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67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

11. bis 16.11.2003, Messe/ICC Berlin

Chirurgische Problematik der Implantatallergie

Kurzbeitrag (DGU 2003)

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  • Stephan Perren - Davos

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 11.-16.11.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. Doc03dguA23-1

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2003/03dgu0143.shtml

Veröffentlicht: 11. November 2003

© 2003 Perren.
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Gliederung

Text

Mehrere Implatatmaterialien enthalten bekannte Allergene und setzen diese im Körper frei. Die Häufigkeit von Hautallergien auf z.b. Nickel ist bei jungen Frauen mit bis 40% (meist als Folge des Piercings) erstaunlich hoch [1], doch sind Allergien auf Stahlimplantate relativ selten [2]. Da der Verdacht besteht, dass Allergien die Abwehr von Infekten beeinträchtigen sind nicht nur die offensichtlichen Allergien, sondern auch klinisch blande Formen von grundlegendem Interesse. Das Gebiet der Implantatallergien ist komplex, da oft mechanische Vorteile gegen das unbestimmte Risiko der Allergie abgewogen werden müssen. Besteht aber beim Patienten eine bekannte Allergien auf Elemente der Implantatmaterialien, ist es generell angezeigt auf Implantatmaterialien auszuweichen, die für den Patienten allergenfrei sind. Die Möglichkeit dazu besteht seit der Entwicklung von Titan Implantaten.

Neben den Nachteilen der offensichtlichen Reaktion auf Implantat-Allergene, wie z.b. schmerzende oder juckende Hautreaktionen besteht die Möglichkeit, dass durch die Störung der Immunologie des Patienten auch die Infektabwehr geschwácht werden kann. In kritischen Situtationen mit kontusionierter Haut stellt sich auch die Fragen nach der Störung der Wundheilung. Über Störungen der Frakturheilung bei allergischen Reaktionen ist wenig bekannt.

Voraussetzung für die Entstehung von Implantat Allergie ist, dass Ionen der Metalle oder ihrer Legierungen ins Gewebe übertreten. Dieser Prozess, Korrosion, wird durch die Zusammensetzung der Körperflüssigkeit, die dem Meerwasser ähnlich, einen relativ hohen Salzgehalt aufweist begünstigt. Damit stellen sich an die Korrosionsresistenz der Implantatmaterialien hohe Anforderungen. Die heute üblichen Implantat-Materialien sind als isolierte Metalle sehr korrosionsfest, da die Oberfläche der verwendeten Metalle sich durch eine Passivschicht geschützt ist. Wird diese Passivschicht durch Reibung zerstört, wird der Korrosionsprozess um ein Vielfaches verstärkt. Dies erklärt warum in der Literatur die Frage nach dem Zusammenhang zwischen Instabilität, Korrosion, Metallallergie und Implantatlockerung noch offen ist.

Eindrückliche Einzelfälle sind in der Literatur beschrieben vor allem aus der Zeit, da die Implantatmaterialien noch wenig korrosionsresistent waren. Ein eindrücklicher Fall wurde vor Jahren beschrieben [Contzen H, pers. comm.]: Ein Patient, dem ein Stahldraht implantiert worden war, reagierte mit der Zeit allergisch. Die Entfernung des Drahtes brachte keine Besserung bis in einem zweiten Eingriff ein winziges Drahtsegment ebenfalls entfernt wurde. Daraufhin heilte die Reaktion vollständig ab.

Der Zusammenhang zwischen Allergie und Infektresistenz interessierte schon früh [3]. Die Untersuchungen der lokalen Resistenz auf Stahl- und Titanimplantate ergaben vor allem bei Mehrkomponenten Implantaten (Platten und Schrauben) [4] gegenüber Einkomponenten Implantaten (Nagel) [5] auffallend unterschiedliche Resultate. Dies dürfte mit der stärkeren Korrosion des Stahls bei Kontakt von Implantatanteilen, die gegeneinander reiben (Fretting) erklärt werden.

Es wäre für den Kliniker von grundlegendem Interesse über Methoden zu verfügen, die erlauben Patienten vor der Implantation auf Metall-Allergie zu testen. Wesentlich ist, dass derartige Methoden nicht ihrerseits zu Präsensibilisierung führen und nicht von der Haut als Reaktionsorgan abhängen. Bis heute sind derartige Methoden, wie z.b. die Messung der Migration der weissen Blutkörper (LIF) untersucht worden. Dabei ergaben Proben von Allergikern meist positive Resultate. Gegenüber diesen retrospektiven Tests ist der LIF Test jedoch prognostisch noch zu unsicher. LTT (MELISA) [6] und neuerdings auch ELISpot [7] scheinen mehr zu versprechen. Gegen den LTT Test spricht, dass eine knapp wochenlange Kulturperiode notwendig ist und damit die Methode nur bei Wahloperationen sinnvoll ist.

Als Implantatmaterialien kommen heute im wesentlichen die Metalle: Stahl, Chrom-Cobalt, Titan rein oder legiert in Frage. Von diesen enthält der Stahl Nickel und Chrom, er wird vor allem für Osteosynthese Implantate verwendet [8]. Chrom-Cobalt Legierungen enthalten, wie der Name sagt, die zwei Allergene Chrom und Cobalt, diese Legierung ist im Vitallium früherer Osteosynthese Implantate und in heute gängigen Prothesen enthalten. Reines Titan (sog. c.p. Titan) enthält nur Spuren von Eisen und ist mit Sauerstoff legiert. Bisher sind keine Allergien auf Rein-Titan bekannt. Keine der uns bekannten Beobachtungen von sogenannten Titanallergien sind an reinem Titan ohne zusätzliche, mögliche Allergene gemacht worden. Die im technischen Bereich weit verbreitete TAV Legierungen, besteht aus Titan mit Aluminium und Vanadium. Von diesen ist Vanadium ein bekanntes Allergen [9].

Der nickelhaltige Stahl ist trotz der biologischen Zweitrangigkeit immer noch ein generell angewandtes Implantatmaterial. Stahl bietet mechanisch hohe Festigkeit bei sehr guter Duktilität, d.h. Anformbarkeit zusammen mit einem günstigeren Preis. Reines Titan ist hervorragend in bezug auf die biologische Verträglichkeit bei sehr guter Korrosionsresistenz, es weist aber technische Charakteristika auf, die bei der Anwendung berücksichtigt werden müssen. Die Festigkeit ist etwas geringer als jene von Stahl. Dies kann jedoch mit einer geringen Erhöhung der Dimensionen kompensiert werden. Die geringere Duktilität von Titan kann vor allem Experten mit Stahlerfahrungen überraschen. Dreht der Chirurg eine Schraube fest bis er die plastischen Verformung fühlt, tritt bei Titan der Bruch überrraschend ein. Die neueren Implantate, wie die inneren Fixateure mit Schrauben, die im „Plattenloch" blockiert sind, werden durch das Blockieren vor Bruch geschützt. Eine neuere Studie mit dem sogenannten PC-Fix [10] beobachtete bei klinischer Anwendung von 2000 Schrauben aus Reintitan keinen Bruch während des Eindrehens. Die Blockierung der Schrauben im Plattenloch vermeidet auch das Fretting und vermeidet damit die Quelle der Korrosion, die die Allergene im Körper freisetzt.

Viele Aspekte der Metallallergien sind heute noch ungelöst, vor allem weil keine handlichen und sicheren Methoden der Diagnose von Implantat Allergien allgemein anwendbar sind. Es ist aber erfreulich zu sehen, dass diese Problematik in der Literatur neuerdings oft erscheint. Die Aspekte des Zusammenhangs zwischen Infektanfälligkeit und Allergie, sowie jene zwischen Implantatlockerung und Allergie oder Allergie und Implantatlockerung bedürften auch heute noch weiterer Abklärung.


Literatur

1.
Mattila L, Kilpelainen M, Terho EO, Koskenvuo M, Helenius H, Kalimo K. Prevalence of nickel allergy among Finnish university students in 1995. Contact Dermatitis. 2001 Apr;44(4):218-23.
2.
Swiontkowski MF, Agel J, Schwappach J, McNair P, Welch M. Cutaneous metal sensitivity in patients with orthopaedic injuries. J Orthop Trauma. 2001 Feb;15(2):86-9.
3.
Hierholzer S, und Hierholzer G. Metal allergy as a pathogenetic factor in bone infection following osteosynthesis Unfallheilkunde. 1984 Jan;87(1):1-6
4.
Eijer H, Hauke C, Arens S, Printzen G, Schlegel U, Perren SM. PC-Fix and local infection resistance--influence of implant design on postoperative infection development, clinical and experimental results. Injury. 2001 Sep;32 Suppl 2:S-B38-43
5.
Melcher GA, Hauke C, Metzdorf A, Perren SM, Printzen G, Schlegel U, Ziegler WJ. Infection after intramedullary nailing: an experimental investigation on rabbits. Injury. 1996;27 Suppl 3:SC23-6
6.
Valentine-Thon E, Schiwara HW. Validity of MELISA for metal sensitivity testing. Neuroendocrinol Lett. 2003 Feb-Apr;24(1-2):57-64
7.
Lindemann M, Bohmer J, Zabel M, Grosse-Wilde H. ELISpot: a new tool for the detection of nickel sensitization. Clin Exp Allergy. 2003 Jul;33(7):992-8
8.
Rahilly G, Price N. Nickel allergy and orthodontics. J Orthod. 2003 Jun;30(2):171-4
9.
Cancilleri F, De Giorgis P, Verdoia C, Parrini L, Lodi A, Crosti C. Allergy to components of total hip arthroplasty before and after surgery. Ital J Orthop Traumatol. 1992;18(3):407-10
10.
Haas N, Hauke C, Schutz M, Kaab M, Perren SM. Treatment of diaphyseal fractures of the forearm using the Point Contact Fixator (PC-Fix): results of 387 fractures of a prospective multicentric study (PC-Fix II). Injury. 2001 Sep;32 Suppl 2:S-B51-62