Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Künstliches Kniegelenk: Kunststoff reibt Metall ab

04.04.2013
Biomechaniker Privatdozent Dr. Jan Philippe Kretzer von der Orthopädischen Universitätsklinik Heidelberg untersuchte erstmals den Verschleiß der Metallkomponenten in Knie-Endoprothesen und ist dafür von der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie ausgezeichnet worden.

Seine Ergebnisse tragen dazu bei, die Implantate weiter zu verbessern. Es gelangen zwar nur winzige Spuren des Metalls in den Körper, diese könnten aber bei Problemen mit der Prothese von Bedeutung sein.

Forschung zur Verbesserung künstlicher Kniegelenke, in denen Metall- und Kunststoffkomponenten aufeinander reiben, konzentrierte sich bisher hauptsächlich auf die Schwachstelle des Gelenks, den weicheren Kunststoff. Privatdozent Dr. Jan Philippe Kretzer, Biomechaniker der Orthopädischen Universitätsklinik Heidelberg, zeigte mit seinem Team erstmals, dass auch die metallische Gelenkfläche verschleißt: Rund 10 Prozent aller Partikel, die sich während mehrjähriger Belastung aus der Prothese lösen, sind metallisch. Soll zukünftig der Abrieb der Implantate weiter verringert werden, darf dieser Faktor nicht außer Acht gelassen werden. Insgesamt gelangen zwar nur geringste Mengen der Metall- und Kunststoffpartikel in den Körper, diese könnten aber langfristig Abbauprozesse der umgebenden Knochen und damit die Lockerung der Prothese fördern. Für seine Ergebnisse ist PD Dr. Kretzer mit dem Heinz-Mittelmeier-Forschungspreis der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie ausgezeichnet worden.

In Deutschland erhalten rund 160.000 Menschen pro Jahr einen Kniegelenksersatz. Dieser besteht aus zwei Metallkomponenten, die im Knochen verankert werden und die beschädigten Gelenkanteile in Oberschenkelknochen und Schienbein ersetzen. Zwischen diesen Metallkomponenten befindet sich eine Kunststoffeinlage, die verhindert, dass die Metalloberflächen direkt aufeinander reiben. Der im Vergleich zu Metall weicherer Kunststoff (Polyethylen) ist damit über die Jahre einer großen Belastung ausgesetzt, durch den Abrieb lösen sich kontinuierlich kleinste Partikel.
Abrieb könnte bei Problemen mit künstlichem Knie eine Rolle spielen

Die gelösten Kunststoffpartikel stehen in Verdacht, langfristig den Knochenabbau in unmittelbarer Umgebung des Implantats zu fördern. Es wird daher intensiv daran geforscht, den Verschleiß der Implantate zu verringern. „Dass sich auch aus der widerstandsfähigeren Metalloberfläche eine relevante Menge an Partikeln löst, haben wir nicht erwartet“, sagt Kretzer, Leiter des Labors für Biomechanik und Implantat-Forschung an der Orthopädischen Universitätsklinik. „Dieser Abrieb könnte bei Problemen mit künstlichen Kniegelenken ebenfalls eine Rolle spielen und sollte daher nicht vernachlässigt werden.“ So leiden einige Patienten nach der Implantation weiterhin unter Schmerzen am Knie, die – wie Erfahrungen mit künstlichen Hüftgelenken vermuten lassen – mit dem metallischen Abrieb zusammenhängen könnten.

Für die Studie ahmten die Heidelberger Biomechaniker die dreijährige Belastung eines gängigen Implantatsystems im Bewegungssimulator realitätsgetreu nach. Gelöste Partikel sammelten sich in der Flüssigkeit, die im Simulator das Gelenk umspült, und wurden mit Hilfe hochauflösender Massenspektrometrie (HR-ICP-MS) analysiert. Während der gesamten Belastung lösten sich 0,8 Milligramm, das ist weniger als ein Tausendstel Gramm, Metall, darunter Chrom und Titan, sowie rund 7 Milligramm Kunststoff. Der Anteil der Metallpartikel am gesamten Verschleiß betrug damit rund zwölf Prozent. Klinische Untersuchungen sollen nun zeigen, welche Mengen der Verschleißpartikel ins Blut von Patienten mit Knie-Prothesen gelangen und welche Auswirkungen sie haben. „Die Konzentrationen der Metallpartikel sind aber extrem gering und daher wahrscheinlich gesundheitlich unbedenklich“, sagt Kretzer.

Doch warum wird die Metalloberfläche des künstlichen Kniegelenks überhaupt von der weicheren Kunststoffkomponente abgerieben? Erst wenn die Wissenschaftler diese Frage geklärt haben, können sie den Metallabrieb bei zukünftigen Implantaten verringern.

Ansprechpartner:
Privatdozent Dr. sc. hum. Dipl.-Ing. Jan Philippe Kretzer
Labor für Biomechanik und Implantat-Forschung
Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg
Tel.: 06221 / 562 92 09
E-Mail: Philippe.Kretzer@med.uni-heidelberg.de
Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät Heidelberg
Krankenversorgung, Forschung und Lehre von internationalem Rang
Das Universitätsklinikum Heidelberg ist eines der bedeutendsten medizinischen Zentren in Deutschland; die Medizinische Fakultät der Universität Heidelberg zählt zu den international renommierten biomedizinischen Forschungseinrichtungen in Europa. Gemeinsames Ziel ist die Entwicklung innovativer Diagnostik und Therapien sowie ihre rasche Umsetzung für den Patienten. Klinikum und Fakultät beschäftigen rund 11.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und engagieren sich in Ausbildung und Qualifizierung. In mehr als 50 klinischen Fachabteilungen mit ca. 2.200 Betten werden jährlich rund 118.000 Patienten voll- bzw. teilstationär und rund 1.000.000 mal Patienten ambulant behandelt. Das Heidelberger Curriculum Medicinale (HeiCuMed) steht an der Spitze der medizinischen Ausbildungsgänge in Deutschland. Derzeit studieren ca. 3.500 angehende Ärztinnen und Ärzte in Heidelberg.

Bei Rückfragen von Journalisten:
Dr. Annette Tuffs
Leiterin Unternehmenskommunikation / Pressestelle
des Universitätsklinikums Heidelberg und der
Medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 672
69120 Heidelberg
Tel.: 06221 56-4536
Fax: 06221 56-4544
E-Mail: annette.tuffs@med.uni-heidelberg.de

Dr. Annette Tuffs | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de
http://www.klinikum.uni-heidelberg.de/Startseite.110016.0.html
http://www.implantatforschung.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Perowskit-Solarzellen: Es muss gar nicht perfekt sein
15.01.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Fraunhofer IMWS testet umweltfreundliche Mikroplastik-Alternativen in Kosmetikartikeln
11.01.2018 | Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie