Der Einfluss der Knochendichte auf die Primärstabilität von zementfreien Femurschaftprothesen - Eine biomechanische In-vitro-Studie

Zusammenfassung

Studienziel: Ziel der vorliegenden In-vitro-Studie war die Überprüfung des Einflusses der Knochendichte auf die Primärstabilität von zementfreien Schaftprothesen im humanen Femurknochen. Methode: Die Knochendichte von 18 humanen Femurknochen wurden zunächst osteodensitometrisch analysiert. Nach Implantation eines zementfreien Femurstieles wurden die Prothesen bis zu einem maximalen Lasteinfluss von 2000 Newton belastet. Die intramedulläre Sinterung, Rotation und Mikrobewegung der Prothese wurde mittels Messaufnehmern errechnet und in Abhängigkeit zur Knochendichte analysiert. Ergebnisse: Bei zwei osteoporotischen und zwei osteopenischen Femurpaaren konnte ein Einfluss der Knochendichte am proximalen Femur auf die Primärstabilität der zementfreien Schaftprothese nicht festgestellt werden. Weder die initiale Sinterung (p = 0,23) noch die intramedulläre Rotation der Prothese (p = 0,79) wurde durch die Knochendichte beeinflusst. Eine verminderte Knochendichte wirkt sich im In-vitro-Versuch auf die Interfacebewegung am proximalen und distalen Prothesenschaft nicht negativ aus (p > 0,05). Schlussfolgerung: Zumindest im In-vitro-Versuch am humanen Femurknochen scheint die Primärstabilität bei optimaler Implantation eines zementfreien Prothesenschaftes durch eine reduzierte Knochendichte nicht beeinflusst zu sein. Theoretisch liegen Voraussetzungen vor, die eine sekundäre Osseointegration von zementfreien Schäften auch bei reduzierter Knochendichte ermöglichen.

Abstract

Objective: The aim of the present in vitro study is to examine the influence of bone density on the primary stability of cementless femoral stems in nine pairs of human cadaveric femurs. Method: The human proximal femurs were evaluated with regard to their bone density by dual-energy X‐ray absorptiometry. Two pairs of human cadaveric femurs had an osteoporotic and two pairs an osteopenic bone stock. After implantation of the cementless femoral stems, the prostheses were loaded in a physiological position. Subsidence, rotation and interface motion of the stems were measured with load cycles up to 2000 Newton. Results: There was no significant correlation between the bone density of the proximal femur and the primary stability of the femoral stem in subsidence (p = 0.23) and rotation (p = 0.79). Reduced bone density in the osteoporotic and osteopenic human femora did not increase the interface motion at the proximal or distal part of the prosthesis (p > 0.05). Conclusion: The initial stability of cementless femoral stems was not influenced by the bone density, at least in this biomechanical in vitro study. Thus, theoretical conditions exist that allow secondary osseointegration of femoral stems also in cases of reduced bone density.

Schlüsselwörter

Knochendichte - zementfreie Hüftendoprothetik - Primärstabilität - In‐vitro‐Testung

Key words

osteoporosis - cementless total hip replacement - primary stability - in vitro study

Literatur

• 1 Bauer J S, Kohlmann S, Eckstein F, Mueller D, Lochmüller E, Link T M. Structural analysis of trabecular bone of the proximal femur using multislice computed tomography: a comparison with dual X‐ray absortiometry for predicting biomechanical strength in vitro.  Calcif Tissue Int. 2006;  78 78-89
• 2 Berendt M. Cemented Femoral Fixation. A Historical Footnote. Orlando, USA; Current Concepts 2006
• 3 Brander V A, Malhotra S, Jet J, Heinemann A W, Suhlberg S D. Outcome of hip and knee arthroplasty in persons aged 80 years and older.  Clin Orthop. 1997;  345 67-78
• 4 Breusch S J, Aldinger P R, Thomsen M, Ewerbeck V, Lukoschek M. Verankerungsprinzipien in der Hüftendoprothetik. Teil I: Prothesenstiel.  Unfallchirurg. 2000;  103 918-931
• 5 Callaghan J J. Total hip arthroplasty. Clinical perspective.  Clin Orthop. 1992;  276 33-40
• 6 Clark D I, Ahmed A B, Baxendahle B R, Moran C G. Cardiac output during hemiarthroplasty of the hip.  J Bone Joint Surg. 2001;  414
• 7 Claes L, Fiedler S, Ohnmacht M, Duda G N. Initial stability of fully and partially cemented femoral stems.  Clin Biomech. 2000;  15 750-755
• 8 Delaunay C, Kapandji A I. Survival analysis of cementless grit-blasted titanium total hip arthroplasties.  J Bone Joint Surg [Br]. 2001;  83 408
• 9 Dorr L D, Arnala I, Faugere M C, Maluche H H. Five-year postoperative results of cemented femoral arthroplasty in patients with systemic bone disease.  Clin Orthop Relat Res. 1990;  259 114-121
• 10 Felsenberg D, Gowin W. Knochendichtemessung mit Zwei-Spektren-Methoden.  Radiologe. 1999;  39 186-193
• 11 Freeman M A, Tennant R. The scientific basis of cement versus cementless fixation.  Clin Orthop. 1992;  276 19-25
• 12 Genant H K, Engelke K, Fuerst T. et al . Noninvasive assessment of bone mineral and structure: state of the art.  J Bone Miner Res. 1996;  11 707-730
• 13 Götze C, Steens W, Vieth V, Poremba C, Claes L, Steinbeck J. Primary stability in cementless femoral stems: custom-made versus conventional femoral prosthesis.  Clin Biomech. 2003;  17 267-273
• 14 Hailey D, McDonald I. The assessment of diagnostic imaging technologies: a policy perspective.  Health Policy. 1996;  36 185-197
• 15 Healy W L. Hip implant selection for total hip arthroplasty in elderly patients.  Clin Orthop. 2002;  405 54-64
• 16 Heetveld M J, Raaymakers E L, van Eck-Smit B L, van Walsum A D, Luitse J S. Internal fixation for displaced fractures of the femoral neck. Does the density affect clinical outcome?.  J Bone Joint Surg [Br]. 2005;  87 367-373
• 17 Kanis J A, Melton L J, Christiansen C. et al . The diagnosis of osteoporosis.  J Bone Miner Res. 1994;  9 1137-1141
• 18 Kanis J A, Glüer C C. An update on the diagnosis and assessment of osteoporosis with densitometry.  Osteoporos Int. 2000;  11 192-202
• 19 Keisu K S, Orozco F, Sharkey P F, Hozack W J, Rothman R H. Primary cementless total hip arthroplasty in octogenarius.  J Bone Joint Surg [Am]. 2001;  83 359-363
• 20 Kobayashi S, Saito N, Horiychi H, Iorio R, Kunio T. Poor bone quality or hip structure as risk factors affecting survival of total hip arthroplasty.  Lancet. 2000;  355 1499-1504
• 21 Küsswetter W, Sell S. Mittelfristige Ergebnisse mit dem zementfreien individuellen Femurersatz.  Z Orthop. 1993;  131 553-557
• 22 LaPorte D M, Mont M A, Hungerford D S. Proximally porous-coated ingrowth prostheses: limits of use.  Orthopedics. 1999;  22 1154-1160
• 23 Lester D K, Campbell P. 100-year-old patient with pressfit prosthesis: a postmortem retrieval study.  Am J Orthop. 1996;  25 30-34
• 24 Levy R N, Levy C M, Snyder J, Digiovanni J. Outcome and long-term results following total hip replacement in elderly patients.  Clin Orthop. 1995;  316 25-30
• 25 McAuley J P, Moore K D, Culpepper W J, Engh C A. Total hip arthroplasty with porous-coated prostheses fixed without cement in patients who are sixty-five years of age or older.  J Bone Joint Surg [Am]. 1998;  80 1648-1655
• 26 Moroni A, Hoang-Kim A, Lio V, Giannini S. Current augmentation fixation techniques for the osteoporotic patient.  Scand J Surg. 2006;  103-109
• 27 Noble P C, Box G G, Kamaric E, Fink M J, Alexander J W, Tullos H S. The effect of aging on the shape of the proximal femur.  Clin Orthop. 1995;  316 31-44
• 28 Pilliar R M, Lee J M, Maniatopoulos C. Observations on the effect on bone ingrowth into porous-surfaced implants.  Clin Orthop. 1886;  208 108-113
• 29 Purtill J J, Rothmann R H, Hozak W J, Sharkey P F. Total hip arthroplasty using two different cementless tapered stems.  Clin Orthop. 2001;  393 121-127
• 30 Reize P, Wülker N. The Adaptiva custom-made stem-our reasons for not using it anymore.  Int Orthop. 2006;  31
• 31 Ries M D, Lynch F, Rauscher L A. et al . Pulmonary function during and after total hip replacement.  J Bone Joint Surg [Am]. 1993;  75 581-587
• 32 Rydell N W. Forces acting on the femoral head prosthesis. A study on strain gauge supplied prosthesis in living persons.  Acta Orthop Scand. 1966;  37 945-948
• 33 Weissinger M, Helmreich C. Long-term results with Zweymuller cementfree Alloclassic stem.  Z Orthop. 2001;  139 200-205
• 34 Wroblewski B M. Cementless versus cemented total hip arthroplasty. A scientific controversy?.  Orthop Clin North [Am]. 1993;  24 591-597