Lokale und systemische Reaktion auf Verschleißpartikel*: Vergleichende In-vivo-Studie mit Titan und rostfreiem Stahl

B. Burian; M. A. Wimmer; J. Kunze; C. Sprecher; O. Schmitt; C. N. Kraft

doi:10.3139/120.100646

Article

Lokale und systemische Reaktion auf Verschleißpartikel*

Vergleichende In-vivo-Studie mit Titan und rostfreiem Stahl

B. Burian , M. A. Wimmer , J. Kunze , C. Sprecher , O. Schmitt and C. N. Kraft

Published/Copyright: May 28, 2013

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From the journal Materials Testing Volume 47 Issue 4

Kurzfassung

Es ist bekannt, dass Abriebpartikel und ihre Korrosionsprodukte von chirurgischen/orthopädischen Implantaten zu einem Implantatversagen führen können. Mittels des Rückenhautkammermodels und der intravitalen Mikroskopie quantifizierten wir die mikrozirkulatorischen Parameter nach Konfrontation mit Titan- und Edelstahlabrieb sowie -platten. Obwohl kein genereller Vorteil von Platten gegenüber den Partikeln gezeigt werden konnte, vermochten Partikel, abhängig von ihrer Zusammensetzung, eine akute Inflammation zu induzie-ren, die zu einem Endothelschaden und schließlich zu einem Mikroperfusionsversagen führten. Darüber hinaus konnte mittels der Organ- und Blutanalyse eine systemische Verteilung von Partikeln, respektive der beinhalteten Elemente, nachgewiesen werden.

Abstract

It is known that wear debris and corrosion products of surgical implants may have profound consequences which can lead to an implant failure. Using the skinfold chamber model and intravital microscopy we quantified skeletal muscle microcirculatory parameters after confrontation with titanium and stainless steel wear debris, comparing these results with those of bulk materials. Though a general benefit of bulk versus debris could not be shown, we found that, depending on its constituents, wear debris is capable of eliciting an acute inflammation which may result in endothelial damage and subsequent failure of microperfusion. Furthermore a systemic distribution of wear, depending on his constituents, could be shown by organ- and blood analysis.

Dr. med. Björn Burian, Jahrgang 1974, studierte von 1995–2002 Humanmedizin an der Rheinischen Friedrich Wilhelms Universität in Bonn. Im Anschluss begann er seine Ausbildung an der Klinik und Poliklinik für Orthopädie der Universität Bonn und ist zur Zeit im Universitätsspital Basel, Departement Chirurgie, tätig. Nach zwischenzeitlichen Forschungsaufenthalten in der Joint Replacement Gruppe am AO-Forschungsinstitut in Davos promovierte er an der Universität Bonn im Themenbereich der lokalen mikrozirkulatorischen Reaktion auf Abriebpartikel von Titan und rostfreiem Edelstahl an Hamstern. Weitere Forschung in diesem Gebiet erfolgt im Rahmen von Untersuchungen zur systemischen Verteilung von Abriebprodukten sowie über das lokale Gefäßverhalten weiterer Werk-stoffe.

Dr.-Ing. Markus Anton Wimmer, Jahrgang 1965, studierte Maschinenbau von 1986–1992. Seine Dissertation über Verschleißmechanismen am künstlichen Kniegelenk schloss er 1999 an der Technischen Universität Hamburg-Harburg im Arbeitsbereich Biomechanik ab. Von 1997–2001 leitete er die Joint Replacement Gruppe des AO-Forschungsinstitutes in Davos und untersuchte den Abrieb verschiedenster Werkstoffpaarungen für den künstlichen Gelenkersatz sowie dessen Wirkung auf den Organismus. Heute ist er am Rush University Medical Center in Chicago als Assistenzprofessor für den Arbeitsbereich Tribologie zuständig.

Dipl. Ing. Joachim Kunze, Jahrgang 1950, studierte an der FH Münster und Steinfurt Chemieingenieurwesen und dilpomierte mit dem Fokus auf analytische Chemie. Anschließend war er als Forschungs- und Entwicklungsingenieur bei der Forschungsanstalt für Fischerei im Isotopen Laboratorium in Hamburg tätig. Später erfolgte der Wechsel als Planer und Leiter an das Zentrallabor Chemische Analytik der Technischen Universität Hamburg-Harburg. Hier ist arbeitet er als Spezialist für anorganische und organische analytische Chemie mit dem Forschungsschwerpunkt: Spurenelemente in biologischen Materialien. Er ist Mitglied der Rush University, Departement of Orthopedic Surgery, Tribology, Chicago, USA.

Dipl. Ing. Christoph Martin Sprecher, Jahrgang 1968, studierte, nach einer Ausbildung als Konstruktionsschlosser, von 1992–1995 Feinwerktechnik an der Fachhochschule Buchs, Schweiz. Parallel zu seiner Tätigkeit bei Sulzer begann er ein berufsbegleitendes Zweitstudium über medizintechnische Systeme. Noch vor dessen Abschluss wurde er in der Joint Replacement Group des AO Forschungsinstitutes in Davos tätig. Dort betreut er heute verschiedene Projekte und ist verantwortlich für den Bereich Mikroskopie.

Professor Dr. med. Ottmar Schmitt, Jahrgang 1943, anfangs an der Klinik und Poliklinik für Orthopädie an der Universität des Saarlandes in Homburg an der Saar tätig, erhielt 1991 den Ruf zum Direktor der Klinik und Poliklinik für Orthopädie an der Rheinischen Friedrich Wilhelms Universität Bonn.

PD Dr. med. Clayton Nolan Kraft, Jahrgang 1969, studierte von 1990–1996 Humanmedizin in Düsseldorf und Bonn. Im Anschluss absolvierte er seine orthopädische Fachsarztausbildung an der Klinik und Poliklinik für Orthopädie der Rheinischen Friedrich Wilhelms Universität Bonn, an der er seit 2003 als Oberarzt tätig ist. Im Jahre 2004 erhielt er die Venia legendi und die Ernennung zum Privatdozenten. Seit 1997 verfolgt er verschiedene Forschungsprojekte, unter anderem seit 2000 Untersuchungen zur Reaktion des Organis-mus auf Abriebpartikel im Rahmen der Mirkozirkulation und der systemischen Verteilung.

Dieser Beitrag wurde bereits im DVM-Bericht 315 zur 4. Tagung des DVM-Arbeitskreises Biowerkstoffe (ISSN 1615-2298) veröffentlicht

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Online erschienen: 2013-05-28

Erschienen im Druck: 2005-04-01

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https://doi.org/10.3139/120.100646