Der zementfreie Oberflächenersatz der Schulter induziert ein knöchernes Stress-Shielding: Eine humane Explantate- und Finite-Elemente-Analyse
Schmidutz F, Agarwal Y, Sprecher C, Müller PE, Richards G, Gueorguiev B
Fragestellung: Der zementfreie Oberflächenersatz der Schulter (CSRA) dient der anatomischen Gelenksrekonstruktion mit nur minimalem Knochensubstanzverlust. Aufgrund der röntgendichten Implantate liegen jedoch nur wenige Daten über die knöcherne Integration und die unter dem Implantat entstehenden Knochenumbauprozesse vor, weshalb diese untersucht wurden.
Methodik: Die Lastübertragung und das Stress-Shielding von zwei unterschiedlichen CSRA Designs, Epoca RH (kronenförmige Stem-Fixierung) und Copeland (zapfenförmige Stem-Fixierung) wurden anhand einer 3-dimensionalen Finite-Elemente-Analyse (FEA) evaluiert. Hierzu wurden die Implantate virtuell in jeweils einem normalen und osteoporotischen Knochen implantiert und dabei die Veränderungen der Lastübertragung in 8 Regionen unter dem Implantat bestimmt. Anschließend wurden die in der FEA virtuell ermittelten Knochenumbauprozessen mit den Ergebnissen von humanen CSRA Explantaten (n=8) und nativen Humerusköpfen anhand von Kontaktradiographien aus dem Implantat- und Kopfzentrum verglichen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die FEA zeigte für beide CSRA Designs eine vermehrte Krafteinleitung im Bereich der Stems und am äußeren Implantaterand, was auf eine erhöhte Knochenapposition in diesen Bereichen hinweist. Hingegen wurde eine deutliche Reduktion der Krafteinleitung (Epoca 50-85% und Copeland 31-93%) für die zentralen Knochenlagerregionen direkt unter dem Implantat ermittelt, was auf einen deutlichen Knochenabbau hinweist (Abbildung 1 [Abb. 1]).
Relativ hohe und inhomogene Stressspitzen wurden insbesondere im osteoporotischen Knochenmodel sowie am distalen Stem der Copeland Prothese beobachtet.
Die Analyse der humanen CSRA bestätigte die FE Analysen. Die Explantate wiesen vermehrt Knochensubstanz im Bereich der Stems und dem äußeren Implantaterand auf, wohingegen sich eine deutlich reduzierte Knochensubstanz im Bereich des zentralen Implantatelagers fand.
Zusammenfassend weisen beide CSRA Designs klare Stress-Shielding Zeichen in der FEA und den humanen Explantate auf. Das Stress-Shielding führt zu einer Lastübertragung an den Stems sowie dem Implantaterand und führt zu einem Abbau des zentralen Knochenlagers. Ob und wie sich diese knöchernen Umbauprozesse auf die klinischen Ergebnisse und Standzeiten auswirkt ist unklar und bedarf weiterer Untersuchungen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI60-973
doi: 10.3205/14dkou443, urn:nbn:de:0183-14dkou4431
Published: October 13, 2014
© 2014 Schmidutz et al.
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