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Fragestellung: Trotz des Einsatzes von Antibiotika und verbesserter Operationstechniken treten periprothetische Infektionen (PPI) bei 1-3% und 3-15% aller Primär- und Revisionsarthroplastien am Knie auf. Wir vermuten, dass PPI die knöchernen Gelenkkomponenten des Knies nachhaltig beeinflussen. Diese durch Zytokine und Zell-Zell-Interaktionen vermittelten Veränderungen sind möglicherweise an dem erhöhten Risiko für aseptische Lockerung und rezidivierende PPI nach stattgehabter PPI beteiligt. In dieser Studie wird der mögliche Einfluss von PPI auf den Knochenstoffwechsel des Femurs untersucht.

Methodik: Es wurden insgesamt 30 menschliche Proben analysiert (12 PPI, 18 Kontrolle). Proben wurden beim septischen Ausbau und beim Wiederaufbau der Prothese am distalen Femur entnommen. Gewebeproben von Patienten, bei denen eine primäre Knie-TEP geplant war, wurden als Kontrollgruppe verwendet.

Die Proben wurden mittels quantitativer Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) auf eine veränderte Expression von Knochenstoffwechsel-Markern untersucht. Analysiert wurden FGF2 (Basic Fibroblast Growth Factor), GDF5 (Growth/differentiation factor 5), IGF1 (Insulin-like Growth Factor 1), Osteocalcin, Runx2 (Runt-related Transcription Factor 2) und TNFAIP6 (Tumor necrosis factor-inducible gene 6 protein).

Micro-CT-Analysen wurde zur Beurteilung der trabekulären Dicke, des trabekulären Abstands sowie der Knochendichte (Knochenvolumen/Gesamtvolumen) verwendet, um Knochenumbauvorgänge zu quantifizieren.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Expression von Osteocalcin war in Patienten mit PPI um 189,0% (p=0,002) erhöht. Im Gegensatz dazu war die Expression von FGF2 um 23,3% (p=0,012) vermindert. Beim Wiederaufbau kehrte die Expression dieser beiden Marker nicht auf physiologische Werte zurück, sondern blieb im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant verändert. Zusätzlich wurde ein statistischer Trend zu einer verminderten Expression von GDF5 (-8,7%), IGF1 (-6,5%), Runx2 (-13,2%) und TNFAIP6 (-6,5%) beobachtet. Die Expression aller Marker blieb beim Prothesen-Wiederaufbau unter den Kontrollwerten.

Analog dazu nahmen die trabekuläre Dicke (Tb.Th) und der intertrabekuläre Abstand (Tb.Sp) bei der Explantation um 79,5 % bzw. 32,1 % zu, kehrte jedoch bis zur Reimplantation zu ähnlichen Werten wie in der Kontrollgruppe zurück (-2,2 % bzw. -17,6 %). Die Knochenmineraldichte war beim septischen Ausbau um 16,3 % und bei Prothesen-Wiederaufbau um 21,0 % verringert.

Unsere vorläufigen Daten zeigen signifikante Differenzen in der Expression von knochenmetabolischen Markern, die auf Effekte von PPI auf das Knochengewebe auf zellulärer und mikrostruktureller Ebene in der Nähe der Knieprothese deuten. Die Genexpression zum Zeitpunkt der Reimplantation deutet darauf hin, dass der Knochenstoffwechsel, trotz eines zweizeitigen Prothesenwechsels, nicht komplett zu auf Ausgangsniveau wiederhergestellt werden kann. Diese Beeinträchtigung des Knochenmetabolismus trägt möglicherweise zu den hohen Rezidivraten nach PPI-bedingten Revisionen deutlich bei.