cahier scientifique revue technique luxembourgeoise

20 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 2 | 2010
aufgeführten Spacerarten sind mit einer in den Zement eingelassenen
metallischen Verstärkung gefertigt, um die mechanische
Belastbarkeit der Konstrukte zu verbessern, ohne
dass den Patienten eine Vollbelastung zugestanden wird.
Eine Vielzahl verschiedener Verstärkungen sind beschrieben,
wobei ausgehend vom einfachen Kirschnerdraht, über
Osteosyntheseplatten bis zu eingelassenen Prothesenstielen
viele Variationsmöglichkeiten existieren und als Endoskelett
bezeichnet werden, wobei der biomechanische Nachweis
der Belastbarkeit dieser Konstrukte bis dato nur sporadisch
geführt wurde.
Vor dem Hintergrund einer mangelnden Verfügbarkeit
standardisierter Spacermodelle und des wissenschaftlichen
Forschungsdefi ztes wurde an der Klinik für Orthopädie
und Orthopädische Chirurgie des Universitätsklinikums
des Saarlandes (Homburg/Saar) ein eigenes Spacersystem
entwickelt. Bei der Planung orientierte man sich an einem
Xenophor Prothesenstiel der Firma Osteo (Schweiz), wobei
zur universellen Einsatzfähigkeit, bezüglich der Abmaße,
die kleinste Stielgröße gewählt wurde. Die Kopfgröße des
Spacers ergab sich aus der Exploration der in der Klinik für
die Primärendoprothetik am häufi gsten gewählten Schraubpfannengröße.
Mit Hilfe einer zweiteiligen Gussform sind
die Spacer intraoperativ herstellbar, die Implantation des
Konstruktes erlaubt neben der physiologischen Teilfunktion
des Gelenkes auch eine optionale, keimadaptierte Antibiotikazumischung.
Nach Kelm [2008] ist jedoch selbst bei Teilbelastung der
Spacerbruch die häufi gste und schwerwiegendste Spacerassoziierte
Komplikation. Die Patienten werden daher angewiesen,
die betroffene Hüfte möglichst wenig bis gar nicht
zu belasten. In der Literatur werden Spacerbrüche unter
Teilbelastung mit einer Häufi gkeit von bis zu 25% angegeben,
wobei der Anteil von Brüchen handgeformter Spacer
deutlich höher liegt und die Bedeutung einer standardisierten
Herstellung mittels Formgebungssystem hervorhebt.
Erste Prothesentestung
Ziel dieses Forschungsprojektes war es daher, die mechanische
Belastbarkeit des an der Klinik für Orthopädie und Orthopädische
Chirurgie des Universitätsklinikums des Saarlandes
(Homburg/Saar) verwendeten Spacers zu ermitteln und
unter Berücksichtigung möglicher physiologischer Belastungen
hinsichtlich seiner Belastbarkeit zu optimieren. Die Belastung
muss dabei sowohl vom Spacer, als auch vom Femur
selbst, unbeschadet aufgenommen werden können.
Untersuchungen zu den mechanischen Eigenschaften
des verwendeten Knochenzements (Palacos®) zeigten
ein sprödes, viskoelastisches Materialverhalten, wobei die
mechanischen Festigkeiten stark mit der Porosität des Zementes
und damit mit den Anrührbedingungen und der
Zugabemenge von Antibiotika korrelierten.
Die mechanische Testung der Spacer erfolgte – zur besseren
Vergleichbarkeit der Ergebnisse – in Anlehnung
an die Norm zur Dauerbelastung von Hüftendoprothesenschäften
(ISO 7206). Da diese Norm den Dauerschwingversuch
an herkömmlichen Hüftendoprothesen
beschreibt, erfolgte eine für diese Spacer geeignete
Modifikation. Die tatsächlich aufgetretene Bruchebene
beim Patienten wurde statistisch ermittelt und verschiedene
Spacer wurden zur Testung im Labor bis zur Höhe
dieser Bruchebene in Polyurethan eingespannt. Die maximale,
quasi-statische Belastung dieser Spacer lag bei
einer Hüftkraft zwischen 650 bis 1000 N (65-100 kg).
Bei einer Simulation mehrerer Belastungszyklen (entsprechend
der Schritte beim Gangzyklus Gehen etc.) reduzierte
sich die Belastungsgrenze weiter.
Abb.2_ Testwinkel des Rohlings nach ISO 7206 und Einbauanordnung in einer
Prüfmaschine
Berechnung der Kontakt- und Muskelkräfte
Um nun die vorhandene Belastbarkeit der Spacer mit
den tatsächlich auftretenden Kräften an der Hüfte des
Patienten vergleichen zu können, wurde ein sog. muskuloskelettales
Modell am Computer erstellt, mit dem
tatsächlich auftretende Hüftkräfte für verschiedene Alltagsaktivitäten
(z.B. Gehen, Treppensteigen etc.) simuliert
und unter dem Einfluss der Muskelkräfte ermittelt
werden können. Die auf den Hüft- bzw. Spacerkopf einwirkende
Kraft wurde dabei abhängig von der simulierten
Aktivität mit dem ca. 3- bis 4-fachen Körpergewicht
bestimmt. Unter Berücksichtigung eines 80 kg schweren
Patienten würde demnach eine Hüftkraft von 2400 bis
3200 N (240 bis 320 kg) erreicht.