Volume 50, Issue 10

Nach dem künstlichen Ersatz des Hüftgelenkes ist die Luxation eine nicht seltene, schwerwiegende Komplikation, welche zum Teil einen Revisionseingriff erforderlich macht. Die Verwendung eines Schnappmechanismus des Pfanneneinsatzes zur Stabilisierung des Kugelkopfes stellt eine Möglichkeit zur Vermeidung rezidivierender Luxationen dar. Ziel dieser Studie war es, einen Schnapp-Einsatz (constraint liner) hinsichtlich seines Fügeverhaltens und seiner Rückhaltekräfte zu untersuchen. Hierzu wurden mit einer Universalprüfmaschine die Fügekräfte für die klinisch üblichen Kopfgrößen von 28 und 32 mm und die Rückhaltekräfte der entsprechenden Pfanneneinsätze unter Variation von Auszugsrichtung, Belastungsgeschwindigkeit und Größe des Pfannengehäuses ermittelt. Die zum erstmaligen Einschnappen des Kopfes nötigen Druckkräfte lagen abhängig von Kopf- und Pfannengröße in einem Bereich von 197 N bis 283 N (je n = 3). Wiederholtes Fügen führte zu einer Verringerung der Fügekräfte um bis zu 29%. Die Rückhaltekräfte waren stets geringfügig niedriger als die korrespondierenden Fügekräfte, d.h. zum Ausziehen der Köpfe waren Zugkräfte zwischen 183 N und 230 N (je n= 3) nötig. Bei wiederholter Dislokation des Kopfes war ein bis zu 16%-iger Abfall der Rückhaltekräfte zu beobachten. Mit steigender Belastungsgeschwindigkeit sowie bei schräg zur Pfanneneingangsebene wirkender Kraftrichtung war ein Anstieg der Rückhaltekräfte verbunden. Die Rückhaltekräfte des Schnappmechanismus lagen für alle Kopf- und Pfannengrößen um ca. Faktor 10 unterhalb der Verbundfestigkeit des Pfanneneinsatzes in dessen metallischem Gehäuse, so dass im klinischen Einsatz bei korrekter Handhabung mit einer Diskonnektion dieser Grenzfläche nicht zu rechnen ist.   Dislocation is a severe complication after total hip replacement which may cause revision surgery in some cases. The use of constraint inserts that are coupled to the femoral head by a snapping mechanism provides an opportunity for treatment of recurrent dislocations. This study was aimed to investigate the assembling and retention forces of a specific constraint liner. Using a universal testing machine the assembling forces were determined for head sizes of 28 and 32 mm and the clinically mostly used as well as the maximum cup size. Subsequently, under variation of load direction and pull-out velocity the retention forces were investigated. For primary assembly of the head the required compressive forces were in a range from 197 N and 283 N depending on head and cup size (each size n = 3). Repeated assembly led to a decrease of these forces up to 29%. The retention forces always were slightly below the assembling forces, i. e. forces to remove the heads from the inserts were between 183 N and 230 N (each size n = 3). Repeated disconnection caused a decrease of the retention forces up to 16%. An increase of load velocity as well as an oblique load direction resulted in an enhancement of the retention forces. For all investigated implant sizes the retention force for the femoral head was approximately ten-times less than the interface strength between the insert and the metal-back. In case of correct implant handling the risk of disconnection between the tested constraint insert and the corresponding metal-back has not to be considered in clinical practice.

Titan- und Cobaltchromlegierungen werden seit Jahrzehnten mit großem Erfolg als Implantatwerkstoffe eingesetzt. Trotz ihrer guten Korrosionsstabilität durch ihre natürliche Oxidschicht werden bei Kontakt mit physiologischer Lösung Metallionen freigesetzt, die Entzündungsreaktionen bei Gewebezellen verursachen können. Eine Möglichkeit die Korrosionseigenschaften dieser Materialien zu verbessern ist die Beschichtung dieser Werkstoffe. In diesem Beitrag wurden die Legierungen TiAl6V4 und CoCr28Mo6 ausgewählt, die häufig als Implantatwerkstoff Verwendung finden. Es wurden polierte Proben beider Legierungen untersucht und mit polierten Proben, auf die eine TiO 2 -Schicht mittels Sol-Gel-Verfahren aufgebracht wurde, bezüglich Korrosions-, Auslaugverhalten und Biokompatibilität verglichen. Es wurden die Al-, V-, Ti-, Co-, Cr- und Mo-Konzentrationen, die aus den beschichteten und unbeschichteten Werkstoffen bei Lagerung in physiologischer Phosphatpufferlösung austreten, mittels ICP-MS Analyse bestimmt. Bei beiden untersuchten Legierungen wurde die Metallionenfreisetzung durch die TiO 2 -Beschichtung reduziert, wobei die Al-Ionen eine Ausnahme bildeten. Beide Substrate wiesen eine voneinander abweichende Kinetik der Metallionenfreisetzung auf. Neben der Analyse dieser Materialeigenschaften wurden die verschiedenen Materialien mit Osteoblasten und Endothelzellen besiedelt und bestimmte Zellparameter (Zellvitalität, Zellproliferation, Endothelzellmarker CD31 und die Aktin-Verteilung) ermittelt.   Alloys based on titanium or cobalt have been used as implant materials for decades with good success. Because of their natural oxide layer these alloys reveal good corrosion behaviour. In contact with physiological solution metal release takes place, which can cause inflammation. Coatings can improve the corrosion behaviour. In this study Ti6Al4V and Co28Cr6Mo alloys, which are frequently used as implant materials, were tested. Polished discs of these alloys and polished discs, which were coated with TiO 2 -layers by sol-gel chemistry, were compared regarding their corrosion behaviour and metal ion releasing. The releasing of Al, V, Ti, Co, Cr and Mo was quantified by ICP-MS analysis. The TiO 2 -coating reduced the release of all ions except of the Al-ion. Both alloys showed a deviating kinetic of ion releasing. In addition, cell response (cell vitality, cell proliferation, endothelial marker CD31 and actin allocation) of osteoblasts and endothelial cells were investigated.

Es gibt zahlreiche Hinweise, dass Abriebpartikel eine entscheidende Rolle bei der aseptischen Lockerung einer Endoprothese spielen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von Partikeln des hochmolekulargewichtigen Polyethylens, im Hinblick auf die Zytokinfreisetzung in einem neuartigen in vitro Modell zu untersuchen. UHMW-PE Partikel mit einer durchschnittlichen Größe von < 7.5 μm wurden in unterschiedlichen Konzentrationen (105, 106 and 107 Partikel pro Kulturschale) in einer Kollagen I-Suspension gelöst und in den Kulturschalen befestigt. Im Anschluss wurden 3×106 humane Knochenmarkzellen pro Kulturschale auf die befestigten Partikel ausgesät und für 12 Tage kultiviert. Die Reaktion der Zellen auf die Partikel wurde lichtmikroskopisch, rasterelektronenmikroskopisch und anhand eines ELISA (IL-6, IL-1b und TNF-a) mit Kollagen befestigten Zellkulturen ohne Partikel verglichen. Die lichtmikroskopische Auswertung zeigte vor allem eine Einscheidung der Partikel, die sich zu großen Konglomeraten (Ø7,5_m) zusammen gelagert hatten und weniger phagozytierte Partikel, welches rasterelektronenmikroskopisch bestätigt wurde. Die Ergebnisse der Zytokinanalyse ergaben signifikante Unterschiede in der Interleukin-6, TNF-_ und IL-1b-Freisetzung. Eine Beeinträchtigung der Vitalität, durch die UHMW-PE Partikeln, war nicht nachweisbar. Die Ergebnisse der vorliegenden Studien belegen, dass die partikelinduzierte Zytokinantwort durch UHMW-PE sich hauptsächlich auf Interleukin-6 und TNF-_ bezieht. Des weiteren bekräftigen die Ergebnisse, dass die vorliegende Methode nützlich zur in vitro Analyse von UHMW-PE Abriebpartikeln mit direkten Partikel-Zell-Kontakt ist.   There is considerable evidence that orthopaedic wear debris plays a crucial role in the pathology of aseptic loosening of joint prostheses. The purpose of the present study was to evaluate the influence of ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMW-PE) on the cytokine response in a modified in vitro model. UHMW-PE particles (Ø< 7.5 μm) were suspended in soluble collagen type I and subsequently solidified in different concentrations (105, 106 and 107 particles per well) on the bottom of the wells. Human bone marrow cells in a concentration of 3×106 cells per well were seeded on the collagen-particle substrata and maintained for up to 12 days. The cytokine response (IL-1_, IL-6 and TNF-_) of the cells to the particles were examined by ELISA compared to cells on control collagen surfaces without any particles. Assays for viability using LDH activity were done immediately. Light and scanning microscopic evaluation revealed that the UHMWPE particles, which have built large conglomerates (Ø7,5_m), were mainly surrounded by the cells and less phagocytosed. The results of the cytokine release revealed significant differences in interleukin (IL)-6, tumor necrosis factor (TNF)- _ and IL-1ß. The cell viability was not affected by the UHMW-PE particles. The results demonstrate that the particle induced cytokine response by UHMW-PE is mainly by the release of Interleukin 6 and TNF- _. Moreover the results confirm that the present method is useful to evaluate the in vitro effects of UHMW-PE wear particles with direct particle cell contact.

Das Wasserstrahlskapell ist seit den 80er Jahren in einigen chirurgischen Fächern ein etabliertes Verfahren. Die Technik wird insbesondere zur Präparation parenchymatöser Organe eingesetzt. Im Vordergrund steht nicht die Schneidwirkung sondern die Fähigkeit zur Gewebeseparation. Durch den Zusatz biodegradabler Abrasivstoffe kann die Technik auch zur Bearbeitung biologischer Hartgewebe genutzt werden. Freidefinierte Schnittgeometrien können berührungslos (non-contact-Verfahren) realisiert werden. Damit besitzt das Verfahren entscheidende Vorteile gegenüber konventionellen Osteotomieverfahren und gibt richtungsweisende Impulse für Entwicklungen in der orthopädischen Chirurgie. In der vorliegenden Studie wurde das Wasserabrasivinjektorstrahlverfahren (WAIS) erstmals in-vivo zur Osteotomie genutzt. Zielkriterium war die Detektion potentieller thrombembolischer Ereignisse bzw. einer intravasalen Volumenbelastung durch das Schneidfluid. An zwanzig Versuchstieren wurden die gleichseitigen Röhrenknochen der Vorder- und Hinterläufe mit dem Wasserabrasivstrahl-Verfahren osteotomiert. Intraoperativ wurde ein multimodales Monitoring zur Dokumentation relevanter Vitalparameter durchgeführt. Transthorakale Dopplerableitung und eine transösophagale Echokardiographie dienten der Detektion thrombembolischer Ereignisse. Embolien mit temporären hämodynamischen, bzw. respiratorischen Auswirkungen traten ausschließlich bei Verwendung des sogenannten 3-Komponenten-Strahls auf. Der Stahl besteht hierbei zu 90 Vol.-% aus Luft. Die Verwendung einer Abrasivstoff-Suspension ermöglichte dagegen das luftfreie Dosieren von wasserlöslichem Abrasivmittel. Embolien traten bei diesem Verfahren nicht auf. Eine Volumenbelastung der Tiere durch intramedulläre Flüssigkeitseinschwemmung und resultierende Elektrolytstörungen konnte nicht nachgewiesen werden. Bei der Wasserabrasivstrahl-Osteotomie mit 3-Komponenten-Strahl besteht durchaus das relevante Risiko thrombembolischer Ereignisse. Diese Erkenntnisse müssen künftig auch bei abdominal- und neurochirurgischen Applikationen gewürdigt werden. Durch Verwendung einer Abrasivstoffsuspension kann dieses verfahrensspezifische Risiko vollständig vermieden werden.   Since the 80's the water jet scalpel is an established tool in some surgical fields. It is used in particular in visceral surgery for preparation of parenchymatous organs. By the addition of biocompatible abrasives, this technique is able to effectively machine hard biological tissues. Free defined cutting geometries can be realised in a non contact process. Therewith this method has crucial advantages compared to conventional osteotomy techniques and gives new impulses to the development in endoprosthetics and correction osteotomies of hollow bones. In the presented work the new developed abrasive water injection jet (AWIJ) was used the first time for in-vivo osteotomies. Aim of this study was the detection of potential thrombembolic effects and wash in effects of the cutting fluid. Hollow bones of the fore and hind leg of 20 house pigs were treated with the new cutting technique. Intraoperative documentation of relevant vital parameters was performed by a multi monitoring system. Thrombembolic effects during the osteotomy were detected by transthoracic doppler ultrasonography and transesophagale echocardiography. The hollow bones were prepared in consideration of the vascularisation's protection especially in respect to the venous flow. Thrombembolic effects with temporary haemodynamic respectively respiratory consequences could be detected exclusively by using the so called “3-component jet”, which consists of 90 vol% of air. The usage of an abrasive suspension enables the airfree dosing of dry soluable abrasives. Thrombembolic effects could not be monitored in this case. Intramedullary fluid in-wash effects as well as resulting electrolytic disorders could not be proven. For abrasive waterjet osteotomies with 3 component jet a relevant risk of thrombembolic effects could be shown. This knowledge has also to be considered for abdominal and neurosurgical applications in the future. Due to the usage of an abrasive suspension this risk can fully be avoided.

Interspinous process implants are increasingly used to treat canal stenoses. Little information exists about the effects of implant height and stiffness on the biomechanical behavior of the lumbar spine. Therefore, a three-dimensional nonlinear finite element model of the osseoligamentous lumbar spine (L1 to L5) was created with a slightly degenerated disc at L3/L4. An interspinous implant was inserted at that segment. Implants with different heights and stiffnesses were studied. The model was loaded with the upper body weight and muscle forces to simulate walking and 25° extension. Implant forces are influenced strongly by the height and negligibly by the elastic modulus of the implant. Intersegmental rotation at implant level is markedly reduced, while intradiscal pressure is slightly increased. Implant size and stiffness have only a minor effect on intradiscal pressure. The maximum von Mises stress in the vertebral arch is strongly increased by the implant.   Zur Behandlung von Spinalkanalstenosen werden zunehmend Implantate verwendet, die zwischen die Dornfortsätze platziert werden. Bisher existieren nur wenige Informationen über die Einflüsse von Implantatgröße und -steifigkeit auf das mechanische Verhalten der Lendenwirbelsäule. Es wurde deshalb ein dreidimensionales nichtlineares Finite-Elemente-Modell der Lendenwirbelsäule (L1 bis L5) erzeugt, mit einer leicht degenerierten Bandscheibe in Höhe von L3/L4. Das Implantat wurde in dieses Segment eingebracht. In Parameterstudien wurden verschiedene Implantatgrößen und -steifigkeiten untersucht. Belastet wurde das Modell mit dem Oberkörpergewicht und Muskelkräften, um Gehen und 25° Extension zu simulieren. Die Implantatgröße hat einen starken Einfluss auf die Kraft im Implantat während der Einfluss des Elastizitätsmoduls gering ist. Durch das Implantat wird die intersegmentale Rotation in Höhe des Implantats stark reduziert, während der intradiskale Druck leicht ansteigt. Implantatgröße und -steifigkeit haben nur einen geringen Einfluss auf den intradiskalen Druck. Die maximale von Mises Spannung wird durch das Implantat im Bereich des Wirbelbogens stark erhöht.