Eine bisher völlig vernachlässigte Frage betrifft die Langzeitstabilität und Schadenscharakteristik der Schichthaftung einer Kontinuumbeschichtung. Diese Frage hat heutzutage dann erhebliche klinische Relevanz, wenn die Titanschale eines als äußerst solide ausgewiesenen Implantates mit hoher Implantationszahl bei einem abriebbedingten Inlaywechsel belassen werden soll. Der alleinige Austausch eines Inlays in der in situ belassenen Kernschale in Form der Double-socket-Technik setzt bei dem hier meist hochbetagten und vulnerablen Patientenklientel neben der belastbaren knöchernen Fixation der Beschichtung auch eine intakte Verbindung der Kernschale mit dem Titandrahtnetz voraus.

Material und Methode

Implantat und spezifische
Beschichtung

Die hier zu untersuchende zementfreie Hüftpfanne des Typs Harris Galante II steht in der 2. Generation der Pfannenimplantate mit einem aufgeschweißten Titandrahtgeflecht. 1971 legten die von Galante tierexperimentell gewonnenen Ergebnisse den Grundstein für eine mittlerweile fast 50-jährige klinische Anwendung [5].

Das Titandrahtgeflecht besteht aus 5 cm langen und 300 µ dicken Reintitandrähten, die in undulierter Form zu einem korbartigen Drahtgeflecht mit einer Dicke von 1500 µm komprimiert werden. Unter hoher Hitzezufuhr erfolgt die Verbindung mit einer Tivaniumkernschale. Es entstehen zahlreiche punkt- und linienförmige Verschweißungen der Drähte untereinander und mit der Tivaniumkernschale. Die Kernschale hat ein E-Modul von 110–140 GPa, eine Zugfestigkeit von 900–1200 MPa und eine Bruchdehnung von 13–16 %. Demgegenüber steht das Reintitannetz mit einer niedrigeren Zugfestigkeit von 599 MPa, einer gleichstarken Bruchdehnung von 16 % und einem annähernd gleichen E-Modul von etwa 120 GPa. Eine Gesamtporosität von 30 % lässt ein Knochenwachstum bis zu einer Tiefe von 1500 µ zu. Es entsteht ein dreidimensionaler Verbund aus Knochen und Titandrahtgeflecht mit einer ausgeprägten Schichthaftung von 15 GPa zur Kernschale hin (Abb. 1).

Aufbereitung der Explantate

Einunddreißig Pfannenimplantate des Typs Harris Galante mit einer Standzeit von 11–27 Jahren, im Durchschnitt 19,7 Jahre, wurden entfernt. Die Indikation zur Entfernung lag vor, wenn eine Metallkopfperforation die innere Kernschale beschädigt hatte oder eine festsitzende Pfanne in einer ungünstigen Position primär implantiert worden war und einen alleinigen Inlaywechsel nicht zuließ. Gelockerte Hüftpfannen und Implantate mit unsicherer intraoperativer Stabilitätsprüfung wurden ebenfalls entfernt. Die Grobreinigung erfolgte mit dem HiSpeed-Pulse-Lavage-Gerät 6640 der Firma MicroAire® mit einem Druck von 5–7 bar, einer Flussrate von 700–850 ml pro Minute bei einer Pulsrate von 5500 pro Minute und einer Fächersprühspitze mit 30 mm Sprühfeld. Anschließend wurden die Randzonen des Knochen-Titannetzverbundes mittels Ultraschall debridiert. Verwendet wurde das Gerät Sonoca 185® (Fa Söring) mit einer Arbeitsfrequenz von 25 kHz. Unter Verwendung einer speziellen Spatelelektrode waren die Grenzzonen sauber darzustellen (Abb. 2)

Methodik der Flächenmessung

Mittels des optischen Erfassungssystems Scientific Color (SCCO, Fa. DatInf®) mit anschließender Umrechnung der planaren Messergebnisse auf vollhemisphärische Flächen wurden die Schäden an den knochenfreien Zonen der Beschichtung erfasst. Die meßtechnische Genauigkeit der Flächenbestimmung wurde durch die Vierteilung der Hemisphäre mit dann orthograder Ausrichtung des optischen Messsystems auf das Zentrum der einzelnen Viertelhemisphären optimiert.

Histologische Aufarbeitung

Vier Pfannen mit einer Standzeit von 16, 20, 23 und 27 Jahren und unterschiedlichen Größen wurden der histopathologischen Untersuchung zugeführt. Zur Erstellung der histologischen Schliffpräparate mit einer Schichtdicke von 30 µm wurde die unentkalkte Präparationstechnik nach Donath in der modifizierten Form nach Hahn angewendet [4, 7].

Ergebnisse

Periazetabulärer
Knochenschaden

Acht Fälle des Typs Paprosky I, 7 Fälle der Schadensklassifikation Paprosky IIa und 2 Fälle des Typs Paparosky IIb waren nur zuordbar, wenn der typische superomediale oder superolaterale Knochendefekt eine Ausdehnung von unter 3 cm aufwies. In Abänderung der Klassifikation nach Paprosky war es bei den zementfreien Implantaten nicht zu einer Pfannenmigration gekommen (Abb. 3). Neun osteolytische Knochenschäden waren dem Typ Paprosky IIc, 3 Fälle dem Typ Paprosky IIIa und 2 Fälle der Schadensklassifikation Paprosky IIIb zuordbar.

Beschichtungsschaden

Eine intakte Beschichtung konnte in 18 Fällen nachgewiesen werden. In 8 Fällen wurde die umschriebene mechanische Zerstörung von Kernschale und Titandrahtgeflecht durch eine Kopfperforation hervorgerufen. Die von der Innenseite der Kernschale ausgehende Zerstörung führte zu einer lokal begrenzten Ablösung des Titannetzes von durchschnittlich 32 % der Gesamtfläche. In 2 Fällen kam es zu einem Fortschreiten der Schichtablösung weit über das Areal der Perforation hinaus. Der Anteil der zerstörten Beschichtungsareale an der vollhemispherischen Gesamtbeschichtung betrug im Mittel 10,78 % (Abb. 4).

Schadenscharakteristik der 3D-Titannetzbeschichtung

• a) Intakter Verbund von Kernschale und aufgeschweißter Beschichtung: 18 Explantate (58 %) wiesen keinerlei Beschädigungen an der Beschichtung auf. Sie waren der Schadensklassifikation Paprosky I, IIa und IIb zuzuordnen (Abb. 4).

• b) Teilabriss des Titandrahtgeflechtes: Kleinere Areale mit fester Osteointegration waren während der anfänglichen Migration und Kippung des Implantates mechanisch überfordert. Die Beschichtung löste sich in 2 Fällen ab und blieb fest im Beckenknochen haften (Abb. 5).

• c) Überregionaler Beschichtungsschaden nach Penetration ode9r Perforation des Metallkopfes: Der durchschnittliche Beschichtungsschaden in den 8 Fällen nach Metallkopfperforation durch die Kernschale hindurch betrug 32 % der Gesamthemisphäre. Der Schaden der Kontinuumbeschichtung dehnte sich auffälligerweise weit über die Perforationsstelle aus. Es kam in 2 Fällen zu einer Delamination mit Versagen der Schichthaftung bis zur Gegenseite der Perforationsstelle (Abb. 6).

• d) Vermuteter Herstellungsfehler: In einem Fall kam es nach 16 Jahren zu einer plötzlichen Ablösung der Kernschale aus der gesamten Beschichtung, die fest im Knochen verblieben war. Das Inlay zeigte mäßige Abriebspuren. Hinweise für ein hebelmechanisches Impingement von Pfannenrand und Konus ergaben sich nicht. Verschweißungsstellen von Kernschale und Titandrahtgeflecht waren nur noch am Pfannenpol erkennbar. Die Interpretation dieses Befundes war aus Sicht des Herstellers erschwert, da bei vermuteten Rotationsbewegungen der gelösten Komponenten gegeneinander ein Abschliff von Fiber-bonding-Verbindungen nicht auszuschließen war (Abb. 7).

Histologische Ergebnisse