Risikoarmes Verfahren soll in Zukunft Knie- oder Hüft-Endoprothesen im OP mit Hilfe von Wärme lösen

Sogenannte Wechseloperationen zur Erneuerung einer Knie- oder Hüftprothese werden immer häufiger. Ursache ist die steigende Lebenserwartung und damit das höhere Alter der Patienten, deren Gelenkersatz nach der durchschnittlichen Standzeit einer Endoprothese von 10 bis 15 Jahren erneuert werden muss. Um das mit diesen Operationen verbundene Risiko zu verringern, arbeiten Orthopäden und Unfallchirurgen des Universitätsklinikums Leipzig gemeinsam mit Materialwissenschaftlern der Universität Leipzig an einer innovativen Methode zur Loslösung der alten Endoprothesen.

Beim Einsatz eines neuen Gelenks werden gerade bei älteren Patienten die Endoprothesen zur besseren Verankerung in speziellem Zement eingebettet und so stabilisiert. Muss die Endoprothese dann wieder gewechselt werden, steht der Arzt im Operationssaal vor der Aufgabe, das künstliche Gelenk aus dem Zementbett zu lösen. Der herkömmliche Weg dafür ist der Einsatz von Hammer und Meißel. „Dieses mechanische Verfahren ist immer auch mit Risiken wie Knochenverletzungen verbunden, je schwächer die Knochensubstanz beispielsweise aufgrund des hohen Alters der Patienten ist, umso mehr“, erklärt Dr. Mohamed Ghanem, Geschäftsführender Oberarzt an der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie des Universitätsklinikums Leipzig. Waren früher Endoprothesenwechsel eher Ausnahmefälle, so steigen inzwischen die Zahlen dieser Eingriffe. „Unsere Patienten werden immer älter – damit müssen wir auch die Endoprothesen häufiger  erneuern als noch vor 10-20 Jahren“,  so Ghanem weiter. Da die Patienten aber auch häufiger Begleiterkrankungen mitbringen, steigt gleichzeitig das mit den Operationen verbundene Risiko.

„Unsere Idee war daher, die traditionelle mechanische  Mobilisierung des Knochenzements und damit die Lösung der alten Endoprothese zu optimieren“, erklärt der Endoprothesenexperte. Dazu hat er gemeinsam mit Materialwissenschaftlern der Universität Leipzig ein spezielles Verfahren entwickelt, dass den Zement durch Erwärmung weich werden lässt. „Die besonderen Eigenschaften des Knochenzements führen dazu, dass sich dessen Struktur bei einem Temperaturanstieg so verändern lässt, dass dieser plastischer wird und die Endoprothese so leichter entfernt werden kann“, erklärt Prof. Frank Dehn vom Institut für Mineralogie, Kristallografie und Materialwissenschaft an der Universität Leipzig, der zusammen mit  Dr. Andreas König als Materialwissenschaftler an der Studie mitgewirkt hat.

Diese spezielle Eigenschaft des Materials haben sich die Forscher zu Nutze gemacht und getestet, wie sich eine Erwärmung gezielt und gleichzeitig schonend für den Patienten erreichen lässt. In einer von der Deutschen Arthrosehilfe geförderten Studie haben die Wissenschaftler eine Methodik dazu entwickelt und erprobt. „Mit unseren Versuchen im Labor haben wir den Glastransformationspunkt, also den Moment der Verflüssigung, des Knochenzementes ermittelt und gezeigt, dass der Zement mit Hilfe von Elektroden ganz gezielt erwärmt und damit flexibler gemacht werden kann“, beschreibt Oberarzt Ghanem die Ergebnisse. Die Nutzung einer solchen thermo-mechanischen Methodik ist daher ein zukunftsweisender Ansatzpunkt zur Erleichterung der Zemententfernung und würde eine deutliche Verbesserung für Endoprothesenwechseloperationen bedeuten. In einem weiteren Schritt muss das Verfahren nun so angepasst werden, dass sich die derzeit nur lokale Erwärmung gleichmäßig im Zement verteilen lässt, um die Kraftaufwände für die folgende mechanische Entfernung der Ersatzgelenke weiter zu verringern. „Wir sind sehr optimistisch, dass wir mit dieser Methode einen Weg gefunden haben, um künftig die Operationen für unsere Patienten sehr viel verträglicher machen können“, so Ghanem.