Bisphosphonatwirkungen in der Endoprothetik

Zusammenfassung

Studienziel: In der vorliegenden Arbeit wird eine Übersicht über die allgemeinen Wirkungen und insbesondere über die Wirkungen von Bisphosphonaten auf verschiedene Probleme in der Endoprothetik gegeben. Methode: Zunächst werden die chemischen Eigenschaften und dann die biologischen Wirkungen dargestellt. Diese Effekte zeigen bereits bekannte Auswirkungen auf orthopädische Krankheitsbilder. Es wird zunehmend untersucht, welche Effekte durch Bisphosphonate in der Endoprothetik erzielt werden. Ergebnisse: Die Stoffgruppe der Bisphosphonate ist von dem in der Industrie verwendeten Pyrophosphat, welches zur Vermeidung von Verkalkungen eingesetzt wurde, abgeleitet worden. Die Bisphosphonate hemmen die Mineralisation und die Knochenresorption. Mehrere direkte und indirekte Mechanismen sind für diese Wirkungen verantwortlich. Der therapeutische Nutzen der Hemmung der Knochenresorption erstreckt sich auf verschiedene Erkrankungen mit vermehrtem Knochenabbau. Die Bisphosphonate führen hier zur Erhöhung der Knochendichte und zur Verbesserung der mechanischen Knochenqualität. Zum Indikationsspektrum zählen die Osteoporose, tumorbedingte Knochendestruktionen, die fibröse Dysplasie und M. Paget. In jüngerer Zeit wurde gezeigt, dass Metallimplantate schneller einwachsen und der im Laufe der Prothesenstandzeiten, durch unterschiedliche Ursachen hervorgerufene periprothetische Knochenverlust, reduziert werden kann. Schlussfolgerung: Nachdem die Bisphosphonate bereits lange bei Knochenstoffwechselerkrankungen eingesetzt wurden, könnten sie auch in der Gelenkendoprothetik von zunehmender Bedeutung werden.

Abstract

Aim: This study presents an overview of the general effects of bisphosphonates and in particular of their effects on different problems in joint arthroplasty. Method: First the chemical properties are described, then the biological effects. It is already known that bisphosphonates have effects on orthopaedic diseases and an increasing number of studies are investigating what effects can be achieved in joint arthroplasty with these substances. Results: The bisphosphonates group was derived from industrial pyrophosphate which is used to prevent calcification. Bisphosphonates inhibit bone mineralisation and resorption. Several direct and indirect mechanisms are responsible for these effects. The inhibition of bone resorption is used to benefit patients suffering from various diseases causing increased bone resorption. Treatment with bisphosphonates results in greater bone density and improved mechanical bone quality. Indications for this treatment include osteoporosis, tumour-associated osseodestructions, fibrous dysplasia and Paget's disease. Recent studies have shown that osseointegration of metal implants is accelerated and periprosthetic bone loss, which is caused by various different mechanisms during the lifetime of an implant, can be reduced. Conclusion: Bisphosphonates have been an established element in the treatment of bone metabolic disorders for many years. Their use in joint arthroplasty could become increasingly important.

Schlüsselwörter

Bisphosphonate - Endoprothese - Osteointegration - Osteolyse - kumulative Therapie

Key words

bisphosphonate - arthroplasty - osseointegration - osteolysis - cumulative therapy

Literatur

• 1 Fleisch H A, Bisaz S. Isolation from urine of pyrophosphate, a calcification inhibitor.  Am J Physiol. 1962;  203 671-675
• 2 Menschutkin N. Ueber die Einwirkung des Chloracetyls auf phosphorige Säure.  Ann Chem Pharm. 1865;  133 317-320
• 3 Fleisch H A. Bisphosphonates in Bone Disease. Academic Press, San Diego, New York, Boston, London, Sydney, Tokyo 2000
• 4 Fleisch H, Russell R G, Bisaz S. et al . The inhibitory effect of phosphonates on the formation of calcium phosphate crystals in vitro and on aortic and kidney calcification in vivo.  Eur J Clin Invest. 1970;  1 12-18
• 5 Schenk R, Merz W A, Mühlbauer R C. et al . Effect of ethane-1-hydroxy-1,1-diphosphonate (EHDP) and dichlormethylene diphosphonate (Cl2MDP) on the calcification and resorption of cartilage and bone in the tibial epiphysis and metaphysis of rats.  Calcif Tissue. 1973;  11 196-214
• 6 Carano A, Teitelbaum S L, Konsek J D. et al . Bisphosphonates directly inhibit the bone resorption activity of isolated avian osteoclasts in vitro.  J Clin Invest. 1990;  85 456-461
• 7 Reynolds J J, Minkin C, Morgan D B. et al . The effect of two disphosphonate on the resorption of mouse calvaria in vitro.  Calcif Tissue Res. 1972;  10 302-313
• 8 Gasser A B, Morgan D B, Fleisch H A,. et al . The influence of two diphosphonates on calcium metabolism in the rat.  Clin Sci. 1972;  43 31-45
• 9 Mühlbauer R C, Fleisch H A. A method for continual monitoring of bone resorption in rats: evidence for diurnal rhythm.  Am J Physiol. 1990;  259 679-689
• 10 Goodship A E, Walker P C, McNally D. et al . Use of a bisphosphonate (pamidronate) to modulate fracture repair in ovine bone.  Ann Oncol. 1994;  5 (Suppl 7) 53-55
• 11 Luckman S P, Coxon F P, Edbetino F H. Heterocycle-containig bisphosphonates cause apoptosis and inhibit bone resorption by preventing protein prenylation: evidence from structure-activity relationships in J774 macrophages.  J Bone Miner Res. 1998;  13 1668-1678
• 12 Luckmann S T, Hughes D E, Coxon F R. et al . Nitrogen-containing bisphosphonates inhibit the mevalonate pathway and prevent post-translational prenylation of GTP-binding proteins, including ras.  J Bone Miner Res. 1998;  13 581-589
• 13 Eberhardt C, Brankamp J, Bauss F, Kurth A A. Single shot ibandronat is as effective as continuous application in implant osseointegration.  Bone Abstracts. 2004;  34 54
• 14 Eberhardt C, Müller S, Gruener E, Sayer J, Schwarz M, Bauss F, Kurth A A. Bisphosphonate treatment reduced the time of osseointegration of hydroxyapatite-coated implants in an animal model. Vol. 28. ORS Transactions, New Orleans, Lousiana 2003
• 15 Kurth A A, Eberhardt C, Müller S, Schwarz M. A bisphosphonate improves implant integration in ovarectomized osteopenic rats. Vol. 29. ORS Transactions, San Francisco, California 2004
• 16 Shangbhag A S, Hasselman C T, Rubash H E. The John Charnley Award . Inhibition of wear debris mediated osteolysis in a canine total hip arthroplasty model.  Clin Orthop Rel Res. 1997;  344 33-34
• 17 Shangbhag A S, May D, Cha C. et al . Enhancing net bone formation in canine total hip components with bisphosphonates.  ORS Trans Orthop Res Soc. 1999;  24 255
• 18 Astrand J, Aspenberg P. Reduction of instability-induced bone resorption using bisphosphonates; High doses are needed in rats.  Acta Orthop Scan. 2002;  73 24-30
• 19 Aspenberg P, der Vis H Van. Migration, particles, and fluid pressure: A discussion of causes of prosthetic loosening.  Clin Orthop. 1998;  352 75-80
• 20 Robertsson O, Wingstrand H, Kesteris U. et al . Intracapsular pressure and loosening of hip prostheses: Preoperative measurements in 18 hips.  Acta Orthop Scand. 1997;  68 231-234
• 21 der Vis H M Van, Aspenberg P, Marti R K. et al . Fluid pressure causes bone resorption in rabbit model of prosthetic loosening.  Clin Orthop. 1998;  350 201-208
• 22 Astrand J, Skripitz R, Skoglund B, Aspenberg P. A rat model for testing pharmacologic treatments of pressure related bone loss. Antiresorptive therapy in rats. In: Astrand J (ed). Bisphosphonates for orthopedic applications, Studie in rat models. Department of Orthopedics University Hospital. Wallin & Dalholm AB, Lund 2002
• 23 Goodship A E, Lawes T J, Green J, Eldridge J D, Kenwright J. The use of bisphosphonates to inhibit mechanically related bone loss in aseptic loosening of hip prostheses.  ORS Trans Orthop Res Soc. 1998;  23 2
• 24 Hennigs T, Arabmotlagh M, Schwarz A. et al . Dosisabhängige Prophylaxe des frühen periprothetischen Knochenschwundes durch Alendronat.  Z Orthop. 2002;  140 42-47
• 25 Christ R M, Hagena F W. Die periprothetische Knochendichte nach endoprothetischem Ersatz des Kniegelenkes unter dem Einfluss von Bisphosphonaten. Deutscher Orthopädenkongress 2001, 86. Tagung der DGOT: III-288; Endoprothetik der großen Gelenke Kniegelenk-Komplikationen 2001
• 26 Soinvaara T A, Jurvelin J S, Miettinen H JA. et al . Effect of Alendronate on periprosthetic bone loss after knee arthroplasty: A one-year, randomized, controlled trial of 19 patients.  Calcif Tiss Int. 2002;  71 472-477
• 27 Horowitz S M, Algan S A, Purdon M A. Pharmacologic inhibition of particulate-induced bone resorption.  J Biomed Mater Res. 1996;  31 91-96
• 28 Rader C P, Baumann B, Rolf O, Eulert J. TNF-alpha-Ausschüttung durch Abriebpartikel im humanen Makrophagenmodell und deren Beeinflussung durch Medikamente.  Trans Orthop Res Soc. 1999;  137 70
• 29 Jingushi S, Yasuda K, Sakai H, Azuma Y, Ohta T, Iwamoto Y. Alendronate prevents bone resorption by isolated cells from periprosthetic granulation tissue in hips of revision total hip arthroplasty.  ORS Trans Orthop Res Soc. 2000;  25 1
• 30 Sabokbar A, Fujikawa Y, Murray D W. et al . Bisphosphonates in bone cement inhibit PMMA particle induced bone resorption.  Ann Rheum Dis. 1998;  57 614-618
• 31 Milett P J, Allen A J, Doty S. et al . Effects of alendronate on particulate-induced osteolysis in a rat model.  ORS Trans Orthop Res Soc. 1999;  24 869
• 32 Thadani P J, Waxman B, Sladek E, Gonzalez M H, Barmada R. Inhibition of particular debris-induced osteolysis by alendronate in a rat model.  ORS Trans Orthop Res Soc. 1999;  24 321
• 33 Hilding M, Ryd L, Toksvig-Larsen S, Aspenberg P. Clodronate prevents prosthetic migration: a randomized radiostereometric study of 50 total knee patients.  Acta Orthop Scand. 2000;  71 553-557
• 34 Eberhardt C, Stumpf U, Brankamp J, Schwarz M, Kurth A A. Osseointegration of elementless implants with different bisphosphonateregimens [epub ahead of print] [Record supplied by puslisher].  Clin Orthop Relat Res. 2006 Feb 2;  publish ahead of Print
• 35 Wilkinson J M, Stockley I, Peel N FA. 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