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Medizin

Metalle aus Endoprothesen lagern sich in Knochen und Knochenmark ab

Dienstag, 11. August 2020

/peterschreiber.media, stock.adobe.com

Berlin – Metalle werden bei künstlichen Gelenken nicht allein durch die Reibung der Gelenkoberflächen freigesetzt. Sie lösen sich auch von den Außenflächen der Implantate. Mit einer hochauflösenden Synchrotron-Röntgenfluoreszenz-Analyse waren die Metallpartikel in der Knochenspongiosa und sogar im Knochenmark nachweisbar, wie aus einer Studie in Advanced Science (2020; DOI: 10.1002/advs.202000412) hervorgeht.

Mit einem künstlichen Gelenk aus Metall können sich Arthrosepatienten, die zuvor auf Analgetika angewiesen waren, wieder schmerzfrei bewegen. Entscheidend für den langfristigen Erfolg einer Endoprothese ist jedoch die stabile Integration in das umliegende Knochengewebe. Neben Infektionen gilt der Abrieb von Partikeln von der Oberfläche der Endoprothese als wichtige Ursache für eine Implantatlockerung. Zu den Abriebpartikeln gehören auch Metalle, die aufgrund der geringen Größe jedoch nur schwer nachzuweisen sind.

Mit der Röntgenfluoreszenzanalyse können Metalle in Gewebeproben identifiziert werden. Bei der Untersuchung wird eine Knochenprobe mittels Röntgenstrahlung dazu angeregt, Fluoreszenzröntgenstrahlung abzugeben, die dann mit einem Detektor gemessen wird. Anders als bei der klassischen Röntgenaufnahme, die nur Auskunft über die Dichte des Gewebes gibt, kann mit der Röntgenfluoreszenzanalyse bestimmt werden, welche Elemente sich an den einzelnen Stellen befinden. Ein Gerät an der „European Synchrotron Radiation Facility“ in Grenoble ermöglicht eine räumliche Auflösung von bis zu 30 Nanometer.

Ein Team um Sven Geißler am Julius-Wolff-Institut für Biomechanik und Muskuloskeletale Regeneration an der Berliner Charité hat dort Knochenproben von 14 Patienten untersucht, bei denen ein Hüft- oder Kniegelenk ersetzt werden musste.

Die jetzt vorgestellten Studienergebnisse zeigen, dass die Metallpartikel, die sich durch Verschleiß oder Korrosion von der Prothesenoberfläche gelöst haben, nicht auf die kollagenhaltige Schicht begrenzt bleiben, die sich um das Implantat herum bildet. Die Metalle waren laut den Autoren in „supraphysiologischen Konzentrationen“ auch in der Spongiosa des umgebenden Knochens nachweisbar. Einige hatten sogar das darunter liegende Knochenmark erreicht.

Im Knochenmark wurden alle drei Metalle (Kobalt, Chrom und Titan) nachgewiesen. Chrom war gleichmäßig über die gesamte Matrix verteilt, während Kobalt nur an einigen Stellen vorhanden war. In der Spongiosa hatten sich nur Kobalt und Chrom abgelagert. Die beiden Metalle waren dort auch in die knöcherne Substanz eingebaut worden. Die Massen­verhältnisse der Metalle unterschieden sich teilweise von den Legierungen in den Endoprothesen, was darauf hindeutet, dass sich die einzelnen Metalle aus den Partikeln gelöst haben.

Die Hersteller von Endoprothesen haben in den letzen Jahrzehnten mit neuen Kombinationen von Metallen und unterschiedlichen Legierungen experimentiert. Im Vordergrund stand dabei der Abrieb zwischen den Gelenkflächen, der minimiert werden sollte. Die Studie zeigt, dass auch die Auswirkungen der Materialien auf die Umgebung des Implantats berücksichtigt werden müssen, wobei der Blick nicht allein auf die Kollagen-haltige Schicht in der Umgebung der Prothese beschränkt bleiben darf.

Der Nachweis der Metalle im Knochenmark wirft im Prinzip auch Fragen zur hämatologischen Sicherheit auf, da das Knochenmark bekanntlich der Sitz der hämatopoetischen Stammzellen und damit Bildungsort für alle Blutzellen ist. © rme/aerzteblatt.de

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