DE2229702C2

DE2229702C2 - Flüssigkomponente eines Knochenzements zur Verankerung von Implantaten und Gelenkendoprothesen

Info

Publication number: DE2229702C2
Application number: DE2229702A
Authority: DE
Inventors: Roland Wetzikon Keller
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1972-06-12
Filing date: 1972-06-19
Publication date: 1982-10-07
Also published as: ATA507273A; FR2187278A1; BE800765A; JPS5314094B2; JPS4951328A; AT333973B; GB1431211A; FR2187278B1; NL150148B; NL7209059A; CA993588A; CH564340A5; IT1048121B; DE2229702B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkomponente eines Knochenzements zur Verankerung von Implantaten und Gelenkendoprothesen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Für die Verankerung von Implantaten und Gelenkprothesen verwendet man seit längerer Zeit derartige polymerisationsfähige Kunststoffe, in der Implantat-Chirurgie allgemein als »Knocher-zement« bezeichnet Bei der Mischung der pulverförmigen und der flüssigen Komponente derartiger Stoffkombinationen beginnt das flüssige, monomere Methylmethacrylat unter Einwirkung der flüssigen und pulverförmigen Katalysatoren zu polymerisieren und auszuhärten. Die dabei ablaufenden Reaktionen sind „-xotherm; die frei werdende Wärme führt zu merwünschten Temperatur-Steigerungen in der Umgebung def Xnochenzementes, wodurch bei Überschreiten einer gewissen Temperaturgrenze Schädigungen des Knochengewebes hervorgerufen werden können.

Zur Herstellung von Zahnprothesen ist es aus der US-PS 29 47 716 bekannt, eine harzartige Masse auf der Basis einer Feststoffkomponente einer Mischung aus einem Polymethylmethacrylat mit einem Acrylatcopolymer und einer Flüssigkomponente in Form von monomerem Methylmethacrylat zu verwenden, wobei durch das Copolymer die Sovatisierzeit verkürzt und die Verarbeitungszeit verlängert wird. Methylmethacrylat wird dabei aus wirtschaftlichen Erwägungen und aufgrund der vorteilhaften Gesamteigenschaften des erhaltenen Verfahrensproduktes vorgezogen, obwohl zur Erzielung bestimmter Effekte, z. B. zur geringfügigen Verbesserung der Haftfestigkeit an Metall, GIa oder Stein, der Ersatz des gesamten oder eines Teils des Methylmethacrylats durch bestimmte Methacrylate mit mehreren C-Atomen im Alkoholrest nicht ausgeschlossen wird. Nach dem Vermischen der beiden Komponenten v/erden Verarbeitungszeiten von einer bis mehreren Stunden erzielt, so daß schon aus diesem Grunde die Verwendung einer solchen Masse als Knochenzement ausscheidet, da eine derartig lange absolute Ruhestellung der behandelten Glieder während des Implantierens praktisch nicht zu bewerkstelligen ist. Aueh spielt natürlich bei der bekannten, z. B. zur Gebißherstellung verwendbaren Mischung die Temperaturentwicklung überhaupt keine Rolle, so daß diesbezüglich auch keine Angaben gemacht sind.

Außerdem ist es aus der GB-PS 11 30 653 bekannt, als dentales Reoaraturmaterial eine Masse zu verwenden, die aus pulverförmigem Polymethylmethacrylat, einem Beschleuniger, einem Katalysator und einem monomeren Methylmethacrylat besteht, wobei ein Teil des Monomeren in Form eines Hydroxyalkylesters der Acryl- oder Methacrylsäure vorliegt, wobei trotz Verwendung minimaler Mengen an Katalysator eine möglichst kurze Aushärtungszeit im Bereich weniger Minuten durch Verwendung des Esterzusatzes erzielt wird. Eine Temperaturerniedrigung gegenüber der Verwendung von Methylmethacrylat alleine w'rd nicht erreicht Als Knochenzement ist diese Masse jedoch schon deshalb nicht verwendbar, da die Verarbeitungszeiten zu kurz sind und die Hydroxylgruppen aufgrund ihrer hygroskopischen Eigenschaften dem Körpergewebe Wasser entziehen und dabei aufquellen würden.

Es sind auch bereits Massen bekannt, die sowohl als Dental- als auch als Knochenzement verwendbar sind, doch wird dabei von völlig anderen Komponenten ausgegangen, nämlich einem Metalloxidpulver und einer wäßrigen Lösung mit mindestens 40 Gew.-% Polyacrylsäure (vergleiche z.B. US-PS 36 55 605). Erreicht werden soll dadurch eine Herabsetzung von Reiz- und Schmerzerscheinungen, die einer Erhöhung des pH-Wertes im Vergleich zu bekannten Massen dieses Typs zugeschrieben wird.

Bekannt sind ferner in der Zahnersatztechnik verwendbare Dreikomponentengemische aus einem Vinylstearat-acetat-copolymerisat, einem Acryl- oder Methacrylsäureester mit nur einer vernetzungsfähigen Doppelbindung und einem Polyacryl- oder -methacrylsäureester mit mindestens zwei vernetzungsfähigen Doppelbindungen (vergleiche z.B. US-PS 30 84 436). Bei den monofunktionellen Estern kann es sich um solche des verschiedensten Typs mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen in der Alkoholkomponente handeln, und die Härte des Polymerisationsproduktes wird durch die Konzentration an polyfunktionellen Estern gesteuert. Zur Verwendung als Knochenzement sind diese bekannten Gemische völlig ungeeignet, da die darin enthaltenen polyfunktionellen Ester eine zusätzliche Steigerung der Reaktionsttmperütür bewirken und dadurch die Gefahr von Nekrosen erhöht wird.

Es ist auch bereits versucht worden, die beim Vermischen von Feststoff- und Flüssigkomponenten des angegebenen Typs auftretende Reaktionstemperatur dadurch zu erniedrigen, daß der relative Anteil der Polymer-Feststoffkomponente erhöht wird (vergleiche z. B. CA-PS 6 26 666), was natürlich zu einer Änderung der Eigenschaften des Polymerisationsproduktes führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkomponente eines Knochenzements nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, die die bei der Aushärtung auftretenden Temperaturerhöhungen erniedrigt und die Verarbeitungszeit akzeptabel verlängert, ohne daß mechanische oder andere Eigenschaften unzulässig verschlechtert werden.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst.

Hierdurch wird erreicht, daß in vorteilhafter Weise gleichzeitig mit der Erniedrigung der auftretenden Maximaltemperatur die effektive Verarbeitungszeit für den Knochenzement auf eine besonders zweckmäßige Zeitspanne verlängert wird. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß der die Festigkeitseigenschaften beeinflussende Porositätsgrad des mit der Flüssigkomponente erhaltenen ausgehärteten Knochenzements sehr viel geringer ist als bei bekannten Mischungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Mischung langer flüssig

bleibt als bekannte Mischungen, so daß die beim Vermischen der Komponenten eingerührte Luft längere Zeit zum Entweichen hat Ein weiterer Grund für diesen vorteilhaften Effekt ist auch darin zu sehen, daß die auftretende niedrigere Polymerisationstemperatur bewirkt daß weniger Dampfblasen des verdampfenden Monomeres auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert

Der Knochenzement wird als Mischung von handeisüblichen Produkten hergestellt wobei zunächst die folgende flüssige Komponente gemischt wird:

40 Gew.-% monomeres Isobutylmethacrylat,
24 Gew.-% Dimethyl p-Toluidin,

57,5 Gew.-% monomeres Methylmethacrylat

Die monomeren Methacrylate enthalten in bekannter Weise in geringen Mengen Hydrochinon (beispielsweise 0,025—O,l%o ihres Gewichts) als Stabilisatoren.

Die pulverförmige Komponente besteht aus Polynu thylmethacrylat dem lediglich etwa 3% seines Gewichts an Benzoylperoxid als Katalysator für die n-',ch der Mischung der beiden Komponenten ablaufenden Härtungsreaktionen zugegeben ist Außerdem können der Pulverkomponente vorstehender Zusammensetzung inerte Röntgenkontrastmittel auf anorganischer Basis — beispielsweise Bariumsulfat oder Zirkoniumoxid — in Mengen von 5 bis 15 Gew.-°/o des Pulvers beigemischt sein. Beide Komponenten sind über längere Zeit lagerfähig.

Von den beiden bisher getrennt gehaltenen Komponenten werden nunmehr zwei Teile Pulver und ein Teil Flüssigkeit innig miteinander vermischt, so daß sich eine pastenartige Masse mit, dem Augenschein nach, möglichst homogener Verteilung aller Komponenten ergibt

Mit dem Zusammenmischen beginnt die Aushärtung des Zements; ihre Dauer und die dabei erreichte maximale Spitzentemperatur werden im Vergleich zu einem bekannten Knochenzement bestimmt, dessen Flüssigkomponente als Methacrylat nur monomeres Methylmethacrylat enthält

Für die Registrierung des Härtungsverlaufs als Temperatur/Zeit-Kurve werden nach der Mischung jeweils etwa 12 g der miteinander gemischten Komponenten in einen Aluminiumbecher vor. 30 mm Durchmesser und etwa 15 mm Füllhöhe eingefüllt, der zur Wärmeisolation in einer Asbesthülse eingebettet wird. Mit Hilfe eines Thermoelementes wird der Temperaturverlauf direkt mit einem Schreiber als Funktion der Zeit aufgezeichnet

Fig. 1 zeig! ein Beispiel für diese Temperatur-Zeit-Härtungskurve, wobei auf der Abszisse die Zeit in Minuten und auf der Ordinate die Temperatur in °C aufgetragen sind. Dabei gelten die Kurve 0 für den bekannten Knochenzement und die Kurve 1 für die Mischung gemäß dem Beispiel.

Bei den Versuchen hat sich gezeigt daß die Messungen gewissen Streuungen unterworfen sind; diese werden zum Teil von der Güte der Durchmischung und der gleichmäßigen Verteilung der flüssigen und der pulverförmigen Komponente beeinflußt. Aus mehreren der in F i g. 1 für jeweils eine Probe gezeigten Härtungs-Kurven sind daher für die Härtungszeit, d. h. für die Zeit, in der bei der geschilderten Versuchsanordnung das Temperaturmaximum erreicht wird, und für dieses Maximum selbst nachstehende Mittelwerte ermittelt worden.

Nummer	Härtungs	Temperatur	Verarbeitungs-
der	zeit		zeit
Mischung
	Minuten	"C	Minuten

4 bis 5 115 bis 125 < 3
14 bis 16 91 bis 95 <15

Die Versuche zeigen, daß bei dem neuen Knochenzement die unerwünschte Temperaturspitze erheblich gesenkt werden kann, ohne daß — wie Biegeversuche mit Prüfstäben von 60 χ 10 χ 4 mm bei einer Stützweite von 50 mm ergeben haben — ins Gewicht fallende Einbußen der mechanischen Eigenschaften in Kauf genommen werden müssen. Besondere Vorteile ergeben sich für den Operateur durch die Verlängerung der Verarbeitungszeit d. h. der Zeit in der der Knochenzement vor der Aushärtung verformt wei-Jen kann. Durch die Verlängerung dieser Zeit um eine Mehrfaches ist der Operateur nicht mehr gezwungen, vom Zeitpunkt des Mischens der Komponenten an unter extremem Zeitdruck zu arbeiten.

An diener Stelle sei erwähnt, daß die beschriebenen Versuche in ihren absoluten Zeit- und Temperaturwerten keinerlei Rückschlüsse auf entsprechende Werte bei Verwendung der Zemente im Knochen zulassen, sondern nur einen relativen Vergleich zwischen dem bekannten Zement und dem mit der erfindungsgemäßen Flüssigkomponente hergestellten erlauben. '

Als Maß für die Sprödigkeit sind Spannungs-Dehnungs-Diagramme erstellt worden, in denen die aus den erwähnten Durchbiegeversuchen ermittelte Dehnung ε (in ⁰Zo) gegen die Spannung α (in kp/mm²) aufgetragen worden ist, wobei die gezeigten Kurven Mittelwerte aus einer Reihe von Messungen darstellen.

Die Werte für die Bruchdehnung (εβ), die in nachstehender Tabelle ebenfalls als Mittelwerte zusammen mit den zugehörigen Bruchspannungen (σ) nochmals aufgezeigt werden, steilen ein gutes Maß für die Sprödigkeit dar, wobei höhere f-Werte auf eine geringere Sprödigkeit d. h. bessere plastische Verformbarkeit, hinweisen.

Die ebenfalls angegebenen Werte für den Elastizitätsmodul E zeigen, daß die elastischen Eigenschaften, insbesondere die elastische Belastbarkeit, nicht wesentlich gegenüber denjenigen des bekannten Knochenzements verändert werden.

Mechanische
Wer'e

Mischung Nr.
0

α kp/mm

6,27
2,6

F i g. 2 und die vorstehende Tabelle, in denen für die Bezeichnung der Mischungen die gleichen Zahlen 0 und 1 wie für die Härtungskurven im Beispiel gewählt worden sind, zeigen deutlich, daß die mechanischen Eigenschaften gegenüber dem bekannten Knochenzement praktisch nicht verändert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Flüssigkomponente eines Knochenzemcnts zur Verankerung von Implantaten und Gelenkendoprothesen, die monomeres Methylmethacrylat und ein tertiäres Amin als Beschleuniger enthält und zur Umsetzung mit einer Feststoffkomponente, die mindestens pulverförmiges Polymethylmethacrylat als Füllstoff sowie gegebenenfalls pulverförmige und/oder flüssige Katalysatoren und Röntgenkontrastmittel enthält, bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben mindestens 50% ihres Gewichts an monomerem Methylmethacrylat und bis zu 5% ihres Gewichts an tertiärem Amin 20 bis 40 Gewichtsprozent Isobutylmethacrylat enthält