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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

21. - 24.10.2009, Berlin

Tierexperimentelle Untersuchung zum Einfluss einer neuartigen Oberflächenstrukturierung von monolithischen Keramikimplantaten auf das Knocheneinwachsverhalten in vivo

Meeting Abstract

  • R. Burgkart - TU München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany
  • S. Eichhorn - TU München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany
  • Z. Elias - TU München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany
  • B. Theelke - CeramTec AG, Medizintechnik, Plochingen, Germany
  • T. Pandorf - CeramTec AG, Medizintechnik, Plochingen, Germany
  • T. Obst - TU München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 21.-24.10.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. DocEF13-1273

DOI: 10.3205/09dkou037, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou0377

Veröffentlicht: 15. Oktober 2009

© 2009 Burgkart et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Keramische Implantate gelten bekanntermaßen als bioinert und Versuche eine stabile, dauerhafte Osseointegration direkt in den keramischen Werkstoff (z.B. monolithische Keramikpfanne Autophor) zu erreichen, schlugen bisher in der Regel fehl. Andererseits zeigen neue Hart-Hart-Paarungen aus Verbundkeramik (BIOLOXdelta) minimale Verschleißraten und erheblich verbesserte Festigkeitswerte. Um diese tribologischen und materialimmanenten Vorteile zukünftig auch in Form monolithischer Keramikimplantate – ohne Metalback Hybridversion mit entsprechender Bauhöhenproblematik – nutzen zu können, war es Ziel der vorliegenden Studie tierexperimentell den Einfluß einer neuartigen Oberflächenstrukturierung einer Keramikoberfläche auf das Knocheneinwachsverhalten in vivo mittels biomechanischer Tests zu evaluieren.

Methodik: Verwendet wurden Zylinder identischer Größe (Radius=4 mm, Länge=11mm) aus Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Verbundkeramik (BIOLOXdelta) mit unstrukturierter Oberfläche (UO) (Rauheit Ra= 0,72–0,86 µm) vs. einer strukturierten Oberfläche (SO) (Porengröße 520–660 µm), die mittels eines neuentwickelten Verfahrens hergestellt wurde. Je 2 Keramikzylinder (UO vs. SO) wurden im Bereich des distalen Femurs bzw. der proximalen Tibia jeweils von lateral bzw. medial in spongiösen Knochen von 12 adulten Merinolandschafen implantiert (insgesamt n=24 UO, n=24 SO). Die verschiedenen Implantatpositionen wurden nach einem vorgegebenen Schema seitengleich, alternierend gesetzt. Nach 4 Wochen wurden die Tiere euthanasiert und die knöcherne Integration der Zylinder der distalen Femora mittels biomechanischen Push-Out Tests (Prüfmaschine Wolpert TZZ 707) evaluiert. Die Daten wurden mittels t-Test statistisch analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Bei den Push-Out-Tests der unstrukturierten Implantatzylinder (n=12) mussten durchschnittlich 237,8 N (SD ±186,7) (entsprechend 0,9 MPa (±0,7)) aufgebracht werden, während für die strukturierten Zylinder (n=12) im Mittel 1624,6 N (±872,7) (entsprechend 5,9 MPa (±3,1)) notwendig waren. Dieser Unterschied war statistisch hochsignifikant (p< 0,00002).

Mit dieser Studie konnte gezeigt werden, dass bei identischem Implantatmaterial in Form einer neuartigen Verbundkeramik – die bisher als bioinert eingeschätzt worden ist – durch eine geeignete Oberflächenstrukturierung signifikant höhere Ausdruckkräfte als bei unstrukturierter Oberfläche notwendig sind. Dabei sind die Ausdruckkräfte der strukturierten Implantate gleichwertig bzw. höher als bei vergleichbaren Tierexperimenten mit osseointegrierten Titanimplantaten nach 4 Wochen. Zur Bewertung des Knochen-Keramikimplantat-Interface stehen noch histologische Analysen (tibiale Zylinder) aus. Zusammenfassend zeigt die tierexperimentelle Studie erstmalig für ein neues Oberflächenstrukturierungsverfahren die entscheidende Bedeutung der Oberflächengeometrie bei identischem keramischen Grundkörper und dass derartige Implantate in vivo biomechanisch fest im Knochen verankerbar sind.