DE3113898A1 - Schaft und verankerung einer endoprothese in oder an einem knochen - Google Patents

Schaft und verankerung einer endoprothese in oder an einem knochen

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Description

12 März 1981
Dr. Dr. Martin Wilhelm Happel
Am Alten Berg 12 6072 Dreieich / Götzenhain
Schaft und Verankerung einer Endoprothese in oder an
einem Knochen
Stem and anchorage of endoprosthesis in or on bone Prothese avec un stile speciale de Tixation a la diaphise
Beschreibung
Die Erfindung "betrifft den Schaft einer Gelenkprothese und dessen Verankerung in oder an einem Knochen.Zur Zeit sind Prothesenschäfte im Querschnitt meist rund, vierkantig,klingen -oder lemniskatenförmig ausgebildet.In der Querschnittsform sind sie zusammenhängend,nicht gegliedert. Desweiteren kennt die heutige Implantattechnik im Prinzip zwei Methoden der Verankerung: Die erste und am häufigsten angewandte ist die Verankerung mittels des sog. Knochenzements(System Charnley,Charnley-Müller, Weber-Huggler u.a.).Der Knochenzement in seiner am häufigsten eingesetzten Art ist ein Polymethylmetacrylat als zwei- Komponenten- Kunststoff.Beim Polymerisieren entstehen zeitweise unphysiologisch hohe Temperaturen, die auch partiell das Knochengewebe angreifen, wenn nicht zerstören. An vielen Stellen muß der Knochenzement die Kraftüberleitung vom Prothesenschaft in den Knochen übernehmen. Hier besteht eine mehrfache Gefahr für die Verankerung. Zum einen hat der Knochenzement,, ohnedies der schwächste Partner im Verbund Metall-Knochenzement-Knochen, häufig durch das Einbringen (Einstopfen) Bluteinschlüsse,sodaß darunter die Tragfähigkeit empfindlich leidet, und eine frühzeitige Zerrüttung des Knochenzementes unter Last stattfindet. Zum anderen führen, häufig bedingt durch klingenförmige oder kantine Schaftquerschnitte, extrem hohe Kerbspannungen ebenfalls zu Dauerbrüchen des Knochenzementes und damit zur Prothesenlockerung.
Schließlich bilden kapillare Spalte zwischen Knochenzement, Schaft und Knochen einen guten Nährboden für Keime, die nach Buchholz für die sekundären Tiefeninfekte, die zur Prothesenloctaerung führen, verantwortlich zu machen sind.
Die zweite Methode, die sog. zementfreie Verankerung, will die vorgenannten Risiken ausschalten. In diesem Zusammenhang sei auf die Prothesen aus Keramik und Metall mit Tragrippenprofil oder Oberflächenstruktur (nach Mittelmeier, Judetiu. a.!hingewiesen. Bei all diesen Arten von zementfreien Prothesenschäften können zwischen den tragenden Punkten von Schaft und Knochen erhebliche Lastspitzen auftreten, die eine Resorption des Knochens und dadurch eine Lockerung der Prothese zur Folge
haben. Ausserdem ist seit über einem halben Jahrzehnt aus vielen biomechanischen Arbeiten (Dornier/Röhrle et al. u.a.) bekannt, daß bei den herkömmlichen Prothesenschäften und - Verankerungen der Knochen unphysiologisch beansprucht wird. Bei zu hoher oder zu niedriger Beanspruchung ist nach Wolff und anderen Autoren der physiologische Umbau des Knochens gestört. Ein Prothesenschaft, der die Kraft nicht nach dem physiolog. Zug- und Druckgurtungsprinzip in den Knochen einleitet, erreicht in der Beanspruchung keine gute Annäherung an die Spannungen im belasteten, gesunden Knochen. Zu einer weiteren, empfindlichen Störung des lebenden Knochens kommt es, durch das konstruktionsbedingte Verstopfen des Endosts im gesamten Bereich des Schaftes, bei fast allen herkömmlichen Prothesen. Dies kann ebenfalls zur Lockerung der Prothese führen: Nach mikroangiographischen Studien von Rhinelander u . a. wird die Corticalis überwiegend durch die histologische Anordnung der Endostgefäße von diesen ernährt. Letzteres ist auch nicht bei Prothesenschäften mit gleichmäßig großflächiger Lastverteilung möglich, wenn der Schaft den gesamten Harkraum ausfüllt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Prothesenschaft mit Verankerung der Prothese an oder in einem Knochen vorzuschlagen, dem die beschriebenen Nachteile nicht mehr anhaften. Insbesondere soll die Verankerung ohne den herkömmlichen Knochenzement auskommen und sich sowohl als Primär- als auch als liauerfixation bewähren. Sie soll biologisch kompatibel sein, biomechanisch den physiologischen Bedingungen entsprechen, sowohl im Bewegungsablauf, als auch in der l>auerbelastbarkeit, und fest und dauerhaft am Knochen verankerbar sein. Sie soll somit einfach den Anforderungen einer LOW- FRIKTION - ATHRO-PLASTIE entsprechen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die E'rfindun^ dadurch ^ekenn zeichnet, daß der Prothesenschaft in mehrere einzelne Stäbe aufgegliedert ist, die die. Krafteinleitung nach dem Zug- und Drucktürtungsprinzip auf den physiologischen Zug- Druckspannungsseiten des Knochens zulassen und den Markraum nicht ausfüllen. Durch den elastischen, aber formstabilen Bereich im oberen Teil des Prothesenschaftes wird die Zug-und Druckgurt-
ung unterstützt. Zum Anschluß an den Knochen sind die Stäbe mit einer Verzahnung oder einer, in der Implantattechnik bekannten, anderen Oberflächenstruktur versehen. Durch deren Wirkrichtung, Form und Größe, ist sichergestellt, daß die Zug-und Druckkräfte im Prothesenschaft infolge des Körpergewichtes, dynamischer Kraft und Muskelzug, in einer der physiologischen Spannungen·im Knochen gleichen oder ähnlichen Größe am Knochen angeschlossen werden. Zur Primärfixation des Prothesensßhaftes können feste, elastische oder Spreizdübel oder dergleichen eingesetzt werden. Diese pressen die Stäbe mit der Verzahnung oder Oberflächenstruktur an den K-nochen an, sodaß sich diese im Knochen verhaken. Durch die Elastizität der Stäbe können sich diese weitgehend der Knochenform an passen. Somit ist eine großflächige Kraftüberleitung gewährleistet und es wird eine resorptionsauslösende Punktbelastung vermieden. Desweiteren ist die Ernährung des Knochens vom Endost her durch die gegliederte Form des Schaftes nicht wesentlich gestört.
Der festen Verankerung des Prothesenschaftes an den Knochen dient auch die Elektrostimulation. Es ist bekannt, daß die Elektrostimulation in drei Phasen wirkt:
In der Initialphase bildet sich nach primärer Hyperaemie und gesteigerter Vascularität wucherndes, knochenbildendes Mesenchym, das zur Angiofibromatose führt. Diese Zone hochaktiver Knochenmetplasie ist die Mantelzone.
In der Zwischenzone erfolgt die Entwicklung von umbauaktivem spongiosklerotischem Knochengewebe mit beginnender Kalziumeinlagerung.
In der Endphase kommt es zu orientiertem, calcifiziertem, Iamellärem maturenem Knochengewebe. Durch die spezielle Form und Lage der Kathode, um die sich der neue Knochen bildet, wird der Prothesenschaft von fester, tragfähiger Spongiosa umbaut. Diese opongiosa ist, bedingt durch die Elektrostimulation, von einem dichten, den Knochenjausreichend ernährenden Gefäßnetz durchzogen. Zur Unterstützung der Knochenbiluung und Befestigung des ProthesenBchaftes werden Knochenchips in die Räume zwischen den Dübeln eingefüllt.
- JT-
Die Erfindung wird in folgenden anhand von Ausführungsbei spielen näher erklärt, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben.
Es zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht einer Endoprothese
mit bündelartig gegliedertem Schaft für Hüftgelenkersatz, eingesetzt in den umgebenden Knochen und die Anordnung eines Elektrostimulators zur Knochenneu bildung;
Fig. 2 schematisch einen Schnitt quer durch den Prothesen -
schaft (entspr. Pi^.1) und den ihn umgebenden Knochen; Fig. 3 eine Ansicht von Pig.1 in Pfeilrichtung A;
Fig. 4 schematisch eine andere Ausführungsform des hier 2 -fach gegliederten Prothesenschaftes, eingesetzt in den ihn umgebenden Knochen.
Fig. 5 eine Ansicht von Fig. 4 in Pfeilrichtung B;
Fig. 6 schematisch einen Schnitt quer durch den Prothesenschaft (entspr. Fig. 4) und den ihn umgebenden Knochen;
Fig. 7 schematisch einen Schnitt quer durch den Prothesenschaft in einer anderen Ausführungsform, hier mit drei Stäben, und den ihn umgebenden Knochen.
Fig. 1 und 3 zeigen einen neuartigen Prothesenschaft, der aus einem Bündel von einzelnen Stäben besteht. Dabei kann der Prothesenschaft ein Gußteil sein, oder die einzelnen Stäbe (1; 2; 3; A) sind im sogen. Kragen (5) mittels Klemmkonen, Gewinde oder dergleichen befestigt. Dabei können sämtliche Teile aus Metall, oder einem Faserverbundmaterial be stehen. Die Aufgliederung der einzelnen Stäbe (1;2;3;4) lassen die Krafteinleitung in den Knochen nach dem Zug-und Druckgurtungsprinzip auf der physiologischen Zugspannungsseite (6) und Druckspannungsseite W) des Knochens zu. Durch den, im erforderlichen Maß elastischen Bereich (8), der Stäbe (1;2;3; 4) wird dies unterstützt. Zum Anschluß an den Knochen (6;7) sind die Stäbe mit einerVerzahnung (9;10) oder einer anderen,
in der Implantattechnik bekannten, Oberflächenstruktur versehen. Hierbei ist sichergestellt, daß die Verzahnung (9;10) oder Flächenstruktur auf der lateralen Knochenseite (6) gegen Zugbelastung und auf der medialen Ünochenseite (7). gegen Druckbelastung wirksam ist. Zur Primärfixation der Prothese werden feste oder elastische Dübel ( 11; 12; 13), oder wie in Fig.4 dargestellt, Spreizdübel (24), eingesetzt, die die Verzahnung (9;10) der Stäbe (1;2;3;4) an die Knochenwände (6;7) pressen und die Zähne (9;10) oder Oberflächenstruktur zum Eingriff bringen. Durch die Belastung und die Elektrostimulation bildet sich neuer Knochen um die Stäbe (1;2;3;4). Aus dem Elektrostimulator (14) werden an einem oder mehreren Kabeln (25) die Kathoden (15;16;17; 18) in den Markraum geführt und entweder zentral oder in anderer Lage angeordnet. Die Anode (19) wird an einem separaten Kabel (20) aus dem Elektrostimulator (14) herausgeführt, und mit einem Klemmnippel (21) am Trochanter major befestigt. Zum schnelleren Einheilen des Prothesenschaftes werden in den Bereich (8) und den Zwischenräumen (22;23) zwischen den Dübeln (11;12;13) Knochenchips eingefüllt.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt die bündelartige Gliederung der Stäbe (f;2;3;4). Die Anzahl und stärke der Stäbe sowie deren Länge kann sich nach Form und Durchmesser des Knochens und der Belastung richten. Die Stäbe sind bei Verwendung von in der Technik bekannten Klemmkonen oder Klemmbuchsen im Kragen (5) auswechselbar.
In Fig. 4,5 und 6 ist der Prothesenschaft in zwei Stabend;2) gegliedert. Die neuartige Bündelung oder Gliederung des Pro thesenschaftes beginnt unmittelbar hinter dem Kragen (5). Als mögliche technische Variante zu Fig.1 sind hier Spreizdübel (24) zum Anpressen der Stäbe (1;2) an den Knochen (6;7) vorgesehen. Wie bereits in Fig. 1 erklärt, ist auch hier im Prothesenschaft ein elastischer Bereich(8) vorgesehen. Die Zwischenräume (22;23) zwischen den Spreizdübeln (24) und dem elastischen Bereich (8) werden zum besseren ^anheilen dee Schaftes mit Knochenchips ausgefüllt.
In Fig. 7 ist die Bündelung oder Gliederung des Prothesen schaftes in drei Stäben (1;2;3) dargestellt.

Claims (5)

  1. Patent- bzw. Schutzansprüche
    Schaft und Verankerung einer Gelenkprothese dadurch ge kennzeichnet, daß der Schaft aus zwei einzelnen oder einem Bündel von mehreren Verankerungsstäben (1;2;3;4) be steht, die dabei mit dem Prothesenkragen (5) ein Gußteil bilden, oder aus einzelnen, austauschbaren Teilen zusammengesetzt sind, sich durch ihre Elastizität den Knochenwänden anpassen können und mit festen, elastischen oder Spreizdübeln (11;12; 13; 24) oder dergleichen zur Primärfixation an den Knochen gepresst werden und sich dabei mit einer Verzahnung (9;10) oder anderer Oberflächenstruktur im Knochen verhaken.
  2. 2. Verankerung einer Prothese nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß zum Einheilen des Schaftes Elektrostimulation in Form eines implantierten Gerätes (14) verwendet wird.
  3. 3. Verankerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kathoden (15;16;17;18) im Knochen angeordnet werden und die Anode (19), die an einem separaten Kabel(20) aus dem Elektrostimulator (14) herausgeführt ist, mit einem Klemmkonus (21) im großen Trochanter befestigt wird.
  4. 4. Verankerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Elektrostimulators (14) in einer Frequenz von 38 bis 43 Hertz, einer Einschaltdauer von 30 bis 58?& und einem Potential zwischen 300 und 900 Millivolt abgegeben wird.
  5. 5. Verankerung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft selbst die Kathode für die Elektrostimulation ist.
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