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30 XPE Prof. Dr. Dipl.-Ing. Rainer Bader Dipl.-Ing. Carmen Zietz zungsgrade. Zudem gibt es Verfahren, bei welchen das Polyethylen im erwärmten Zustand bestrahlt wird. Bei der Bestrahlung werden chemische Bindungen aufgebrochen und freie Radikale gebildet. Die erneute Bindung der freien Radikale untereinander bewirkt die zusätzliche Quervernetzung der Polymerketten. Da sich nicht alle freien Radikale erneut binden, verbleiben diese im Polyethylenmaterial und können in Verbindung mit dem Luftsauerstoff zur Versprödung des Materials führen. Daher erfolgt die Bestrahlung bzw. Quervernetzung unter Sauerstoffausschluss, um oxidative Prozesse im Material zu reduzieren. Durch nachträgliche Erwärmungsprozesse, oberoder unterhalb der Schmelztemperatur des Polyethylens, werden verbleibende freie Radikale reduziert. Durch abwechselnd wiederholtes Bestrahlen und Erwärmen wird versucht, den Vernetzungsgrad zu verbessern. Ein neuer Ansatz, die freien Radikale abzufangen, ist die Beigabe von Vitamin E. Dieses kann dem quer- bzw. hochvernetzten Polyethylen (X-PE) durch Diffusion oder durch Beimischung im Rohstoff, das heißt vor dem Vernetzungsprozess, zugeführt werden. Vitamin E bindet die freien Radikale bzw. verhindert deren Bindung an Sauerstoff und beugt somit der weiteren Bildung freier Radikale vor. 2 Die Abbildung 1 zeigt die heute üblicherweise verwendeten Verfahren und deren mögliche Kombination. Die anschließende Sterilisierung der quervernetzen Implantate erfolgt durch Gas-Plasma, Ethylenoxid oder ionisierende Strahlung mit einer Dosis unterhalb der Vernetzungsbestrahlung, um eine weitere ungewollte Vernetzung des X-PE zu verhindern. Ergebnisse Die durch Bestrahlung quervernetzten und mittels Temperierung oder Vitamin E stabilisierten Polyethylene zeigen in Simulatorstudien von Hüft- und Knieendoprothesen eine deutliche Reduzierung der Abriebmenge gegenüber konventionellem UHMWPE. Bei aktuellen In-vitro-Untersuchungen der Abriebpartikel wurden keine Unterschiede in der Größenverteilung der PE-Partikel festgestellt. Durch das geringere Abriebvolumen sind die biologisch aktiveren kleineren Partikel reduziert. Laut Galvin et al. scheint X-PE damit eine geringere funktionelle biologische Aktivität zu haben als UHMWPE. 3 Die quervernetzten Polyethylene werden seit knapp 10 Jahren klinisch eingesetzt und bis heute vorwiegend in der Hüftendoprothetik verwendet. Klinische Follow-up-Studien bestätigen eine Reduzierung der Abriebrate gegenüber konventionellem UHMWPE. 4,5 Zudem weisen explantierte Pfanneneinsätze aus X-PE geringere Abrieb- und Oxidationsspuren auf. 6 Längerfristige klinische Ergebnisse zu den neuen mit Vitamin E stabilisierten hochvernetzten Polyethylen-Implantaten stehen noch aus. Zusammenfassend zeigen die verwendeten quervernetzten Polyethylene als Gleitpartner in der Hüftendoprothetik bislang sehr gute kurz- und mittelfristige Ergebnisse in der klinischen Anwendung. Inwieweit der Einsatzbereich der neuen quer- bzw. hochvernetzten Polyethylene auf die Knieendoprothetik ausgedehnt werden kann, müssen derzeit laufende klinische Follow-up- Studien bestätigen. Literatur: 1 Muratoglu OK, Bragdon CR, O’Connor DO, Jasty M, Harris WH. A Novel Method of Cross-Linking Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene to Improve Wear, Reduce Oxidation, and Retain Mechanical Properties. J Arthroplasty 2001 February; 16(2):149–60. 2 Oral E, Wannomae KK, Hawkins NE, Harris WH, Muratoglu OK. -Tocopherol doped irradiated UHMWPE for high fatigue resistance and low wear. Biomaterials 2004;25(24):5515–22 3 Galvin AL; Tipper JL; Jennings LM; Stone MH; Jin ZM; Ingham E; Fisher I. Wear and biological activity of highly crosslinked polyethylene in the hip under low serum protein concentrations. Proc Inst Mech Eng H 2007 January; 221(1):1–10 4 Garcia-Rey E, Garcia-Cimbrelo E, Cruz-Pardos A, Ortega-Chamarro J. New polyethylenes in total hip replacement: a prospective, comparative clinical study of two types of liner. J Bone Joint Surg Br 2008 February;90(2):149–53 5 Digas G, Karrholm J, Herberts P. 5-year experience of highly crosslinked polyethylene in cemented and uncemented sockets - Two randomized studies using radiostereometric analysis. Acta Orthop 2007;78(6):746–54 6 Kurtz SM, MacDonald D, Brenner E, Medel FJ, Hozack WJ, Purtill JJ, Paravisi J, Austin M, Goldberg VM, Kraay MJ, et al. In vivo oxidation, oxidation potential, and clinical performance of first and second-generation highly crosslinked acetabular bearing for THA. Poster 1790. San Francisco, CA; 2008
Medizintechnik Vitamin E gegen Oxidation Polyethylen E1 nun auch für das Vanguard Kniesystem Verbesserte mechanische Eigenschaften, wirksamer Oxidationsschutz und ein äußerst geringer Abrieb sind die großen Vorteile des neuen, von Biomet entwickelten Gleitpaarungsmaterials Polyethylen E1. Bisher war das E1 nur als Inlayoption für das Exceed ABT Hüftpfannensystem erhältlich. Jetzt ist es auch für das Vanguard Kniesystem verfügbar, und zwar in den Optionen CR, CR Lipped, AS, PS und PS Plus. Bei der Herstellung des E1 wird das Vitamin E in einem patentierten Verfahren in das zuvor hochvernetzte Polyethylen diffundiert. Dort bindet es die bei der Vernetzung entstandenen freien Radikale, die bei herkömmlichen hochvernetzten Polyethylenen Oxidation und eine Versprödung des Materials verursachen können. Das Vitamin E verhindert jedoch die Oxidation und sorgt damit für eine extrem niedrige Abriebrate. Tests bestätigen eine Reduzierung des Verschleißes um 87 Prozent bei Knie-Gleitpaarungen im Vergleich zu konventionellem PE. • Oxidationsstabil und abriebfest • Patentierte 1:1-Kongruenz in der Frontalebene • Entlastung der Patellasehne ermöglicht größeren Bewegungsumfang • Kompressionsverschluss gegen Mikrobewegungen Literatur: Biomet Biomaterials Laboratory „The revolutionary second generation vitamin E stabilsed highly crosslinked UHMWPE“ Jan 2007 31
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