugal) verglichen die Ergebnisse von 22 Me/Me-Großkopfprothesen bei 20 Patienten (14 männlich, 8 weiblich), die zwischen 2007 und 2009 eingesetzt wurden, mit 37 Ke/Ke-HTEP bei 32 Patienten (23 männlich, 14 weiblich), die zwischen 2002 und 2007 implantiert wurden. In der Me/Me-Gruppe wurden häufiger Komplikationen festgestellt als in der Ke/Ke-Gruppe, was mit der geringeren Überlebensrate von 77 % für die Me/Me-Gruppe korrespondierte. In der Me/Me- Gruppe traten Infektionen in 3 Fällen sowie Pseudotumor und azetabuläre Osteolyse in je 1 Fall auf. In der Ke/Ke-Gruppe wurden die Fraktur eines Kugelkopfes bei einem Patienten und Geräusche in 2 Fällen ermittelt. Der HHS war in der Me/Me-Gruppe niedriger (88) als in der Ke/Ke-Gruppe (91). In der Ke/Ke-Gruppe waren 95,2 % der Patienten mit dem Ergebnis zufrieden oder sehr zufrieden, während es in der Me/Me-Gruppe nur 82 % der Patienten waren. Eine Osteolyse wurde bei keinem Patienten der Ke/Ke-Gruppe nachgewiesen. Die Autoren schlussfolgerten, dass die Abwesenheit von Osteolyse ein guter Prädiktor für das Langzeitverhalten der Ke/Ke-Gleitpaarung zu sein scheint. Das ausgezeichnete biologische Verhalten von Keramik-Partikeln spiegelt sich im geringeren Osteolyserisiko wider. Studie: Keramik-Kugelköpfe scheinen Konuskorrosion zu verringern Baleani et al. (Italien) untersuchten 83 Hart/Hart- Gleitpaarungen auf Anzeichen von Korrosion. Darunter waren 46 Me/Me-Gleitpaarungen mit Kopfgrößen von mm und 37 Ke/Ke-Gleitpaarungen mit Kopfgrößen von mm. In 19 Me/Me-Fällen und in 4 Ke/Ke-Fällen hatte der Kugelkopf eine Titanhülse. Beide Gruppen waren hinsichtlich der Implantationszeit vergleichbar (Me/ Me 4,8 Jahre, Ke/Ke 4,6 Jahre). Von 83 Schaftkonen zeigten 58 % Korrosionsschäden, 25 % milde und 13 % moderate Beschädigungen, 4 % waren höhergradig beschädigt. Kein Schaftkonus zeigte extreme Korrosionsschäden. Es wurde festgestellt, dass sich der Beschädigungsgrad durch Korrosion im Laufe der Zeit erhöht. Ebenso spielen das Material und der Durchmesser des Kugelkopfes bei der Konuskorrosion eine Rolle. Die Autoren hoben hervor, dass Keramik-Kugelköpfe die Konuskorrosion zu verringern scheinen. Bei der Verwendung eines Keramik-Kugelkopfes scheint sich die Konuskorrosion zu verringern. Der Beitrag Update zur Konuskorrosion: Welche Rolle spielen Keramik-Kugelköpfe? von Prof. Dr. Steven M. Kurtz ist in der CN (S ) erschienen. Ein PDF des Artikels können Sie hier abrufen. William Hozack (USA) führte in einem Beitrag über Ke/Ke-Gleitpaarungen aus, dass die Konuskorrosion bei Keramik-Kugelköpfen vermutlich eine eher untergeordnete Rolle spielt, während sie bei Metall-Kugelköpfen auf Titanschäften tatsächlich ein reales Problem darstellen kann. Er wies auch darauf hin, dass Ke/Ke-Gleitpaarungen im Vergleich zu XPE-Gleitpaarungen einen signifikant geringeren Abrieb aufweisen. Studie: Baleani et al. Proceedings, AAOS 2013:484 Der Abrieb wird durch XPE lediglich um den Faktor 10 reduziert, mit Ke/Ke verringert er sich um den Faktor William Hozack, MD Proceedings, AAOS 2013:136 Histologische Untersuchung bestätigt exzellentes biologisches Verhalten der Ke/Ke-Gleitpaarung Esposito et al. (Australien) berichteten über die Partikelreaktion des Kapselgewebes bei 21 Patienten mit einer Ke/Ke-Gleitpaarung (Aluminiumoxidkeramik, BIOLOX forte, 28 und 32 mm Kugelkopfdurchmesser) nach durchschnittlich 5,5 Jahren in vivo. Darunter waren 19 Frauen und 2 Männer mit einem Durchschnittsalter von 68 Jahren. In allen Fällen wurde die Pseudokapsel einer histologischen Untersuchung unterzogen. Kein Patient war wegen Osteolyse oder Komplikationen aufgrund von Abrieb revidiert worden. 8 CeraNews 2 / 2013

9 Bei der Mehrzahl der Patienten (19 von 21) wurde eine milde oder moderate Synovitis festgestellt. Bei keinem Patienten wurden klinische oder intraoperative Anzeichen adverser lokaler Gewebereaktionen gefunden, wie sie typischerweise bei Me/Me-HTEP auftreten können, wo sie sich entweder als nekrotisch erscheinende Gewebemasse (inflammatorischer Pseudotumor) oder als ungewöhnlicher trüber, weißer Gelenkerguss manifestieren. Auffällig war nur ein Patient mit einem Prothesenimpingement, bei dem jedoch keine ausgedehnte Nekrose, wie sie bei Patienten mit Me/Me-Implantaten und hohem ALVAL-Score beschrieben wurde, festgestellt wurde. Die Ergebnisse dieser Studie korrespondieren mit denen früherer histologischer Untersuchungen des periprothetischen Gewebes von Ke/Ke-HTEP, die eine geringe Anzahl von Makrophagen vorwiegend im fibrösen Bindegewebe, vielkernige Fremdkörper- Riesenzellen nur in seltenen Fällen und minimale Nekrosen beschrieben. Angesichts des Potenzials unvorhergesehener, durch Abriebpartikel bedingter Komplikationen bei allen Arten von Hüftimplantaten sollten die Ergebnisse dieser Studie der orthopädischen Gemeinschaft Zuversicht dahingehend verleihen, dass adverse lokale Gewebereaktionen bei Patienten mit Ke/Ke-HTEP unwahrscheinlich sind. Eine gesunde Synovialoberfläche dürfte für die Erhaltung und die Schmierung des Implantats ausschlaggebend sein und könnte einen der Gründe für den relativen Erfolg dieser Ke/Ke-HTEP darstellen. Esposito et al. J Arthoplasty 2013, 28(5):866 Literatur Baleani M, Stea S, Erani P, Beraudi A, Bordini B, Toni A. Study of the Head-NeckTaper Surface of Large-diameter Hard Bearing Hip Prostheses. Scientific Exhibit NO.SE 10, AAOS 2013 Barbosa TR, Viçoso S, Ramalho F, Couto R, Basto T, Lima F. Comparing lage diameter metal-on-metal and ceramic-on-ceramic total hip replacement. Abstract , EFORT 2013 Briant-Evans T, Pearce A, Price M, Harker R, Conn K, Stranks G, Britton J. The Effect Of Gender On Adverse Reactions To Metal Debris: Outcomes of mm Metal-On-Metal Hip Replacements. Abstract , EFORT 2013 Esposito C, Maclean F, Campbell P, Walter WL, Walter WK, Bonar SF. Periprosthetic Tissues From Third Generation Alumina-on-Alumina Total Hip Arthroplasties. J Arthroplasty 2013,28(5): Grammatopoulos G, Pandit H, Kamali A, Glyn-Jones S, Gill R, Murray D, Athanasou N. The relationship of wear volume with histopathological features in failed hip resurfacing arthroplasty An insight on failures associated with pseudotumours. Abstract , EFORT 2013 Hasegawa M, Yoshida K, Wakabayashi H, Miyamoto N, Matsui Y, Sudo A. MRI screening of pseudotumors following large-diameter metal-on-metal total hip arthroplasty and metal ion release. Abstract , EFORT 2013 Hozack, W. Ceramic on ceramic bearings They are not obsolete! Proceed ings, AAOS 2013:136 Hwang DS, Kim PS, Jeon YS. Periprosthetic Mass after Total Hip Replacement. Abstract , EFORT 2013 Matharu G, Revell M, Sumathi V, Pynsent P, Revell P. Lymphocytic reactions in revised metal-on-metal hip arthroplasties. Abstract , EFORT 2013 Reito A, Pajamäki J, Puolakka TJ, Eskelinen A. Correlation Between Histopathology and Metal Ion Levels in Failed Metal-on-Metal Hips. Poster 036, AAOS 2013 Weitere Literatur Classen RA. Klassifikation der periprothetischen Membran gelockerter Hüft- und Knieendoprothesen. Institut für Pathologie, Campus Charité Mitte der Medizinischen Fakultät der Charité Universitätsmedizin Berlin, Dissertation 2010 Gulraj S, Matharu S, Matthew P, Revell P, Sumathi V, Pynsent PB, Revell PA. A Clinopathological Study of Metal-on-Metal Hips Revised for Suspected Adverse Reactions to Metal Debris. In: Knahr K (ed). Total Hip Arthroplasty. Tribological Considerations and Clinical Consequences. Springer Verlag 2013:53 66 Cooper HJ, Della Valle CJ, Jacobs JJ. Biologic Implications of Taper Corrosion in Total Hip Arthroplasty. Semin Arthro 2012,12: ( ) Preuss R, Haeussler KL, Flohr M, Streicher RM. Fretting Corrosion and Trunnion Wear Is it Also a Problem for Sleeved Ceramic Heads? Semin Arthro 2012,12: ( ) Toni, A, Baleani M, Bordini B, Stea S, Pilla F, Sudanese A. Trunnionitis : A Cause For Concern? Semin Arthro 2012,12: ( ) Das histologische Bild der Entzündungsreaktion auf Implantatmaterialien wird durch die Partikelquantität und -qualität beeinflusst. Keramik-Partikel sind inert, nicht toxisch, bewirken keine degenerativen Zellveränderungen und scheinen insofern eine Sonderstellung einzunehmen. Literatur: Die markierten Arbeiten können hier abgerufen werden. Konzept und Text: S. Usbeck CeraNews 2 /

10 Endoprothesen-Pathologie Neue Wege in der Bewertung der Implantat-Gewebe-Interaktion Prof. Dr. Peter Thomas beschäftigt sich seit rund 15 Jahren mit dem Themenbereich Metallimplantat und Allergie. Zusammen mit seinem Team betreut er eine Spezialsprechstunde, in der sich bereits über Patienten mit Implantatallergie oder Verdacht darauf vorgestellt haben. Der wissenschaftliche Fokus liegt auf der Identifizierung der Charakteristika solcher Patienten. Insbesondere werden Mechanismen der lymphozytären Reaktivität einschließlich Mediatorproduktion und molekularer Zytokinexpression erforscht, die zu überschießender Reaktion (Delayed Type Hypersensitivity) oder Toleranz führen. Prof. Dr. Thomas leitet zusammen mit Prof. Dr. Marc Thomsen die Arbeitsgemeinschaft Implantatallergie der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie (DGOU), der er auch als Referenz-Allergologe zur Verfügung steht. Er ist federführender Autor der 2008 erschienenen interdisziplinären Stellungnahme von DGOU, Deutscher Kontaktallergiegruppe (DKG) und Deutscher Gesellschaft für Allergologie und klinische Immunologie (DGAKI) zur Implantatallergie. Über die mit den Fachgesellschaften verlinkte Informationsplattform Allergomat erhalten interessierte Ärzte, aber auch Patienten weiterführende Information zum Thema Implantatallergie. Die Ergebnisse der interdisziplinären Forschungsvorhaben sind vielfach publiziert und international anerkannt. Ein Diagnostikschema für Patienten mit Verdacht auf Implantatallergie wurde erarbeitet. Kontakt: AllergoMat Arbeitsgruppe für allergologisch-immunologische Aspekte der Implantatmaterialunverträglichkeit med.uni-muenchen.de P. Thomas, B. Summer Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Allergologie, Ludwig-Maximilians-Universität, München Aufgrund der weltweiten demographischen Veränderungen nimmt nicht nur die Anzahl der Gelenkersatzoperationen zu, sondern auch die Anzahl der Fälle von Implantatversagen aufgrund von Komplikationen. Die Raten der primären und der Revisionsendoprothetik übertreffen bereits heute erst kürzlich getroffene, ursprüngliche Prognosen. 5 Der Begriff adverse Reaktionen wird häufig verwendet, um die Bandbreite der nicht zufriedenstellenden klinischen Ergebnisse in der Endoprothetik aufgrund von Metall ionen und Partikeln zu beschreiben. Ärzte benötigen praktische Richtlinien dafür, wie mit ihren Patienten individuell umzugehen ist. Ein Beispiel hierfür ist der von Lombardi et al. vorgeschlagene Algorithmusansatz zur Diagnostizierung und Behandlung bei Me/Me-Implantaten. 6 In der verfügbaren Literatur ist jedoch keine Richt linie zur Differenzierung der verschiedenen Pathomechanismen zu finden, insbesondere zwischen der Hypersensitivität/überschießenden Entzündungsreaktion und zum Beispiel einer schwelenden, unterschwelligen Infektion. Auf den Einfluss der überschießenden Immunreaktion auf die periprothetische oder systemische Metallionen- und Partikelexposition allesamt Ursachen für Implantatversagen wird in zahlreichen Fallberichten und Kohortenstudien hingewiesen. Aus Sicht der Allergologen ist es interessant festzustellen, dass sich, erstens, der Einsatz der Materialien beim Gelenkersatz zwischen einzelnen Ländern ein wenig zu unterscheiden scheint. Zweitens haben in Europa klinische Beobachtungen und Forschungen zur Nickel-Kontaktallergie zu einer Sensibilisierung der Politik für Risikokonstellationen in Zusammenhang mit Nickel geführt. In Folge dessen kam es zur Verabschiedung der Europäischen Nickelverordnung. 1 In Nordamerika oder in anderen Ländern scheint es solche Rechtsvorschriften nicht zu geben. Die Tatsache, dass viele Aspekte in Bezug auf lokale und systemische Reaktionen auf eine durch ein Implantat verursachte Metallexposition noch nicht zufriedenstellend definiert sind, wird auch in der neuesten Konsenserklärung von Hannemann et al. betont. 3 Schon frühere Berichte deuteten an, dass eine lymphozytär dominierte Entzündung bei gelockerten Me/Me-Endoprothesen ebenfalls eine Rolle spielt. 2 Zusätzlich wurde die verzögerte Hypersensitivität, die mittels eines positiven Epikutan-Tests 10 CeraNews 2 / 2013

11 Literatur und der verstärkten Reaktion auf einen Lymphozyten-Transformationstest (LTT) nachgewiesen wird, als potenzielle Ursache eines solchen Versagens beschrieben. 7 Es ist wichtig, für die allergologische Diagnose evaluierte Epikutan-Testpräparate zu benutzen, standardisierte Metallscheiben oder Partikelpräparate sollten hingegen nicht verwendet werden. Die Bewertung des histologischen Bildes einer periprothetischen Gewebereaktion liefert eine Momentaufnahme dessen, was tatsächlich während dieses dynamischen Prozesses geschieht. Krenn et al. haben eine Konsens-Klassifizierung erstellt, die als praktische Richtlinie bei der Bewertung potenzieller Versagensmechanismen fungiert. 4 Diese histopathologische Klassifizierung von Krankheiten in Zusammenhang mit Endoprothesen listet unter anderem typische Reaktionsmuster, wie z. B. lymphozytäre Reaktionen sowie die mögliche Rolle von Partikeln auf. Um die Resultate insgesamt zu interpretieren, sollten die klinischen Ergebnisse idealerweise zusammen mit dem histologischen Bild und weiteren Techniken, welche funktionelle Analysen liefern oder einen zugrundeliegenden Pathomechanismus aufzeigen, untersucht werden. Ein Beispiel hierfür ist die integrierte Untersuchung der Metallexposition, des histologischen Bildes und der funktionellen immunologisch-allergologischen Diagnose einschließlich der molekularen Mediatorexpression. 8,9 Es ist bekannt, dass im Hinblick auf den tatsächlichen Partikelalgorithmus die Partikelcharakterisierung zu einem umfassenderen Verständnis und einer besseren Interpretation der Implantat-Gewebe-Interaktion führt. Demnach ergänzt dieser Algorithmus die zunehmende klinische Erfahrung, die bereits aus der Bandbreite der adversen Reaktionen auf Metallionen und die Partikel exposition gewonnen werden konnte. Korrespondierender Autor: Prof. Dr. Peter Thomas Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Allergologie der Ludwig-Maximilians-Universität München Frauenlobstr München Telefon: Telefax: peter.thomas@med.uni-muenchen.de 1 European Parliament and Council Directive 94/27/EEC. Official Journal of the European Communities.1994:2 2 Davies AP, Willert HG, Campbell PA, Learmonth ID, Case CP. An unusual lymphocytic perivascular infiltration in tissues around contemporary metal-on-metal joint replacements. J Bone Joint Surg Am,2005;87(1): Hannemann F, Hartmann A, Schmitt J, Lutzner J, Seidler A, Campbell P, Delaunay CP, Drexler H, Ettema HB, Garcia-Cimbrelo E, Huberti H, Knahr K, Kunze J, Langton DJ, Lauer W, Learmonth I, Lohmann CH, Morlock M, Wimmer MA, Zagra L, Günther KP. European multidisciplinary consensus statement on the use and monitoring of metal-on-metal bearings for total hip replacement and hip resurfacing. OTSR,2013;99(3): Krenn V, Morawietz L, Kienapfel H, Ascherl R, Matziolis G, Hassenpflug J, Thomsen M, Thomas P, Huber M, Schuh C, Kendof D, Baumhoer D, Krukemeyer MG, Perino G, Zustin J, Berger I, Rüther W, Poremba C, Gehrke T. [Revised consensus classification: Histopathological classification of diseases associated with joint endoprostheses]. Z Rheumatol. 2013;72(4): Erweiterte Konsensusklassifikation: Histopathologische Klassifikation von Gelenkendoprothesen-assoziierten Erkrankungen 5 Kurtz S, Ong K, Lau E, Mowat F, Halpern M. Projections of primary and revision hip and knee arthroplasty in the United States from 2005 to J Bone Joint Surg Am, 2007;89(4): Lombardi AV Jr., Barrack RL, Berend KR, Cuckler JM, Jacobs JJ, Mont MA, Schmalzried TP. The Hip Society: algorithmic approach to diagnosis and management of metal-on-metal arthroplasty. J Bone Joint Surg Br,2012;94(11 Suppl A): Thomas P, Braathen LR, Dörig M, Auböck J, Nestle F, Werfel T, Willert HG. Increased metal allergy in patients with failed metal-on-metal hip arthroplasty and peri-implant T-lymphocytic inflammation. Allergy,2009;64(8): Thomas P, Thomas M, Summer B, Dietrich K, Zauzig M, Steinhauser E, Krenn V, Arnholdt H, Flaig MJ. Impaired wound-healing, local eczema, and chronic inflammation following titanium osteosynthesis in a nickel and cobalt-allergic patient: a case report and review of the literature. J Bone Joint Surg Am,2011;93(11):e61 9 Thomas PH, Schopf C, Thomsen M, Frommelt L, Schneider J, Flaig M, Krenn V, Mazoochian F, Summer B. Periimplant histology and cytokine pattern in metal-allergic knee arthroplasty patients with improvement after revision with hypoallergenic materials. Sem Arthro 2012;23(4): Sind Sie an interdisziplinärer Forschung zu überschießender Immunreaktion / Implantatallergie interessiert? Sie können helfen! Für unsere laufenden Forschungsprojekte zu Mechanismen der überschießenden Entzündung sowie zur Implantatallergie wäre jeder Zugang zu Patienten sehr hilfreich, bei denen keine klassischen Ursachen für Beschwerden bzw. Implantatverlust zu finden sind. Falls Sie an der Mitarbeit in Form der Bereitstellung von Blut- und Gewebeproben sowie (anonymisierter) klinischer Daten im Rahmen unseres interdisziplinären Forschungsprogramms interessiert sind, zögern Sie bitte nicht, sich an den Verfasser zu wenden (Peter.Thomas@med.uni-muenchen.de). Wir haben entsprechende Versand- und Verarbeitungsprotokolle erstellt und arbeiten bereits mit mehreren Zentren in Europa zusammen. CeraNews 2 /

12 Endoprothesen-Pathologie Histopathologische Partikelidentifikation (Partikelalgorithmus nach Krenn) V. Krenn 1, P. Thomas 2, M. Thomsen 3, M. Huber 4, J. P. Kretzer 5, S. Usbeck 6, L. Scheuber 6, R. Streicher 6 1 MVZ-Zentrum für Histologie, Zytologie und Molekulare Diagnostik, Trier 2 Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Allergologie, Ludwig-Maximilians-Universität, München 3 DRK Klinik, Baden-Baden 4 Pathologisch-bakteriologisches Institut, Otto-Wagner-Spital, Wien, Österreich 5 Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Heidelberg 6 CeramTec GmbH, Wiss. Abt., Plochingen Prof. Dr. Veit Krenn ist seit 2012 als Referenzpathologe der Arbeitsgruppe Implantatallergie der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie (DGOU) tätig. Sein wissenschaftlicher Fokus liegt auf der Entwicklung von Scoring- und Typisierungssystemen sowie von histopathologischen Klassifizierungen für die Gelenkpathologie. Weitere Forschungsschwerpunkte sind die Implantatund Infektionspathologie. Prof. Dr. Krenn entwickelte zwischen 2002 und 2005 mit Kollegen der Charité den histopathologischen Synovialitis-Score, der die verschiedenen immunologischen Vorgänge in der Synovalitis berücksichtigt und das Spektrum entzündlicher und nicht-entzündlicher Erkrankungen durch einfache, semi-quantifizierbare Kriterien abbildet. Dieses einheitliche histopathologische Graduierungssystem ermöglicht eine standardisierte reproduzierbare Diagnostik, verbunden mit einer Aussage an den klinisch tätigen Orthopäden zur Genese der Entzündung. Die verschiedenen Pathomechanismen der Implantatlockerung sind in der Konsensusklassifikation der Endoprothesenpathologie definiert. Dies ermöglicht eine Aussage zur Ätiologie der Insuffizienz und Standzeit der Endoprothese. Prof. Dr. Krenn erarbeitete mit Kooperationspartnern aus Klinik und Pathologie die Ergänzung der Konsensusklassifikation durch histopathologische Kriterien der Implantatallergie (immunologische Typ-4-Reaktion) und die histopathologische Graduierung und Typisierung der Arthrofibrose. Beide histopathologischen Klassifikationssysteme sind international anerkannt. Einleitung Implantatassoziierte Pathologien in der Hüft- und Knieendoprothetik stellen ein klinisches und sozioökonomisches Problem dar. Die partikelinduzierte (aseptische) und die infektionsbedingte (septische) Lockerung sind hierbei wesentliche Pathomechanismen. Insbesondere in der Revisionsendoprothetik wird zur ätiologischen Abklärung des Implantatversagens die histopathologische Beurteilung als Diagnoseparameter empfohlen. 50 Die histologische Unterscheidung der Gewebeveränderungen ermöglicht es dem Orthopäden, wichtige Hinweise darauf zu erhalten, wo die Ursache für die Beschwerden des Patienten zu lokalisieren ist. Die vollständige Abklärung von implantatassoziierten Pathologien erfolgt in der Zusammenschau der histopathologischen Diagnose sowie biomechanischer, klinischer 3, mikrobiologischer 35,39, allergologischer und bildgebender Befunde 7. Sie beinhaltet idealerweise auch die makroskopische Begutachtung des Endoprothesen-Explantates. Das Arbeitshandbuch der Arbeitsgemeinschaft Implantatallergie der DGOOC ( ) gibt dem Operateur Hilfestellung hinsichtlich der histopathologischen Differentialdiagnostik bei adversen Reaktionen auf Implantatmaterialien, Komplikationen durch biomechanische/mechanische Ursachen, bei periprothetischer Infektion, implantatassoziierter Arthrofibrose und ossären Pathologien sowie bei der Auswahl der notwendigen Untersuchungen und der Einordnung der Ergebnisse. 32 Standardisierte histopathologische Klassifikation Die histopathologische Konsensus-Klassifikation der periprothetischen Membran in der ursprünglichen und erweiterten Version 29,30,31,43,44 umfasst die 12 CeraNews 2 / 2013

13 Konsensus-Klassifikation der Endoprothesen-Pathologie Abb. 1: Histopathologische Konsensus-Klassifikation der 4 Typen der Neosynovialitis / periprothetischen Membran Neosynovialitis / Periprothetische Membran Krenn 2012 Typ I Abrieb-Typ partikelinduziert Typ II Infektiöser Typ infektiös Typ III Kombinierter Typ infektiös + Partikel Typ IV Indifferenter Typ mechanisch / funktionell + Lymphozytose Implantatallergie* Nekrosen-Prädominanz a) Mikropartikulärer Abrieb b) + Granulom / girlandenartig + Lymphozytose bei Metall/Metall-Paarung + Lymphozytose Implantatallergie* Arthrofibrose Fibrose und 20-ß-Catenin pos. Fibroblasten / HPF Periimplantäres Knochengewebe Osteomyelitis Ossifikation Osteopenie Osteonekrose * Mit positivem Allergie-Status (Standardisierter Epikutantest) Source: Prof. Veit Krenn (Germany) Gesamtheit der pathologischen Veränderungen, die nach endoprothetischer Versorgung großer Gelenke auftreten können und zu einer reduzierten Standzeit der Endoprothese führen. Das beinhaltet die aseptische und septische Lockerung, die implantatassoziierte Arthrofibrose, partikelinduzierte, immunologische, allergische und toxische Mechanismen, funktionelle Ursachen sowie ossäre Pathologien. In der erweiterten Konsensus-Klassifikation der periprothetischen Membran erfolgte die Klassifizierung des Spektrums implantatassoziierter Pathologien durch die Festlegung gut reproduzierbarer histopathologisch-diagnostischer Kriterien (Abb.1). Erstmals wurde auch die Neosynovialitis/periprothetische Membran vom Indifferenz-Typ (Typ IV) beschrieben und definiert. 29,43,44 Die Ätiologie dieses Membrantyps ist vielfältig, wobei unter anderem auch eine nicht optimale Implantatposition und funktionelle Ursachen in Betracht gezogen werden. Histopathologische Partikelidentifikation In der angloamerikanischen Literatur wird für Neosynovialgewebe und Interfacegewebe bzw. periimplantäres Gewebe häufig die Bezeichnung SLIM (Synovia Like Interface Membrane) verwendet. 8,9,17,18 Die SLIM weist einen heterogenen Aufbau auf und ist an der Knochendestruktion direkt beteiligt. 25,34,37,46,47,49,65 Abriebpartikel in der SLIM sind aufgrund der unterschiedlichen Implantatmaterialien und der hohen Variabilität des immunologischen/inflammatorischen Responses heterogen ausgebildet. 11,21,26,34,35,38,41,48,49,58,61,62,63,64] Im histopathologischen Partikelalgorithmus nach Krenn sind die Partikelqualitäten, ihre Wertigkeit für die histopathologische Partikelidentifikation und die Abgrenzung zu Nicht- Abriebpartikeln zusammengefasst (Abb.2). 29 Damit ist eine orientierende Partikelidentifikation möglich. Die Partikel- und Abriebpartikel-Charakterisierung erfolgt in konventionell gefärbten HE-Paraffin-Schnittpräparaten und basiert auf drei Kriterien: lichtmikroskopisch-morphologische Charakteristika mit einer orientierenden Größenbestimmung und Farbbestimmung, polarisationsoptische Eigenschaften sowie enzymhistochemische Charakteristika (Öl-Rot-Färbung und Berliner-Blau-Reaktion). Im Partikelalgorithmus nach Krenn ist neben den lichtmikroskopischen, enzymhistochemischen Eigenschaften und Größenangaben von Abriebpartikeln auch die Differentialdiagnose zu Nicht- Abriebpartikeln dargestellt. CeraNews 2 /

14 Endoprothesen-Pathologie (Fortsetzung) Abb. 2: Histopathologischer Endoprothesen-Partikelalgorithmus nach Krenn. Die Beurteilung erfolgt im HE-Schnittpräparat, Polarisationsoptische Analyse (POL), Berliner-Blau- Reaktion (BBR), Ölrot. Herausgelöste Abriebpartikel (chemisch oder mechanisch) Polymethylmethacrylat - (PMMA), Zement 0,1 2 mm Polyethylen - (PE) makropartikulär > 1 mm Partikelalgorithmus nach Krenn (2013) Abriebpartikel BBR - Abriebpartikel Nicht-Abriebpartikel Blutungsresiduen, BBR + Hämosiderin- / Eisengranula < 1 µm -> 0,5 mm Gandy-Gamna-Körper 0,5 2 mm Kristall-Deposition CPPA (Kalziumpyrophosphat) POL ++, 0,3 µm Makropartikuläres PE > 1 bis 5 mm Mikropartikuläres PE < 1 µm (Ölrot ++) POL ++ POL / ± Partikelkorrosion Solide Präzipitate: Oxide, Chloride, Phosphate u. a. gelblich bis grünlich, 0,5 µm bis 0,5 mm Korrosionsquellen basierend auf: Kobalt / Chrom Titan / Titanlegierung auf Eisen basierende Stahllegierung Metallische Nichteisenpartikel schwärzlich / intensiv schwarz 1 µm Titan Kobalt Nickel Chrom Molybdän Tantal Zirkonium Niob Bariumsulfat Zirkondioxid Reinmetall und / oder Legierungen bzw. Oberflächenbeschichtungen Röntgenkontrastmittel (Zusatz zu PMMA) Metallische Nichteisenpartikel bei Metall/Metall-Gleitpaarung grau 1 µm + Nekrose + Girlanden /granulomartiger Aspekt + lymphoides Infiltrat Keramik 0,2 µm 1 µm bräunlich / grau / hell Aluminiumoxid Zirkoniumoxid Yttriumoxid Nioboxid Source: Prof. Veit Krenn (Germany) Definition der Partikelgröße Angaben zu Partikelgrößen basieren hauptsächlich auf tierexperimentellen Daten. 34 Eine einheitliche Definition von Makro- und Mikropartikel hat sich aufgrund der Methodenvielfalt nicht durchgesetzt. Die histopathologische Partikelidentifikation der SLIM ist durch das Auflösungsvermögen des Lichtmikroskops bestimmt. Mikropartikel und Metallionen werden nicht detektiert. Aus Gründen der histopathologischen Praktikabilität wird deshalb vorgeschlagen, zwischen Makropartikel (in multinukleären Riesenzellen phagozytiert und/oder extrazellulär, 5 µm bis mehrere mm) und Mikropartikel (in Makrophagen phagozytiert, 5 µm) zu unterscheiden. Die Bestimmung der Partikelgrößen erfolgt mittels einer computergestützten interaktiven morphometrischen Analyse (Leica DM 2005, microsystems framework 2007). Eine definitive Materialidentifikation von Abriebpartikeln, insbesondere von Metall- und Keramik- Partikeln, ist nur durch physikalische Verfahren, beispielsweise Energy Dispersive X-ray (EDX) und/oder Fourier Transform Infrared Microspectroscopy (FTIR) möglich. 33 Histologische Charakterisierung des Abriebmaterials Polyethylen-Partikel Lichtmikroskopischer Partikelbefund Je nach Polyethylentyp sind Polyethylen-Partikel hochvernetzt oder nichthochvernetzt, je nach der mechanischen Prothesenbelastung sind sie länglich, spangenartig und lichtmikroskopisch auffällig (Abb. 3). 45,65 Hochvernetzte Polyethylene sind mehrheitlich mikropartikulär, nichthochvernetzte Polyethylene mehrheitlich makropartikulär, wobei der mechanische Belastungsmodus einen Einfluss auf die Partikelgröße hat. 3 Abb. 3: Polyethylen-Makropartikel: Helle, weißliche, spangenförmige Polyethylen-Makropartikel in multinukleären Riesenzellen vom sogenannten Fremdkörpertyp. Originalvergrößerung 350x, HE-Färbung 14 CeraNews 2 / 2013

15 Abhängig von der Partikelgröße ist eine lichtmikroskopische Unterscheidung von Makropartikeln (> 5 µm) und Mikropartikeln (< 5 µm) möglich. Die Öl- Rot-Färbung ermöglicht die Detektion von intrazytoplasmatischem, mikropartikulärem Polyethylen. 45 Metall-Partikel Lichtmikroskopischer Partikelbefund In der Endoprothetik werden überwiegend Nichteisenmetalle und deren Legierungen, seltener Eisenmetalle (Stahl) verwendet. Die eisenfreien Metalle und Metalllegierungen umfassen Titan, Aluminium, Vanadium, Kobalt, Molybdän, Chrom, Niob und Nickel in unterschiedlichen Kombinationen. Metall- Partikel sind sehr klein, wenn sie nicht in aggregierter Form vorliegen, und weisen einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,05 µm bis 3,9 µm auf. 34 Die Form variiert von rund bis polygonalscharfkantig. Die Eigenfarbe ist intensiv schwarz. Metall-Partikel zeigen keine bzw. nur eine minimale, periphere Doppelbrechung. Metall-Partikel können aufgrund des geringen Durchmessers in die oberflächlichen und tiefen Kompartimente der SLIM sowie in das periimplantäre Gewebe eindringen und somit nachweisbar sein (Abb. 4). In seltenen Fällen können Metall-Partikel auch in den regionalen Lymphknoten detektiert werden. 4 Keramik-Partikel Lichtmikroskopischer Partikelbefund In der Hüftendoprothetik findet Keramik im Allgemeinen in Keramik/Polyethylen- oder Keramik/ Keramik-Gleitpaarungen Verwendung. Eine pathogene Reaktion auf Keramik-Partikel ist unwahrscheinlich. Keramik besteht zumeist aus Aluminiumoxidkeramik (Al 2 O 3 ), Zirkonoxidkeramik (ZrO 2 ) oder Mischoxidkeramik mit weiteren Bestandteilen wie z.b. Yttriumoxid (Y 2 O 3 ), Strontiumoxid (SrO) oder Chromoxid (CrO). 15 Die Partikelgröße ist variabel, verschleißbedingte Keramik-Partikel treten im Größenbereich von nm auf. Der Nachweis erfolgt mittels hochauflösender Rasterelektronenmikroskopie (z.b. FEG-SEM) oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Tierexperimentelle Daten zeigen eine Partikelgröße von bis zu 3,9 µm. 34 Es besteht in der polarisationsoptischen Analyse eine sogenannte periphere, schwache Doppelbrechung. Die Partikel sind farblich variabel, zumeist gelblichbräunlich oder graubraun bis schwärzlich (Abb. 5). Die Farbe sowie der Partikeldurchmesser erschweren insbesondere bei grau-schwarzfarbenem Aspekt die histopathologische Abgrenzung von Metall-Partikeln. Hier sind physikalische Verfahren, wie beispielsweise Energy Dispersive X-ray (EDX) und/oder Fourier Transform Infrared Microspectroscopy (FTIR) zur definitiven Identifikation angezeigt Die Abbildungen sind in vergrößerter Darstellung im Arbeitshandbuch der Arbeitsgemeinschaft Implantatallergie der DGOOC zu finden siehe QR-Code am Ende des Beitrags ( ). Abb. 4: Me/Me: Makrophagenansammlungen mit mikropartikulären Metalldepositionen in einer SLIM, Typ I, Nachweis einer fibrinoiden Nekrose. Originalvergrößerung 350x, HE-Färbung Abb. 5: Ke/Ke: Keramik-Mikropartikel in einer SLIM, Typ I, als bräunliche, runde bis polygonale intrazytoplasmatische Mikropartikel. Originalvergrößerung 350x, HE-Färbung Metallionen Aufgrund der geringen Größe von Metallionen entziehen sich diese einer histopathologischen Detektion und sind nur mittels physikalischer Methoden nachweisbar. 33 Die schwache zytoplasmatische Berliner-Blau- Reaktivität in den Makrophagen in unmittelbarer Nachbarschaft von Metall-Partikel-Depositionen stellt möglicherweise einen zellulären Reaktionsmodus auf eine große Metallionenlast dar (persönliche Beobachtung von Prof. Dr. Krenn). Korrosion von Metall-Partikeln Zurzeit erscheinen vermehrt Berichte zur Korrosion in Verbindung mit Metall-Implantaten. Dabei werden metallische Legierungsbestandteile freigesetzt, die im Gelenk, im periimplantären Gewebe und in Körperflüssigkeiten nachweisbar sind und das Risiko unerwünschter lokaler und systemischer Nebenwirkungen in sich bergen. Metall/Metall-Gleitpaarungen und modulare Kugelkopf-Prothesenkonus-Verbindungen stellen eine wesentliche Korrosionsquelle CeraNews 2 /

16 Endoprothesen-Pathologie (Fortsetzung) dar. 24,50,63,65,66 Allergische Reaktionen auf metallische Implantatmaterialien sind beschrieben. 52,57,58,59,60 Korrosionsprodukte können Dreikörperverschleiß begünstigen und zu vorzeitigem Implantatversagen führen Abb. 6: Chrom-Orthophosphat-Makropartikel: Korrosions- Makropartikel einer Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierung als grünlich- bis orangefarbene Depositionen in überwiegend extrazellulärer Lokalisation. Originalvergrößerung 350x, HE-Färbung Häufigkeit und klinische Relevanz des Korrosionsproblems sind noch nicht hinreichend untersucht. Das Auftreten von Korrosionsprodukten in periprothetischen Membranen/Neosynovialis kann Ausdruck einer reduzierten Beständigkeit des Endoprothesenmaterials oder einer mechanischen Überbelastung sein. Es besteht somit eine Abhängigkeit vom Design, von der Positionierung und der Belastung der Endoprothesen. Korrosionsprodukte sind je nach Metall als Oxide, Chloride oder Phosphate nachweisbar. Solide Korrosionsprodukte von Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen bestehen beispielsweise aus Chrom-Orthophosphat. 24 Diese sind in der lichtmikroskopischen Analyse gelblich bis grünlichfarben und größenvariabel (<1 µm bis 500 µm). Chrom-Orthophosphat-Makropartikel werden von Fremdkörperriesenzellen abgegrenzt (Abb. 6). Mikropartikel finden sich gelegentlich mit Metallabrieb-Partikeln vermischt intrazytoplasmatisch in mononukleären Makrophagen. 24 Abriebpartikelbedingte Prothesen-Pathologien Der partikelinduzierte, inflammatorische/immunologische und Toxizitäts-Reaktionsmodus in der SLIM wird durch Partikelqualität (z.b. Material, Größe, Oberfläche), Partikelquantität, gewebliche und zelluläre Partikel-Permeationsmöglichkeiten bestimmt. 33 Wahrscheinlich besteht eine genetisch bedingte Basis für den immunologischen Response auf partikuläre Fremdmaterialien. 38 Metall-Partikeln kommt möglicherweise eine immunologische Sonderstellung zu. 4 Besondere Reaktionsmuster bei Metall-Partikeln Mögliche Zusammenhänge mit immunologischen, inflammatorischen und toxischen Mechanismen in der SLIM Korrosionsprodukte von Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen, Metallabrieb-Partikel und Metallionen können, abhängig von der Konzentration, eine toxische oder immunologische Reaktion verursachen. 12,19,26,33,57,58,59,60 In der Hüftendoprothetik wurden erhöhte Metallionenwerte (Chrom, Kobalt) im Blutserum und im Vollblut bei Patienten mit Me/Me-Gleitpaarungen nachgewiesen und mit persistierenden Schmerzen, unerwünschten lokalen Gewebereaktionen, Funktionsverlust, Osteolysen und vorzeitigem Implantatversagen in Verbindung gebracht. 10,20 Die Bedeutung erhöhter Metallionenwerte im Serum und ihre Korrelation zu lokalen und systemischen Reaktionen ist nicht hinreichend untersucht. Gegenstand aktueller Diskussionen und Untersuchungen ist in vivo resultierender Metallabrieb, der aus modularen Prothesen-Konusverbindungen der Hüftendoprothese (z.b. Hals-Kopf- oder Hals-Schaft-Verbindung) auf Grund von Fretting bzw. Korrosion resultiert und zu unerwünschten lokalen Gewebereaktionen und Implantatversagen führen kann. 13,19,36,42,62 Klinisches Erscheinungsbild und Symptome einer Hypersensitivitätsreaktion auf Metall-Partikel können denen einer Infektion ähnlich sein. Diese muss differentialdiagnostisch ausgeschlossen werden. 57 Histopathologisch wird eine mögliche allergische Reaktion durch das Vorliegen eines charakteristischen immunologischen Gewebemusters bestimmt. Eine allergische Reaktion auf metallische oder nichtmetallische Antigene ist in Form eines Kontaktekzems (z.b. Nickelallergie) eine relativ häufige Erkrankung und wird als zellvermittelte Überempfindlichkeitsreaktion vom Spättyp IV angesehen. Metallreaktiven T-Lymphozyten kommt dabei eine zentrale pathogenetische Rolle zu. Insbesondere ist der pathogenetische Zusammenhang zwischen Metallexposition, Lymphozytenaktivierung, Hautinflammation, histopathologischem Befund und Symptomatik definiert. 57 Da die Haut ein immunkompetentes Organ darstellt, die SLIM aber einen andersartigen geweblichen Aufbau aufweist, sind die immunologischen Mechanismen und histopathologischen Muster wahrscheinlich nicht direkt übertragbar. Bei einer retrospektiven Untersuchung von Patienten mit revidierten Metall/Metall-Gleitpaarungen zeigte sich jedoch, dass bei Vorliegen periimplantärer lymphozytärer Infiltrate zwei Drittel der Patienten eine Metallsensibilisierung aufwiesen CeraNews 2 / 2013

17 Der Zusammenhang zwischen toxischen, nicht immunologischen Mechanismen (Partikelüberladung) und immunologischen Hypersensitivitätsreaktionen ist unklar. Es wird angenommen, dass eine periimplantäre hypererge allergische Reaktion mit speziellen funktionellen T-Zell-Charakteristika (u.a. Zytokinmuster) verknüpft ist. 60 In einer aktuellen Analyse konnte ein CD3-positives lymphatisches Infiltrat mit einem charakteristischen Zytokinmuster bei Patienten mit Metallendoprothesen beschrieben werden. 60 In dieser Arbeit und in anderen Studien konnte nach einer Revision mit nicht-sensitiven Implantatmaterialien eine signifikante Besserung der Symptomatik erzielt werden. 2,4,12,22,27,54 Inflammatorischer Pseudotumor Histopathologische Muster der SLIM bei Metall/Metall-Gleitpaarung Eine pathogene Reaktion auf bestimmte Bestandteile von Metall-Implantaten kann auftreten. Diese ist jedoch durch eine klinische Befunderhebung und zusätzliche mikrobiologische, allergologisch-diagnostische Methoden abzuklären. Bei bestimmten Hüftendoprothesen mit Metall/ Metall-Gleitpaarungen sind reduzierte Standzeiten beschrieben. 33,37 In der SLIM von Metall/Metall-Gleitpaarungen mit Prothesenversagen sind neben Lymphozyten-Infiltraten ausgeprägte, oft subtotale Nekrosen nachweisbar. 38,41 Die pathologischen Veränderungen sind nicht konstant. Offenbar besteht, wie auch bei Korrosionsphänomenen beschrieben 13,19,24,36, ein Zusammenhang mit der Materialzusammensetzung, der unphysiologischen Krafteinleitung (z.b. große Kopfdurchmesser, Fehlpositionierung der Implantate) und dem Aktivitätsgrad des Patienten. In den typischen pathologischen Fällen mit Metall/Metall-Gleitpaarungen sind neben Nekrosen, Makrophagen-Infiltraten (mit intrazytoplasmatischen Metall-Mikropartikeln) ausgeprägte, lymphozytäre, teils auch lymphofollikuläre entzündliche Infiltrate nachweisbar. 41,66 Durch gewebliche Einfaltungen des subtotal nekrotischen Gewebes entstehen granulomartige Strukturen, auffällig bei Metall/Metall-Gleitpaarungen und Korrosionsphänomenen, welche klinisch als Pseudotumor imponieren können und als inflammatorischer Pseudotumor bezeichnet werden sollten. 57 Die Pathogenese des nekrotisch-lymphozytären Musters bzw. des inflammatorischen Pseudotumors ist nicht vollständig geklärt. Neben einer direkten Toxizität durch Metall-Partikel im Sinne einer Überladung des Gewebes mit Mikropartikeln wird eine möglicherweise (sekundäre) Hypersensitivitätsreaktion (Typ IV) auf Bestandteile 59, 60 von Metall-Implantaten diskutiert. In der Literatur wird bei endoprothetisch versorgten Patienten mit auffälligem Beschwerdebild und Vorliegen eines positiven Implantatmaterial-Allergie-Status der Wechsel auf keramische oder oberflächenbehandelte Implantate (z.b. Nitride, Oxinitride) empfohlen 60, die hervorragende biologische Voraussetzungen bieten. Bei adversen Reaktionen auf Bestandteile von Metall-Implantaten sind eine Besserung des Beschwerdebildes und sinkende Metallionenspiegel nach Revisionen unter Verwendung von metallfreien Materialien (z.b. Keramik, hochvernetztes Polyethylen) in der Hüftendoprothetik 1,2,12,13,14,19,22,27,28,40,53,55,63,64 sowie nicht-sensitiven metallischen Materialien (oberflächenbehandelte Implantate) und Keramik in der Knieendoprothetik 4,5,6,16,51,56,58,60 beschrieben. Literatur: Die Literaturliste kann hier abgerufen werden. Sie ist außerdem beim Autor erhältlich. Ausblick Die differenzierte Analyse der Gewebeveränderung ist in den meisten Fällen richtungsweisend für die Behandlung des Patienten. Die weitere Verfolgung der histopathologischen Diffentialdiagnostik und des Partikelalgorithmus nach Krenn wird uns dabei helfen, die Endoprothesen-Pathologie besser Danksagung: Die Autoren bedanken sich bei Simone Giak (Projektassistentin, Zentrum für Histologie, Zytologie und Molekulare Diagnostik, Trier) für die tatkräftige und umfangreiche Unterstützung im Rahmen dieses interdisziplinären Projektes. zu verstehen und diagnostische Aussagen für den Operateur zu verbessern. Das ist entscheidend für die Entwicklung kausaler Behandlungsansätze. Die Gesamtproblematik und Komplexität der Fragestellung erfordert weitere Forschung im Zusammenwirken der berührten Fachdisziplinen. Korrespondierender Autor: Prof. Dr. Veit Krenn Zentrum für Histologie, Zytologie und Molekulare Diagnostik Max-Planck-Straße 5, D Trier Telefon: Telefax: DGOOC-Handbuch: Das Arbeitshandbuch der Arbeitsgemeinschaft Implantatallergie der DGOOC kann hier, auf Deutsch und Englisch, abgerufen werden. CeraNews 2 /

18 Fortbildung Fretting und Korrosion ein Problem beim BIOLOX OPTION-System? R. M. Streicher, L. Scheuber, M. Flohr, R. Preuss CeramTec GmbH, Plochingen Einleitung Die Korrosions- und Frettingproblematik wird derzeit wieder zunehmend in Zusammenhang mit modularen Kugelkopf-Prothesenkonus-Verbindungen diskutiert. 1,2,3 Bei Metall/Metall-Konusverbindungen kann Korrosion / Fretting zu einer massiven Freisetzung von Metallionen und Metallpartikeln mit entsprechenden biologischen Konsequenzen führen. 4,5,6,7 Keramikkugelköpfe hingegen zeigen klinisch deutlich reduzierte Fretting- und Korrosionserscheinungen. 9,10 Keramikkugelköpfe für Hüftrevisionen (BIOLOX OPTION) 8 sind für Durchmesser bis 48 mm ausgelegt und haben durch die Verwendung eines Konushülsenadapters aus einer Titan-Aluminium- Vanadium-Legierung eine metallische Schnittstelle zum Schaftkonus. Daraus resultieren Bedenken in Bezug auf Fretting, Korrosion und Klemmkraft. Material und Methoden Die Untersuchungen erfolgten mit großen Keramikkugelköpfen (BIOLOX delta, Ø 40mm, CeramTec GmbH, Plochingen) in Kombination mit Konushülsenadaptern und Konen aus einer Titan-Aluminium- Vanadium-Legierung (TiAl6V4) 8, Kobalt-Chrom- Molybdän (CoCrMo) und Implantatstahl (SS). Drei verschiedene Tests wurden durchgeführt: Test 1: Standard-Fretting-/Korrosionstest gemäß ASTM F1875 (Abb. 1) Test 2: Ermüdungs-/Korrosionstest (ASTM F2345) unter in-vivo-relevanten Belastungen Test 3: Momentenbelastungstest (Reibungstorsionstest durch Rotation und Biegung) unter in-vivo-nahen Bedingung im Hüftsimulator 8 (Abb. 2) Abb. 1: Standard-Fretting-/Korrosionstest gemäß ASTM 1875 (Quelle: Endolab ) Abb. 2: Momentenbelastungstest (Reibungstorsionstest durch Rotation und Biegung) unter in-vivo-nahen Bedingungen im Hüftsimulator 8 (Quelle: CeramTec) 18 CeraNews 2 / 2013

19 Ergebnisse Der Fretting-Korrosionstest (Test 1) zeigte abnehmende galvanische Ströme für alle Konusmaterialien (TiAl6V4, CoCrMo, SS). Die gemessenen Ströme waren allesamt niedrig und deuten auf ein geringes Korrosionspotenzial der untersuchten Konusverbindungen hin. Die Korrosiontests unter in-vivo-relevanten Lasten (Test 2) ergaben, dass keine signifikant erhöhten Abzugkräfte für das BIOLOX OPTION-System zu erwarten sind. Im Revisionsfall sollte es möglich sein, den Kugelkopf und die Adapterhülse vom Schaftkonus zu entfernen. Die Momentenbelastungstests (Test 3) wurden auf einem Hüftsimulator (EndoLab, Thansau) durchgeführt. Es wurden keine nennenswerten Konusbeschädigungen festgestellt, unabhängig vom untersuchten Konusmaterial. Es traten lediglich geringfügige Mikrobewegungen auf, ohne Anzeichen von Korrosion. Zusammenfassung Alle drei Untersuchungen (Fretting-Korrosionstest gemäß ASTM F1875, Korrosionstest unter in-vivorelevanten Lasten, Momentenbelastungstest) 8 zeigten, dass das Fretting-, Korrosions- und Abriebverhalten an den Schnittstellen Keramik-Kugelkopf (große Durchmesser)-Adapterhülse-Schaftkonus keinen signifikanten Einfluss auf die Funktionsfähigkeit des BIOLOX OPTION-Systems hat. Auch unter Worst-Case-Bedingungen (unvorteilhafte Materialpaarungen, hohe Kräfte, hohe Drehmomente, korrosives Medium) traten keine kritischen Effekte auf. Mit dem BIOLOX OPTION-System waren bei keinem untersuchten Konusmaterial weder bei Kobalt- Chrom-Molybdän noch bei Titan-Aluminium-Vanadium-Legierung negative Auswirkungen durch Fretting und Korrosion zu verzeichnen. Literatur 1 Langton DJ, Sidaginamale R, Lord JK et al. Taper junction failure in large-diameter metal-on-metal bearings. Bone Joint Res 2012;1: Meyer H, Mueller T, Goldau G et al. Corrosion at the cone/ taper interface leads to failure of large-diameter metal-on-metal total hip arthroplasties. Clin Orthop Relat Res 2012;470: Langton DJ, Jameson SS, Joyce TJ et al. Accelerating failure rate of the ASR total hip replacement. J Bone Joint Surg Br 2010;93: Hallab NJ, Messina C, Skipor A et al. Differences in the fretting corrosion of metal-metal and ceramic-metal modular junctions of total hip replacements. J Orthop Res 2004;22: Bobyn JD, Tanzer M, Krygier JJ et al. Concerns with modularity in total hip arthroplasty. Clin Orthop Relat Res1994;298: Cook SD, Barrack RL, Baffes GC et al. Wear and corrosion of modular interfaces in total hip replacements. Clin Orthop Relat Res 1994;298: Jacobs JJ, Skipor AK, Patterson LM et al. Metal release in patients who have had a primary total hip arthroplasty. A prospective, controlled, longitudinal study. J Bone Joint Surg Am 1998;80: Preuss R, Haeussler K, Flohr M, Streicher R. Fretting Corrosion and Trunnion Wear Is it Also a Problem for Sleeved Ceramic Heads? Semin Arthro 2012;23: Cross MB, Esposito C, Sokolova A, Jenabzadeh R, Molloy D, Munir S, Zicat B, Walter WK, Walter WL. The effect of bearing surface on corrosion at the modular junctions in total hip arthroplasty, Poster, 25th ISTA Kurtz SM, Kocagöz SB, Hanzlik JA, Macdonald DW, Lee GC, Mont MA, Kraay MJ, Klein GR, Parvizi J, Rimnac CM. Do Ceramic Femoral Heads Reduce Taper Fretting Corrosion in Hip Arthroplasty? A Retrieval Study. Clin Orthop Relat Res 2013 Jun 13. [Epub ahead of print] Diesen Artikel, weitere Informationen zu BIOLOX OPTION und klinische Bilder zum Thema können Sie hier abrufen. CeraNews 2 /

20 Studie Besteht bei übergewichtigen Patienten ein erhöhtes Frakturrisiko für keramische Komponenten in der HTEP? M. M. Morlock, E. Hoenig, A. Hothan Institut für Biomechanik, Technische Universität Hamburg-Harburg Einleitung Prof. Dr. Michael M. Morlock ist Professor für Biomechanik und Leiter des Institutes für Biomechanik an der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH). Er ist Koordinator des Studiengangs Mediziningenieurwesen, Mitbegründer des Forschungsschwerpunktes Regeneration, Implantate und Medizintechnik und Direktor des Hamburger Forschungszentrums für Medizintechnik. Das Institut für Biomechanik forscht und lehrt auf drei Fachgebieten: Gelenkersatz, Biomaterialien und Osteosynthese. Im Forschungsgebiet Gelenkersatz stehen die Implantatverankerung im Knochen, die Optimierung der Endoprothesenimplantation und -positionierung sowie die Schulung von Operateuren im Mittelpunkt. Die Forschungsinhalte leiten sich langfristig aus den Erkenntnissen der Analyse von Revisions- und Autopsieimplantaten ab, wodurch sie einen starken Bezug zur klinischen Anwendung haben. Prof. Morlock ist in zahlreichen internationalen und nationalen Fachgesellschaften aktiv, unter anderem in der International Society of Biomechanics, der Orthopaedic Research Society und im Arbeitsausschuss Endoprothetik und Osteosynthese des Deutschen Instituts für Normung (DIN). Er ist Reviewer für die bedeutendsten biomechanischen und orthopädischen Fachzeitschriften und hat mehr als 200 Zeitschriftenartikel und Buchkapitel sowie 500 Abstracts verfasst. Während ein Zusammenhang zwischen Adipositas und der Entstehung einer Arthrose als gesichert gilt 1 10, wird der Einfluss des Körpergewichtes auf den Erfolg beim Hüftgelenkersatz (HTEP) kontrovers diskutiert. Im Rahmen einer Metaanalyse wurde untersucht, ob und inwieweit das Patientengewicht einen Einfluss auf das Ergebnis beim Hüftgelenkersatz hat, bzw. ob die gewählte Gleitpaarung eine Rolle spielt. Hintergrund dieser Untersuchung war die Frage, ob die erhöhten Gelenkkräfte bei Übergewichtigen 11 per se zu einem erhöhten Frakturrisiko der keramischen Implantate führen. Zusätzlich zur Literaturanalyse wurden für die gebräuchlichen Gleitpaarungsmaterialien experimentelle Reibungsanalysen für Normalgewichtige und Übergewichtige durchgeführt. Metaanalyse Die Literaturdatenbank Pubmed/Medline wurde nach Veröffentlichungen durchsucht, in denen der Einfluss des BMI oder des Körpergewichtes auf das Ergebnis von HTEP bzw. Keramikfrakturen dargestellt wird. Konferenzbeiträge wurden ebenfalls in die Literaturrecherche einbezogen. Insgesamt wurden 55 Paper und Konferenzbeiträge, die den Suchkriterien entsprachen, gefunden und deren Kernaussagen hinsichtlich biologischer Komplikationen mechanischer Komplikationen (z.b. Fraktur) Funktionsanalysen, Aktivität und Schmerzen Lebensqualität bzw. -zufriedenheit Patientenalter Operationszeit, Krankenhausaufenthaltsdauer und Rehabilitation zusammengefasst Einige Studien berichten über schlechtere Ergebnisse von HTEP hinsichtlich einer oder mehrerer der untersuchten Parameter. Andere Studien zeigten jedoch keinen Effekt des Gewichtes (Abb. 1). Ein erhöhtes Auftreten biologischer Komplikationen (insbesondere Infektionen), ein niedrigeres Durch- 20 CeraNews 2 / 2013