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123. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie

02. bis 05.05.2006, Berlin

Belastung des Organismus durch metallische Verschleißprodukte von Stahl- und Titan-Osteosynthesen im Tierexperiment

Meeting Abstract

  • B. Hussmann - Klinik für Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Essen
  • B. Schmidt - Klinik für Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Essen
  • L. Podleska - Klinik für Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Essen
  • H. Uhlenkott - Klinik für Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Essen
  • corresponding author G. Taeger - Klinik für Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Essen

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie. 123. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie. Berlin, 02.-05.05.2006. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2006. Doc06dgch5754

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgch2006/06dgch379.shtml

Veröffentlicht: 2. Mai 2006

© 2006 Hussmann et al.
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Gliederung

Text

Einleitung: Bei einer Osteosynthesen-Versorgung stehen Implantate aus Fe-Cr-Ni-Legierungen (316L) und Titanbasisverbindungen (cpTi) zur Verfügung. Während der austenitische Stahl im Hinblick auf den Nickelanteil in die Kritik geraten ist, werden den Titanverbindungen schlechtere mechanische Eigenschaften attestiert.Zur Untersuchung von Biokompatibilität von metallischen Werkstoffen liegt ein Mangel an klinischen Daten vor. Diese Studie hat das Ziel, aktuelle quantitative und histologische Analysedaten zu dem Problem, ob durch Stahl- und/oder Titan-Osteosynthesen im Organismus metallische Verschleißprodukte akkumuliert werden und welche Gewebereaktionen darauf erfolgen, zu ermitteln und zu vergleichen.

Material und Methoden: Je 15 Kaninchen (New Zealand; 3,2 kg) sind Platten aus 316L bzw. aus cpTi an der Tibia unter i.v.-Anästhesie implantiert worden. Alle Tiere wurden unter gleichen Bedingungen gehalten. Den nach 8 Wochen geopferten Tieren wurden Gewebeproben ohne Kontamination aus dem Plattenlager, den Lymphknoten und den Organen Leber, Milz, Peritoneum entnommen (Kera-knife®). Für die folgende Spektrometrie (ICP-OES) wurde das Probenmaterial verascht, sodass durch Lichtabsorption der elementspezifischen Wellenlänge die Konzentration der Metalle Ti, Fe, Cr, Ni und Mn verdeutlicht werden konnte. Das Spektrometer lieferte Messdaten im Wellenlängenbereich zwischen 125 und 770 nm. Die mikroskopische Untersuchung (Durchlichtmikroskop) gab gemäß Mirras modifizierter Klassifizierung Aufschluss über Veränderungen der Zellularität und Zellmorphologie. Die Ergebnisse sind als Durchschnittswerte dargestellt (SEM). Es wurden nur die Gewebeproben verwendet, bei denen in der ICP-OES p<0,05 nachgewiesen wurde. Dieses betraf Proben aus Milz und Plattenlager. Nach Fixierung und Einbettung der Präparate fand eine Standardfärbung mit Hämatoxylin und Eosin statt. Für die Untersuchung von Fremdkörperreaktion auf Verschleißpartikel und dadurch bedingte Inflammation erfolgte die Detektion der Antigen-präsentierenden Makrophagen durch immunhistochemische Markierung mit einem kaninchenspezifischen Makrophagen-Antikörper (MAK+).

Ergebnisse: Sowohl im OP-Gebiet als auch in parenchymatösen Organen wurden Metallpartikel nachgewiesen. Quantitativ betrachtet lagen die Ti-Vorkommen mit (3944,7 µg/g) insgesamt deutlich höher als Ni (1634,1 µg/g) und Cr (989 µg/g). Unter lokalem Gesichtspunkt ist festzustellen, dass Ti zu 99% im Plattenlager existierte (3900,4 µg/g), Ni hauptsächlich in der Milz (1066 µg/g). In keiner Gruppe wurden derartige Partikel in Lymphknoten nachgewiesen. Es lagen bei allen Werkstoffen inflammatorische Reaktionen vor. In dieser Studie zeigte sich in der cpTi-Gruppe die stärkste Ausprägung der Fremdkörperreaktionen mit 1,7 MAK+ bis 30,3 MAK+-Zellen im Gegensatz zu 2,6 MAK+ bis 18,8 MAK+-Zellen in der 316L-Gruppe. Es bestand ein Zusammenhang zwischen der Aktivierung der Makrophagen und der Quantität der Partikel bzw. dem jeweiligen Ni-Anteil.

Schlussfolgerung: Die Studie gibt den Hinweis, dass die Quantität der Partikel durch die Materialzusammensetzung des Werkstoffs und den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften beeinflusst wird. Ferner gilt: Je höher die Konzentration der Partikel bzw. je höher der Ni-Anteil der Verschleißprodukte umso höher die Anzahl der Entzündungszellen. Die Ti-Konzentration kann dabei um ein Vielfaches höher sein, bevor die Abwehrzellen die gleiche Reaktion zeigen wie beim Ni. Fraglich ist, ob Verschleißpartikel über Lymphbahnen in die Organe gelangen.