CeraNews 1/2013 DE

Tribologie
Update zur Konuskorrosion:
Welche Rolle spielen Keramik-Kugelköpfe?
von Prof. Dr. Steven M. Kurtz
Prof. Dr. Steven M. Kurtz ist Forschungsprofessor
und Direktor des Implant Research
Center an der School of Biomedical Engineering,
Science and Health Systems der Drexel University
in Philadelphia, USA. Bei Exponent, Inc.,
einem internationalen Consultingunternehmen
im Bereich Wissenschaft und Ingenieurtechnik,
ist er außerdem Corporate Vice President, Direktor
der Abteilung Biomedical Engineering und
Direktor der Niederlassung Philadelphia.
Sein Fachgebiet ist das klinische Verhalten von
Polyethylen-, Keramik- und Metall/Metall-Hüftimplantaten.
Im Rahmen seiner beruflichen
Laufbahn war er an der Erprobung medizintechnischer
Produkte aus einer sowohl analytischen
als auch experimentellen und klinischen
Perspektive beteiligt. In seiner Forschungstätigkeit
hat er sich insbesondere dem klinischen
Verhalten von Medizinprodukten unter
Realbedingungen gewidmet. Hierzu gehören
unter anderem orthopädische, spinale und
kardiovaskuläre Implantate, deren Leistungsfähigkeit
anhand von Explantaten sowie unter
Einbeziehung von Datenbanken nationaler
Gesundheitssysteme überprüft werden. Weitere
Forschungsthemen sind das mechanische
Verhalten synthetischer Biomaterialien, die
Kontaktmechanik von Endoprothesen und die
strukturelle Evaluierung von Knochen-Implantat-Systemen.
Prof. Dr. Kurtz ist in zahlreichen wissenschaftlichen
Gesellschaften aktiv, unter anderen in der
American Academy of Orthopaedic Surgeons,
der American Association of Hip and Knee Surgeons,
der Knee Society und der American Society
for Testing and Materials. Er hat 5 Bücher
herausgegeben und mehr als 150 Zeitschriftenartikel
und 400 Konferenz-Abstracts verfasst.
Kontakt:
Prof. Dr. Steven M. Kurtz
Drexel University
School of Biomedical Engineering,
Science & Health Systems
3141 Chestnut Street
Philadelphia, PA 19104, USA
Telefon: +1 215 594 8851
Telefax: +1 215 594 8899
E-Mail: skurtz@drexel.edu
Wenn man eine Sache
verstehen will, muss man ihren
Anfang und ihre Entwicklung
betrachten.
– Aristoteles
Konuskorrosion ist in der Orthopädie
kein neues Problem – allerdings
waren wir bis vor kurzem
der Meinung, es sei gelöst.
Die metallischen Biomaterialien, die
wir für Hüft- und Knieimplantate
einsetzen, insbesondere auf Kobalt
und Titan basierende Legierungen,
gehören zu den korrosionsbeständigsten
Werkstoffen, die bei Implantaten
zum Einsatz kommen. Für sie sind
vorwiegend gute klinische Ergebnisse
über viele Jahrzehnte nachgewiesen.
In den 1980ern und 1990ern
untersuchten Forscher die Korrosion
an der Verbindung zwischen modularen
Kugelköpfen und -schäften im
Detail. 1-6 Diese ersten Studien trugen
dazu bei, Korrosionsprodukte von
modularen Verbindungen an metallischen
Schäften zu identifizieren und
den Korrosionsmechanismus zu erforschen,
bei dem nun von einem komplexen
Spaltkorrosionsprozess mit
mechanischen Aspekten ausgegangen
wird (für weitere Details siehe den Beitrag
von Prof. Dr. Robert Streicher auf
S. 14 ff). Diese mechanistische Grundlagenforschung
fokussierte jedoch
fast ausschließlich auf Kugelköpfe aus
Kobalt-Chrom-Legierungen (CoCr)
mit Schäften aus Kobalt- oder Titanlegierungen.
Angesichts wachsender Bedenken
hinsichtlich Konuskorrosion bei
mo du laren Metall/Metall-Hüftdesigns
mit großem Kugelkopf, 7,8 modularen
Zwei-Komponenten-Schäften 9 sowie
seit neuestem Metall/Polyethlyen-
Hüftdesigns 10 wächst das Interesse
am Problem der Freisetzung von
Metallpartikeln aus modernen modularen
Verbindungen und der Möglichkeit
seltener Komplikationen, unter
anderem durch adverse lokale Gewebereaktionen
(ALTR). Bis vor kurzem
gab es nur wenige Veröffentlichungen
zum Thema Konuskorrosion in
Verbindung mit Keramik-Kugelköpfen.
Ziel des vorliegenden Artikels ist
die kurze Zusammenfassung einiger
der wichtigsten Studien, in denen auf
Konuskorrosion in Verbindung mit
Keramik-Kugelköpfen in modularen
Hüftsystemen eingegangen wird.
Zudem soll auf Grundlage der aktuellen
Erkenntnisse unserer Forschungsgruppe
eine neu entstehende Perspektive
dieser Problematik aufgezeigt
werden.
Im Rahmen der Erforschung von
Produkten der Konuskorrosion in
den 1990ern untersuchten Forscher
wie unter anderem Urban, Gilbert,
Jacobs und Kollegen ein breites
Spektrum von Hüftimplantatdesigns
und richteten ihr Augenmerk dabei
besonders auf modulare Verbindungen,
bei denen sowohl der Kugelkopf
als auch der Schaftkonus aus Metall
bestanden. 3-6,11,12 In dieser Sammlung
befand sich ein Autophor-Hüftimplantat
– ein früher CoCr-Schaft mit einem
Aluminiumoxidkeramik-Kugelkopf
aus BIOLOX ® -Keramik der ersten Generation.
Von diesem einen Keramikexplantat
und ihrer größeren Sammlung
von Metallkomponenten ausgehend,
beobachteten Urban und Kollegen, 5
dass „die Korrosionsprodukte an der
Verbindung der Module aller untersuchten
Endoprothesen unabhängig
von Implantatdesign oder Materialpaarung
ähnlich ausfielen, selbst
wenn ein Keramik-Kugelkopf verwendet
wurde.“ Nachdem in diesen
frühen Studien die grundlegenden
Mechanismen der Konuskorrosion
ermittelt worden waren, wurde das
Thema der modularen Konuskorrosion
in der orthopädischen Diskussion
weitgehend durch das Problem der
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