Die Bedeutung der Titanunverträglichkeit für die Endoprothetik und die Unfallchirurgie

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1 Die Bedeutung der Titanunverträglichkeit für die Endoprothetik und die Unfallchirurgie Dr. med. Volker von Baehr Institut für Medizinische Diagnostik Berlin IMD-Berlin.de

2 Welche Materialien werden eingebracht? Kobalt-Basislegierungen Kobalt, Chrom, Molybdän, Nickel (ca. 1%) Edelstahl Eisen, Chrom, Nickel, Molybdän Reintitan (Grad 1-4) Titan-Legierungen (Grad 5) Vanadium, Aluminium, Niob, Molybdän, Eisen, Nickel in Spuren Keramik Polyethylen Knie, Hüfte (Kugeln, Schaft) Platten, Schrauben, Nägel, selten Hüfte (Schaft) Hüfte (Pfanne, Schaftbeschichtung), Platten, Schrauben, Schrittmachergehäuse Knie, Hüfte (Kugeln, Schaft), Nägel Hüfte (Pfanne) Hüfte (Pfanne) Knochenzemente Methylmethacrylat, Benzoylperoxid, Antibiotika (Farbstoffe? Kontrastmittel?)

3 Unverträglichkeit von Prothesenmaterialien Ionen-Freisetzung Kobalt-Basislegierungen Kobalt, Chrom Molybdän, Nickel Titanlegierungen Vanadium, Aluminium, Nickel Partikel-Abrieb (wear debris) Reintitan (Titanlegierungen) Zementpartikel Polyethylenpartikel Kobalt-Basislegierungen Knochenresorption Allergie Toxische systemische Effekte Periprothetische Entzündung aseptic loosening

4 Die Titanunverträglichkeit ist keine Allergie sondern eine verstärkte Reaktion der Gewebemakrophagen auf freiwerdende Titanoxidpartikel.

5 denn Voraussetzung für eine Allergie ist, dass Metallionen an zelluläre Proteine binden und diese modifizieren (Hapteneffekt). Das können Titanoxidpartikel nicht. Metallionen Proliferation (Entzündung) Zytokinsekretion Lokalreaktion Aktivierung Antigen-präsentierende Zelle (APC) MHC II CD4 TH1 Allergen-spezifischer T-Lymphozyt Titanoxidpartikel Zytokinsekretion Systemische Entzündung

6 Titanoxidpartikel Aktivierung von Makrophagen Antigen-präsentierende Zelle (APC) Chemotaxis von Granulozyten IL-8 Osteoklastenaktivierung Knochenabbau TNFα, IL-1β IL-6, IL-8 Aktivierung von Granulozyten Anlockung von Granulozyten (Chemotaxis) Kollagenolyse ammp8 Gewebeabbau

7 Können Titanabriebpartikel Ursache einer periprothetischen Entzündung sein? 7

8 Ja! Bei aseptischer Implantatlockerung sind Titanabriebpartikel im periprothetischen Entzündungsgewebe nachweisbar. Domarus 2011, Huber 2009, Campell 2010, Start 2010 Periprothetische Entzündung ist abhängig von Partikelgröße und Form. Hallab 2009, Olivere 2012 Fremdkörperriesenzellen sind im periprothetischen Entzündungsgewebe histologisch nachweisbar. Grosse 2014 Titanpartikel aktivieren Makrophagen im periprosthetischen Knochen. Clarke 1992 Titanpartikel hemmen die Osteoblastenadhäsion. Kwon 2001 Titanpartikel induzieren die RANK-Expression auf Makrophagen und Osteoklasten und fördern die periprothetische Osteoklastenaktivierung. Baumann 2004, Sterner

9 Sind Patienten mit erhöhter Entzündungsneigung ähnlich wie bei Reintitan-Dentalimplantaten auch für ein aseptic loosening prädisponiert? Titanoxidpartikel Antigen-präsentierende Zelle (APC) Osteoklastenaktivierung TNFα, IL-1β Knochenabbau IL-6, IL-8 Aktivierung von Granulozyten Kollagenolyse ammp8 Gewebeabbau

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11 Die bisherigen wenigen Studien erlauben keine sichere Aussage. 11

12 Unverträglichkeit von Prothesenmaterialien Ionen-Freisetzung Kobalt-Basislegierungen Kobalt, Chrom Molybdän, Nickel Titanlegierungen Vanadium, Aluminium, Nickel Partikel-Abrieb (wear debris) Kobalt-Basislegierungen Reintitan (Titanlegierungen) Zementpartikel Polyethylenpartikel Knochenresorption Allergie Toxische systemische Effekte Periprothetische Entzündung aseptic loosening

13 Metallsensibilisierungen sind keine Rarität! N=34322 Nickel 19,5 N=21234 Palladium 8,9 N=21694 Kobalt 6,8 N=16524 N=8576 N=21232 N=14587 N=14217 Gold Aluminium Quecksilber Kupfer Silber 5,9 5,7 5,2 5,0 4,9 N=14465 N=14676 N=16787 Chrom Zinn Ethylquecksilber 4,2 4,2 4,1 N=15435 N=13476 Platin Cadmium 3,2 3,1 N=12676 Molybdän 2,4 N=4933 Titan 0,01 Ergebnisse LTT-Metalle im Zeitraum , IMD Berlin

14 Zwei Methoden zum Nachweis einer Allergenspezifischen Typ-IV-Sensibilisierung In vivo-test Epikutantest In vitro-labortest Lymphozyten- Transformationstest (LTT)

15 Typ IV-Allergien können lokale und/oder systemische Symptome verursachen 1. Kontaktallergien (der Haut) Subkutis im Kontaktbereich ist unmittelbar betroffen z.b. Metalle aus Schmuck, Berufsallergien (Chrom aus Zement usw.) Diagnostik über Epikutantest 2. Systemische Sensibilisierung Aufnahme in den Organismus erfolgt über Schleimhäute (Mundschleimhaut, Gastrointestinaltrakt) z.b. Medikamente, Metalle und Kunststoffe aus Dentallegierungen. durch endogene Exposition z.b. Endoprothesen, Stents, Spiralen, Nägel, Platten, Zemente u. a. Diagnostik über Lymphozytentransformationstest 15

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17 Epikutantest und Lymphozytentransformationstest?

18 Für vorbeugend durchgeführte Untersuchungen ist der Epikutantest ungeeignet wegen der Gefahr der iatrogenen Sensibilisierung Bildquelle: Hansen et al. Tidsskr Nor Legeforen 2008; 128:433 5

19 Beim Epikutantest besteht die Gefahr der Sensibilisierung durch den selbst! Häufigkeit der Hauttestinduzierten Sensibilisierungen (nach 6 Monaten) 2,3 % bei Chrom 5,1 % bei Kobalt 0,6 % bei Nickel Agrup G et al. Br. J. Derm 1968; 80: 631

20 Allergische Reaktionen auf ein Implantat können sich auch gegen Knochenzementbestandteile richten

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22 Unverträglichkeit von Prothesenmaterialien Ionen-Freisetzung Kobalt-Basislegierungen Kobalt, Chrom Molybdän, Nickel Titanlegierungen Vanadium, Aluminium, Nickel Partikel-Abrieb (wear debris) Kobalt-Basislegierungen Reintitan (Titanlegierungen) Zementpartikel Polyethylenpartikel Knochenresorption Allergie Toxische systemische Effekte Periprothetische Entzündung aseptic loosening

23 Die Freisetzung von Metallen aus Endoprothesen in umliegendes Gewebe und ins Blut ist vielfach belegt. Periimplantäres Gewebe Cadosch et al., J Orthop Res Dorr et al. Clin Orthop Relat Res Blut Clarke et al. J Bone Joint Surg Br Lützner et al. Clin Orthop Relat Res Savarino L et al. J Biomed Mater Res Vendittoli et al. J Bone Joint Surg Br Mazoochian F et al. Acta Chir Belg Jacobs et al. J Bone Joint Am 1998

24 Die Metallspiegel sind im Blut oft über Jahre erhöht Spiegelbestimmung (EDTA-Blut) bei 166 Patienten mit Metall/ Metall-Hüftimplantaten Nikolaou et al., Bull NYU Hosp Joint Dis 2011

25 Die Metallfreisetzung kann aber auch zunehmen

26 Die Metallbestimmung sollte nicht aus Serum sondern immer aus EDTA-Vollblut erfolgen! J Bone Joint Surg 2007

27 Symptomatik der Kobalt-Toxizität Gedächtnisstörungen Depressionen Parästhesien Visus- und Hörverluste

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29 Nachweis erhöhter Kobalt- und Chromwerte im EDTA-Blut

30 Aktuelle Konsensusempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Endoprothetik, 2012

31 Problem: Es wird in der Praxis kaum gemessen! Hör- und Sehverlust oder Depression werden beim älteren Patienten als normale Alterungszeichen akzeptiert

32 Es gibt bisher kein einheitliches Verständnis.... ob und in welchen Abständen die Metalle (v.a. Kobalt) im Blut bestimmt werden sollten Aktuelle Konsensempfehlung der European Federation of National Associations of Orthopaedics and Traumatology (EFORT), der European Hip Society (EHS), der Arbeitsgemeinschaft Endoprothetik (AE)

33 Zusammenfassung: 1. Titanabrieb ist eine mögliche Ursache für die aseptische Implantatlockerung oder verzögerte Einheilung 2. Die Bedeutung der aus der Dentalimplantologie bekannten genetischen Prädispositionen (TNF-α/IL-1-Entzündungsneigung) ist denkbar aber bisher nicht zu belegen. Alternativen wie in der Zahnmedizin sind rar. 3. Unverträglichkeiten von metallischen Endoprothesenmaterial sind vorrangig toxikologisch und immunologisch bedingt 4. Das mögliche allergene Potential von Titan(legierungen) reduziert sich auf Aluminium, Vanadium und Nickel 5. Das allergene und vor allem das toxische Potential von Kobalt und Chrom aus Kobalt-Basislegierungen erscheint zum aktuellen Zeitpunkt bedeutsamer 6. Entsprechende klinische Studien sind rar. Das Problembewusstsein ist in der Praxis gering ausgeprägt.