Zur zuverlässigen und dauerstabilen Verankerung eines zementierten Implantats gehören eine optimale Zusammensetzung der Zementkomponenten, eine standardisierte Zementzubereitung, biomechanisch ausgewogene Designs der Implantate, höchste Qualität der Metalllegierungen (beim Schaft), optimale Herstellungsprozeduren, angepasste Instrumentierung und eine sorgfältige operative Technik. Sind alle diese Voraussetzungen gegeben, führt die zementierte Implantation zu exzellenten Langzeitergebnissen. Nachvollziehbar stellte Sir John Charnley daher fest „I think my major contribution was the concept of achieving fixation entirely by means of cement“ (Charnley 1966).
Wenn das Einsetzen einer Hüfttotalendoprothese zur „Operation des Jahrhunderts“ (Learmonth et al. 2007) erklärt und in seiner klinischen Bedeutung der Koronarchirurgie oder Stentimplantation gleichgestellt wird, dann hat der Knochenzement einen wesentlichen Anteil an dieser Erfolgsgeschichte. John Charnley (1960) hat sich schon 1960 für seine breite Anwendung ausgesprochen und damit recht behalten.
Grundsätze und Prinzipien der zementierten Implantation
Wenn Knochenzement und seine Anwendung als „forgiving“ bezeichnet werden, ist damit keinesfalls eine weniger genaue Beachtung operativer Regeln gemeint, sondern der konsequent dauerbelastbare Formausgleich zwischen Prothese und ihrem knöchernen Lager. Die Zementapplikation ist mindestens genauso anspruchsvoll, wie die Implantation einer zementfreien Endoprothese.
Die beiden biomechanische Prinzipien der Kraftübertragung zwischen Implantat und Knochenlager sind:
kraftschlüssige Konstruktionen
(„forced closed“ o. „taper sliped“, „Kegelschlupf“)
formschlüssige Verankerungen
(„shape closed“ o. „combined beam“, sog. „Verbundträgersysteme“).
Unter „taper sliped“ werden konische Formen, z. B. C-Stem oder Exeter mit polierten Oberflächen eingeordnet: Die Last wird vom nicht fest mit dem Zementköcher verbundenen Schaft über Reib- und Radialkräfte auf den Zementköcher übertragen.
Als „combined beam“ werden Schaftformen mit matten Oberflächen bezeichnet. Bei diesen kommt es zu einem engen flächigen Verbund zwischen Prothese und Zement, wodurch die Last auf den Zement übertragen wird, wie z. B. bei der Charnley-Prothese oder Lubinus SP II (Cassar-Gheiti et al. 2020; Chen et al. 2018; Huiskes et al. 1998).
Knochenzement – Polymethylmethacrylat
Knochenzement ist ein transparenter thermoplastischer Kunststoff, der auch als Plexi- oder Acrylglas bezeichnet wird. Er besteht aus zwei Komponenten: einem Pulver (Copolymer) und einer Flüssigkeit (Monomer). Für die Verankerung wird in Deutschland in der Regel hochvisköser Zement verwendet, nahezu immer mit einem Antibiotikumzusatz. Insbesondere die neueren Wirkstoffkombinationen im Knochenzement (z. B. Gentamicin und Vancomycin) haben gerade bei Risikoeingriffen Vorteile. Im Gegensatz dazu wird in Nordamerika häufig Zement ohne Antibiotikazusatz verwendet, wobei finanzielle Aspekte eine Rolle spielen.
Komponenten und Zusammensetzung
Durch das Zusammentreffen von Benzoylperoxid (BPO) im Pulvergemisch und Dimethylparatoluidin (DMPT) in der Flüssigkeit beim Mischen bei Raumtemperatur werden Radikale gebildet, welche die Polymerisation des Copolymers (z. B. Polymethylmethacrylat, Tab. 1) mit dem Monomer in der Flüssigkeit auslösen.
*Zusatz und Menge abhängig von den jeweiligen Herstellern
Mischtechnik
Einer standardisierten und reproduzierbaren Mixtechnik kommt eine besondere Bedeutung für eine erfolgreiche Anwendung zu.
Vakuum
Mischsysteme mit Vakuum erzeugen eine konstante, homogene Werkstoffdichte ohne Lufteinschlüsse (sog. Lunker oder „voids“) mit besonderer Langzeitfestigkeit. Zentrifugation würde diesen Effekt zusätzlich fördern, wird aber nicht mehr empfohlen, weil auch logistisch nicht leicht durchführbar.
Phasen der Zementzubereitung
Für eine zuverlässige Zementqualität ist der Einsatz einer Stoppuhr zur Einhaltung der in der Gebrauchsanleitung angegebenen Zeiten zu empfehlen. Das Mischen in den vorbereiteten Kartuschen sollte nicht zu hastig erfolgen, eher mit einer gleichmäßigen Hubfrequenz von 1–2 Hüben/Sekunde.
Vorbereitung und Verarbeitung des Zementes gliedern sich in vier Phasen: die Mischphase, die Wartephase, die Arbeitsphase und die Aushärtephase.
Die Länge der vier Phasen unterscheidet sich je nach Viskosität des Zementtyps (niederviskös oder hochviskös). Deswegen muss unbedingt die jeweilige Gebrauchsanleitung beachtet werden, besonders beim Wechsel auf einen anderen Zementtyp. Grundsätzlich darf in der Arbeitsphase der Zement nicht mehr klebrig („sticky“) sein, eine etwas höhere Viskosität begünstigt nach der Verdichtung mit den Siegeln (Pressurizer) das Eindringen (Indentation) in die Spongiosalücken. Dies wird außerdem von der anschließenden Insertion des Implantats (Pfanne oder Prothesenschafts) gefördert.
Nach Kontamination mit Zement sind die Handschuhe unbedingt zu wechseln.
Raue und profilierte Schäfte sind möglichst rasch zu implantieren, die Intrusion auch in kleine Lücken oder Rillen des Implantates wird so begünstigt. Nur so entsteht der oben angesprochene mechanische (nicht chemische!) Verbund zwischen Metall und Knochenzement („combined beam“). Prothesen mit polierten Oberflächen können eher in der Mitte der Arbeitsphase eingebracht werden, eine Adhäsion des Zementes ist nicht notwendig.
Der Zement ist kein chemischer Klebstoff, sondern eine mechanisch belastbare Füllsubstanz!
Moderne Zementiertechnik für Prothesenschäfte der Hüfte
Eine moderne Zementapplikation beinhaltet bestimmte zusätzliche Implantate, Instrumente und Arbeitsschritte (Tab. 2).
Tab. 2
Moderne Zementiertechnik
Item/Instrument/Implantat
Anmerkung
Markraumstopper
Resorbierbar oder biologisch
Kühlung 4 °C
> 24 h (Gebrauchsanweisung beachten!)
Vakuummixing
Arbeitsphasen beachten
(Bürste)
Einmalartikel, auch Maschinenbetrieb
Pulsatile Lavage (mit Bürstenansatz)
Ohne Zusätze
Saugkompressen
Auf Abrieb achten
(Adrenalin-Kompressen)
(Im angloamerikanischen Schrifttum)
Zementpistole (Gun)
Retrograde Füllung („bottom to top“)
Pressurizer
Ende der Markraumfüllung
Centralizer
Nicht bei Line-to-Line, z. B. „Müller-Geradschaft“, nicht bei sehr engen Markräumen < 10 mm
Markraumstopper
Schon während der Planung können Position und Größe der Markraumstopper ausgewählt oder wenigstens abgeschätzt werden. Intraoperativ helfen Tastsonden (Oliven), Maße und Lage dieser Restriktoren zu bestimmen. Die Applikation sollte immer erst nach erneutem Absaugen des Markraumes vorsichtig, möglichst ohne Hammerschläge erfolgen.
Zementstopper können aus PMMA, Polyethylen, resorbierbarem Nahtmaterial oder Gelatine (Kollagen Typ I vom Schwein) sowie aus dem autologen Knochen hergestellt werden. Biologische und resorbierbare Plugs sind zu bevorzugen. Distal des Isthmus sind Markraumrestriktoren – wie bei langschaftigen Revisionsprothesen – schwer zu fixieren. Hier helfen mehrere Stopper nacheinander (Stapeltechnik) oder der sog. Rex cement stop™ (Moran et al. 2007): Ein Plug auf der Basis von Gelatine, der durch einen Schraubmechanismus expandierbar ist.
Lavage
Die Spülung des Femurmarkraums muss mit einer apparativen, pulsatilen Jet-Lavage erfolgen. Dies ermöglicht einerseits das verbesserte Eindringen des Zementes in die intertrabekulären Räume, zum anderen reduziert es das Risiko für ein Knochenmarkimplantationssyndrom.
Zusätze sind unnötig, es werden Ringer und Ringerlaktatlösungen empfohlen. Die theoretischen Vorteile des Anwärmens der Lösungen mit Reduktion der Kreislaufreaktionen spielen in der Praxis keine Rolle mehr.
Füllung des Femurmarkraums
Die Füllung des getrockneten Markraums nach Einsetzen des Restriktors („plug“) und nach Spülung mit einer pulsatilen Jet-Lavage erfolgt retrograd („bottom to top“). Zementpistolen (Guns) sind für die Applikation unverzichtbar, bei engen Markräumen können konische Stutzen eingesetzt werden.
Zementmantel
Ein Zementköcher ist nur dauerstabil, wenn er eine Mindestdicke von etwa 2 mm aufweist und vollständig, ohne Unterbrechungen, dicht den gesamten Schaft umschließt (Tab. 3). Ausnahme ist der sog. Müller-Geradschaft nach M.E. Müller und Kopien davon. Es wird hier von einem „french paradox“ gesprochen: Der Schaft der Femurendoprothese teilt den Zementmantel in einen vorderen und hinteren Abschnitt, medial und lateral soll der einfach konische Schaft Kontakt zur Kortikalis haben (Abb. 1a). Diese Zementverteilung wird auch als Line-to-Line oder Side-to-Side bezeichnet.
Tab. 3
Graduierung des femoralen Zementmantels nach Barrack et al. (1992)
Grading/Klasse
Beschreibung
Anmerkung
A
Komplette Füllung des Markraumes; keine Grenzzonen zwischen Knochen und Zement
„white out“
B
Zementköcher stabil; dünne Grenzschicht zwischen Knochen und Zement
„slight radiolucency“
(< 50 %)
C
C1
Sichtbare Grenzzone; kleine Defekte (Blasen) im Zementmantel; unvollständiger Zementköcher
Radiologisch einsehbare Grenzschicht in beiden Ebenen; unvollständiger oder unterbrochener Zementmantel, große Defekte (Blasen)
„radiolucency complete“
(=100 %);
„incomplete coverage of the stem“
Abb. 1
a–c Schnittbilder des Femurs aus einer Autopsiestudie zur Analyse des Zementmantels nach der Implantation (mit freundl. Genehmigung aus Bishop 2009): a „french paradox“. Der Schaft teilt den Zementmantel in einen vorderen und hinteren Abschnitt, medial und lateral hat der einfach konische Schaft Kontakt zur Kortikalis, b Centralizer an der Schaftspitze, c Hohlraum im Zementmantel durch Korrektur der Implantatposition beim Aushärten des Zements
×
Hinweise, Tipps und Tricks zur zementierten Schaftimplantation
Das Studium der Produktbeschreibung und Operationsanleitung gerade auch im Hinblick auf Instrumentarium, Größenbeziehungen („sizing“), Implantatvariationen und Werkstoffe sind auch bei zementierten Endoprothesen eine conditio sine qua non.
Folgende Hinweise müssen beachtet werden:
Nie auf eine präoperative Planung verzichten.
Geringe Neigung der oszillierenden Säge nach kaudal bei der Resektion des Schenkelhalses (Antetorsion!).
Digitale Prüfung der mechanischen Qualität der Schenkelhalsspongiosa („doctor’s finger“).
Markierte Kompresse ins Azetabulum.
Eröffnen des Markraums mit einem Kastenmeißel.
Erste Präparation mit einer dünnen Kanalfinderraspel (sog. Fingerraspel, Rattenschwanz).
Zur haptilen Anmutung der Markraumgeometrie Austasten mit einem mittleren scharfen Löffel ausreichender Länge.
Immer mit kleinster Raspelgröße beginnen und konsequent stufenweise steigern.
Kein direkter Kontakt der Raspel mit der Kalkarkortikalis, die kräftige Kalkarspongiosa schützt vor Lockerungen (Massoud et al. 1997).
Raspel etwa 1–2 mm unter die Resektionsebene des Schenkelhalses einbringen.
Immer auf den „Klang“ der Raspel achten.
Raspel mehr auf „valgus“ einstellen, dann entsteht ein breiterer Zementmantel medial am Calcar femoris. Die dorsolaterale Perforationsgefahr ist so auch geringer!
Bei Schäften mit Kragen: planierende Stirnfräse („calkar reamer“) einsetzen.
Die Probereposition erhöht die Sicherheit hinsichtlich der Schaftposition, der Beinlänge, der Halslänge und der Luxationssicherheit.
Saugen auch in der Tiefe des Markraumes, (wenn nötig Saugerverlängerung mit Blaseneinmalkatheter Ch18 oder 21).
Ausgemessenen Markraumstopper vorsichtig implantieren (intramedullärer Druck!), wenn möglich Hammerschläge vermeiden.
Trocknen des Markraumes.
Kein H2O2 in den Markraum (Gefahr der Luftembolie).
Pressurizer (Silikonsiegel) für die Applikation nutzen.
Fertiger Zement ist an seiner Oberfläche leicht gefältelt („skinny“).
Centralizer sollten nur unterhalb der Schaftspitze ganz proximal angebracht sein (Abb. 1b).
Konusschutzkappe belassen.
Der Erfahrene setzt Schäfte mit profilierter und rauher Oberfläche etwas früher (will die noch etwas vorhandene „Adhäsion“ nutzen) mit polierter Oberfläche etwas später ein (will „Adhäsion“ verhindern).
Prothese immer lateral und mit leichter Halsantetorsion einführen.
Möglichst ohne Hammer, allenfalls erst am Ende 1–2 cm vor endgültiger Position 2–3 dosierte Hammerschläge.
Keine Korrekturen der Position nach Implantation. Es entstehen sonst Hohlräume im Zementmantel, Abb. 1c).
Positionierung bis zur endgütigen Polymerisation.
Sorgfältige Entfernung von Zementresten mit Plastikspatel.
Die chemische Zusammensetzung des Knochenzementes und die Drucksteigerung im Markraum, insbesondere bei der Schaftinsertion, führen zu einer Kreislaufproblematik, die als Knochenzementimplantationssyndrom beschrieben wird. Sie ist gekennzeichnet durch Blutdruckabfall und Veränderungen in der Sauerstoffsättigung bzw. durch eine Hyperkapnie (Tab. 4)
Beim Einbringen des Zementes entsteht im Markraum eine nicht unerhebliche Drucksteigerung, die Clarius et al. (2005) mit mehr als 1 kPa (=10 bar!) beziffern. Eigentlich handelt es sich hauptsächlich um eine Fettembolie. Dies unterstreicht den besonderen Stellenwert der pulsatilen Jet-Lavage, die das Fettmark aus den intertrabekulären Räumen der Spongiosa spült und damit einen ganz wesentlichen Beitrag zur Vorbeugung liefert, aber nicht hundertprozentig verhindert.
Risikofaktoren
Die Risiken für ein BCIS sind erheblich und müssen vor der Zementanwendung immer bedacht werden.
Risikofaktoren für BCIS bei der Schaftimplantation
Operations- und Narkoseteam sollten sich darüber immer im Klaren sein, ein steter intraoperativer Informationsaustausch über die jeweiligen OP-Schritte ist selbstverständlich.
Häufigkeit des BCIS
Leichte Formen der Zementreaktion, also Grad 1, treten bei Schenkelhalsfrakturen in über 20 % der Fälle auf, bei Tumoren können diese sogar bei mehr als 60 % der zementierten endoprothetischen Eingriffe vorkommen (Tab. 5).
Tab. 5
Häufigkeit und Schwere des BCIS. (% Auftreten insgesamt und darunter der Anteil der Schweregrade)
Die korrekte Anwendung von Knochenzement bedarf einer hohen Sorgfalt. Die zementierte Verankerung stellt die zeitaufwändigere Versorgung dar, ist aber in den Langzeitergebnissen der zementfreien Endoprothetik ebenbürtig und zeigt bei älteren Patienten sogar die besseren Ergebnisse.
Literatur
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