Bessere Haltbarkeit

Auch minimaler Verschleiß, wie er zwischen zwei Metalloberflächen eines künstlichen Hüftgelenkes entsteht, kann nun mit einer neuen Testmethode hochpräzise bestimmt werden. Der Abrieb der metallischen, künstlichen Gelenke wird im Bewegungssimulator gemessen, indem die künstliche Gelenkflüssigkeit mit einem hochauflösenden Massenspektrometer analysiert wird. Diese exakte und mit den Verhältnissen am Patienten vergleichbare Methode könnte dazu beitragen, in Zukunft vielleicht sogar lebenslang haltbare Prothesen zu entwickeln. Für seine Doktorarbeit zu diesem Thema erhielt Doktor Jan Philippe Kretzer, Leiter des Labors für Biomechanik an der Orthopädischen Universitätsklinik Heidelberg, den Wissenschaftspreis der Deutschen Arthrose Stiftung 2009.

In Deutschland erhalten etwa 180.000 Patienten jährlich ein neues Hüftgelenk. Nach durchschnittlich 15 bis 20 Jahren muss die Prothese wegen Lockerung und Verschleiß ausgetauscht werden. Eine solche Austauschoperation ist aufwändig und kann mit Komplikationen verbunden sein. Gerade jüngere und junggebliebene, aktive Patienten haben großes Interesse an einem langlebigen Kunstgelenk.

Nachdem sich Kretzer zunächst mit modernen Diagnoseverfahren bei Hirnerkrankungen beschäftigt hatte, übernahm er 2004 als Diplomingenieur für Medizintechnik die Leitung des Labors für Biomechanik und Implantatforschung an der Orthopädischen Universitätsklinik Heidelberg. Hier befasst er sich primär mit dem Verschleiß künstlicher Hüft- und Kniegelenke. Gleiten zwei Metallflächen aufeinander, lösen sich selbst bei nur minimalem Abrieb kleinste Metallpartikel und Ionen aus dem Prothesenmaterial. Die Konzentrationen sind so gering, dass sie nur mit einem hochauflösenden Massenspektrometer (HR-ICP-MS) genau bestimmt werden können. „Mit dem von uns entwickelten Messverfahren können wir neue Erkenntnisse über das Verschleißverhalten von Implantatwerkstoffen gewinnen, die die Entwicklung innovativer, länger haltbarer Gelenkersatzmaterialien ermöglichen“, erklärt der Biomechaniker die Bedeutung der neuen Methode.

Kretzer entwickelte ein Simulationssystem, das die Belastungen eines künstlichen Hüftgelenkes im 24 Stunden Betrieb realitätsgetreu nachahmt. In der Flüssigkeit, die die Gleitflächen umspült, werden sowohl die kleinen Abriebpartikel, als auch die löslichen Metallionen aufgefangen und analysiert. Die Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf verschiedene Verschleißphänomene und herstellungsbedingte Effekte zu, die den Verschleiß beeinflussen. Das Verfahren weist den tatsächlichen Verschleiß sehr präzise nach und zeigt eine hohe Übereinstimmung mit klinischen Studien am Patienten. „Damit ist es konventionellen Methoden zur Verschleißbestimmung deutlich überlegen“, sagt Kretzer. Der Wissenschaftler zeigte in seinen Versuchen unter anderem, dass der Hauptanteil des Abriebs in den ersten sechs Monaten nach der Operation entsteht. Nach dieser sogenannten Einlaufphase fällt der Abrieb auf minimale Werte ab. Dort muss also angesetzt werden, wenn die Lebensdauer der Metallgleitpaarung verlängert werden soll.


MEDICA.de; Quelle: Universitätsklinikum Heidelberg