Osteologie 2015; 24(03): 158-162
DOI: 10.1055/s-0037-1622063
Implantat und Knochen
Schattauer GmbH

Periprothetische Osteopenie

Periprosthetic osteopenia
A. Roth
1   Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie, Universitätsklinikum Leipzig AöR, Leipzig
› Author Affiliations
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Publication History

eingereicht: 31 July 2015

angenommen: 11 August 2015

Publication Date:
02 January 2018 (online)

Zusammenfassung

Eine periprothetische Osteopenie entwickelt sich nach der Implantation von Endoprothesen. Sie geht mit einem Verlust der periprothetischen Knochendichte einher, welcher Folge der initialen operativen Irritationen, der Immobilisation und des veränderten Kraftverlaufes ist. Das Phänomen wird auch als “Stress-Shielding” bezeichnet. Es kommt dabei an der Hüfte zu einer Atrophie der proximalen Anteile des periprothetischen Knochens und zur Hypertrophie der die Prothesenspitze umgebenden Regionen. Es ist bislang ungeklärt, ob die Veränderungen Einfluss auf den klinischen Verlauf nehmen werden. So konnte keine ausschließlich dadurch verursachte Beeinflussung der Lockerungsrate beobachtet werden. Die Entstehung von “Stress-Shielding” wird durch die verwendete Prothesenlegierung, das Design der Prothese, ihre Oberflächengestaltung und die knöcherne Ausgangssituation beeinflusst. Das tritt im Bereich der Endoprothetik sowohl nach Implantation von Hüfttotalendoprothesen um den Stiel der Prothese als auch um Prothesenpfannen und an Knieprothesen auf. Die Veränderung der periprothetischen Knochendichte wird an der Hüfte in definierten Regionen nach Gruen und an der Prothesenpfanne nach DeLee und Charnley mittels DXA-Knochendichte- Geräten gemessen. Potenziell können systemisch verordnete antiresorptive oder osteoanabole Substanzen zur Verhinderung der periprothetischen Osteopenie eingesetzt werden.

Summary

A periprosthetic osteopenia develops after implantation of a hip endoprosthesis. It is accompanied by a loss of periprosthetic bone density, which is a result of the initial operational irritation, immobilization and the altered force on bone. The phenomenon is also referred as “stress shielding”. At the hip are typically an atrophy of the proximal periprosthetic bone and a hypertrophy of the bone surrounding the prosthesis tip. It is not yet clear whether the changes will take an effect on the survival of the prosthesis. An influence on the rate of loosening could not be observed. The emergence of stress shielding is affected by the used alloy of the prostheses, its design and surface and the bony situation at time of implantation. This occurs both, after total hip replacements around the stem of the prosthesis, as well as to the prosthetic cups, and after knee replacement. The change in the periprosthetic bone density is measured at the hip in defined regions to Gruen and on the prosthetic socket by DeLee and Charnley by DXA bone density devices. Potentially the systemically use of antiresorptive or osteoanabolic substances can be used for preventing periprosthetic osteopenia.

 
  • Literatur

  • 1 Ardran GM. Bone destruction not demonstrable by radiography. Br J Radiol 1951; 24: 107-109.
  • 2 Bhandari M, Bajammal S, Guyatt GH. et al. Effect of bisphosphonates on periprosthetic bone mineral density after total joint arthroplasty. A metaanalysis. J Bone Joint Surg Am 2005; 87: 293-301.
  • 3 Bobyn JD, Mortimer ES, Glassman AH. et al. Producing and avoiding stress shielding. Laboratory and clinical observations of noncemented total hip arthroplasty. Clin Orthop Relat Res 1992; 274: 79-96.
  • 4 Brankamp J, Eberhardt C, Landgräber S. et al. Bisphosphonatwirkungen in der Endoprothetik. Z Orthop Ihre Grenzgeb 2006; 144: 187-191.
  • 5 Bryan JM, Sumner DR, Hurwitz DE. et al. Altered load history affects periprosthetic bone loss following cementless total hip arthroplasty. J Orthop Res 1996; 14: 762-768.
  • 6 Cook SD, Georgette FS, Skinner HB, Haddad RJ. Fatigue properties of carbon- and porouscoated Ti-6A1–4V alloy. J Biomed Mater Res 1984; 18: 497-512.
  • 7 DeLee JG, Charnley J. Radiological demarcation of cemented sockets in hip replacement. Clin Orthop Relat Res 1976; 121: 20-33.
  • 8 Eberhardt C, Habermann B, Kurth AA. Anwendungsmöglichkeiten der Bisphosphonate in der Endoprothetik. Orthopäde 2007; 36: 141-145.
  • 9 Engh Jr CA, Sychterz C, Engh Sr C. Factors affecting femoral bone remodeling after cementless total hip arthroplasty. J Arthroplasty 1999; 14: 637-644.
  • 10 Engh CA, Zettl-Schaffer KF, Kukita Y. et al. Histological and radiographic assessment of well functioning porous-coated acetabular components. A human postmortem retrieval study. J Bone Joint Surg Am 1993; 75: 814-824.
  • 11 Fischer M, Kempers B, Spitz J. Knochendensitometrie – Wertigkeit und Grenzen der Methode. Der Nuklearmediziner 1990; 13: 77-82.
  • 12 Furlong RJ, Osborn JF. Fixation of hip prostheses by hydroxyapatite ceramic coatings. J Bone Joint Surg Br 1991; 73: 741-745.
  • 13 Gruen TA. Radiographic criteria for the clinical performance of uncemented total joint replacements. Quantitative characterization and performance of porous implants for hard tissue applications. Lemons JE. ed. American Society for Testing Materials; Philadelphia, Pennsylvania, ASTM STP: 1987. 953 207-218.
  • 14 Hennigs T, Arabmotlagh M, Schwarz A, Zichner L. Dosisabhängige Prophylaxe des frühen periprothetischen Knochenschwundes durch Alendronat. Z Orthop Ihre Grenzgeb 2002; 140: 42-47.
  • 15 Huiskes R, Weinans H, van Rietbergen B. The relationship between stress shielding and bone resorption around total hip stems and the effects of flexible materials. Clin Orthop Relat Res 1992; 274: 124-134.
  • 16 Kinner B, Willmann G, Storz S, Kinner J. Erfahrungen mit einer Hydroxylapatit-beschichteten, makroporös strukturierten Hüftendoprothese. Z Orthop 1999; 137: 114-121.
  • 17 Kummer B. Grundlagen der Pauwels` Theorie der funktionellen Anpassung des Knochens. Orthopäde 1998; 24: 387-393.
  • 18 Kurth A. Bisphosphonattherapie verbessert und beschleunigt die Osteointegration von zementfreien Implantaten. In: Effenberger H, Zichner L, Richolt J. Hrsg. Hüftschäfte. Grieskirchen: Effenberger; 2007
  • 19 Layher F, Babisch J, Roth A. Biomechanische Einflüsse nach Implantation einer Hüfttotalendoprothese auf die periprothetische Knochendichte an der Pfanne. Z Orthop Unfall 2007; 145: 161-168.
  • 20 Martini F, Schmidt B, Sell S. Wertigkeit und Reproduzierbarkeit osteodensitometrischer DEXA-Messungen nach Hüftendoprothesenoperation. Z Orthop 1997; 135: 35-39.
  • 21 Maus U, Lühmann M, Andereya S. et al. Die systemische Applikation von Dihydrotestosteron erhöht die periimplantäre Mineralisation um Titanimplantate. Osteologie 2012; 21: 23-28.
  • 22 McAuley JP, Culpepper WJ, Engh CA. Total Hip Arthroplasty. Concerns with extensively porous coated femoral components. Clin Orthop 1998; 355: 182-188.
  • 23 Müller LA, Nowak TE, Völk M. et al. Analyse der periprothetischenfemoralen Knochenreaktion nach zementfreier Hüftendoprothetik mittels Computertomographie gestützter Osteodensitometrie in vivo: 6-Jahres-Follow-up. Biomed Tech (Berl) 2006; 51: 139-144.
  • 24 Pauwels F. Atlas zur Biomechanik der gesunden und kranken Hüfte. Berlin: Springer; 1973
  • 25 Pilliar RM, Lee JM, Maniatopoulos C. Observations on the Effect of Movement on Bone Ingrowth into Porous-Surfaced Implants. Clin Orthop Rel Res 1986; 208: 108-113.
  • 26 Roth A, Winzer T, Babisch J. et al. Radiological changes around the stem after cementless hip implantation in case of the anatomic medullary locking hip system - five years results. Acta Chir Orthop Traumatol Cech 2005; 72: 42-46.
  • 27 Sabo D, Reiter A, Simank HG. et al. Periprosthetic mineralization around cementless total hip endoprosthesis: longitudinal study and cross-sectional study on titanium threaded acetabular cup and cementless Spotorno stem with DEXA. Calcif Tissue Int 1998; 62: 177-182.
  • 28 Schwerter K, Meyenberg A, Sander K. et al. 15-Jahres-Ergebnisse nach Implantation des AMLHüftendoprothesenstiels. Z Orthop Unfall 2013; 151: 231-238.
  • 29 Sköldenberg OG, Bodén HS, Salemyr MO. et al. Periprosthetic proximal bone loss after uncemented hip arthroplasty is related to stem size: DXA measurements in 138 patients followed for 2–7 years. Acta Orthop 2006; 77: 386-392.
  • 30 Skripitz R, Aspenberg P. Early effect of parathyroid hormone (1–34) on implant fixation. Clin Orthop Relat Res 2000; 392: 427-432.
  • 31 Sumner DR, Galante JO. Bone remodeling in experimental total hip arthroplasty. Chir Organi Mov 1992; 77: 413-423.
  • 32 Sychterz CJ, Topoleski LD, Sacco M, Engh Sr CA. Effect of femoral stiffness on bone remodeling after uncemented arthroplasty. Clin Orthop Relat Res 2001; 389: 218-227.
  • 33 Tonino AJ, Romanini L, Rossi P. et al. Hydroxyapatite-coated hip prostheses. Early results from an international study. Clin Orthop Relat Res 1995; 312: 211-225.
  • 34 Thomas W. Makro- und mikroporöse Oberflächen-Definitionen, Grundlagen, experimentelle Ergebnisse. In: Hipp E, Gradinger R, Ascherl R. Hrsg. Die zementlose Hüftprothese, Werkstoffe, Biomechanik, Design, Klinik, Custom-made, Revisionen, Sonderkonstruktionen. Gräfelfing: Demeter; 1992: 47-48.
  • 35 Thorey F, Menzel H, Lorenz C. et al. Enhancement of endoprosthesis anchoring using BMP-2. Technol Health Care 2010; 18: 217-229.
  • 36 Vestermark MT. Strontium in the bone-implant interface. Dan Med Bull 2011; 58: B4286.
  • 37 Wang CJ, Wang JW, Weng LH. et al. The effect of alendronate on bone mineral density in the distal part of the femur and proximal part of the tibia after total knee arthroplasty. J Bone Joint Surg Am 2003; 85-A: 2121-2126.
  • 38 Wilkinson JM, Stockley I, Peel NF. et al. Effect of pamidronate in preventing local bone loss after total hip arthroplasty: a randomized, double-blind, controlled trial. J Bone Miner Res 2001; 16: 556-564.
  • 39 Windisch C, Windisch B, Kolb W. et al. Osteodensitometry measurements of periprosthetic bone using dual energy X-ray absorptiometry following total knee arthroplasty. Arch Orthop Trauma Surg 2012; 132: 1595-1601.
  • 40 Wolff J. Das Gesetz der Transformation des Knochen. Berlin: Hirschwald; 1884