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Nur winzige Spuren gelangen in den Körper

17.02.2009
Konzentration von Metall-Ionen im Blut von Patienten mit künstlichem
Hüftgelenk exakt bestimmt / Heidelberger Orthopädie ausgezeichnet

Träger von künstlichen Hüftgelenken aus Metall müssen wahrscheinlich nicht mit toxischen Wirkungen durch den sogenannten Metallabrieb rechnen: In der sechsmonatigen Einlaufphase des Gelenks nach der Implantation steigt der Gehalt von Chrom- und Kobalt-Ionen nur in sehr geringem Umfang an. Danach verändert er sich kaum noch.

Mit einem hochauflösenden Messverfahren hat Privatdozent Dr. Christian Heisel, Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, (mittlerweile an den ARCUS Kliniken in Pforzheim tätig) die Konzentration von Metall-Ionen aus Hüftgelenksprothesen im Blut der Träger bestimmt und parallel das Abriebsverhalten der Prothesen im Biomechanik-Labor im Detail erfasst. Für seine Arbeit, die im "Journal of Bone and Joint Surgery" veröffentlicht wurde, ist er im Dezember 2008 mit dem mit 10.000 Euro dotierten Wissenschaftspreis der Arbeitsgemeinschaft Endoprothetik ausgezeichnet worden, dem renommiertesten Preis für Endoprothetik in Deutschland.

Die Messungen ergaben für Chrom und Kobalt Höchstwerte von rund drei Mikrogramm Ionen pro Liter Blut, dass sind drei Hunderttausendstel eines Gramms. Als Vergleich: Die deutsche Trinkwasserverordnung erlaubt bis zu 50 Mikrogramm Chrom pro Liter Wasser. "Die Konzentrationen der Chrom- und Kobalt-Ionen im Blut der Probanden sind sehr niedrig. Wir schätzen sie daher als unkritisch ein", erklärt Dr. Heisel. Grenzwerte, die angeben ab welcher Konzentration die verschiedenen Metall-Ionen gesundheitlich unbedenklich sind, gibt es allerdings nicht.

Höherer Abrieb in der Einlaufphase

Rund 180.000 Menschen in Deutschland erhalten jährlich ein neues Hüftgelenk. Metallhaltige Prothesen sind zwar in der Minderheit, aber ihre Verwendung nimmt zu: Gerade jüngere und aktive Patienten stellen hohe Ansprüche an Lebensdauer und Belastbarkeit der Prothesen. Moderne Gleitpaarungen (Hüftkopf und -pfanne) aus Metalllegierungen sollen diesen Ansprüchen genügen: Ihr Verschleiß ist sehr gering, sie bleiben im Durchschnitt 15 bis 20 Jahre funktionsfähig.

Kritisch bei den Metall-Metall-Prothesen ist die Einlaufphase in der ersten Zeit nach der Implantation: In dieser Zeit reiben sich Gelenkkopf und Gelenkpfanne aus Metall aneinander; es lösen sich Abriebpartikel und Metall-Ionen. "Der Abrieb ist so gering, dass es mit gängigen Messmethoden nicht möglich war, die Metallpartikel und Ionen im Blut der Patienten zu bestimmen", erklärt Dr. Jan Philippe Kretzer, Technischer Leiter des Biomechanik-Labors in der Orthopädischen Universitätsklinik Heidelberg und Seniorautor des Artikels. Diese Information ist aber wichtig, will man gesundheitliche Risiken durch die freigesetzten Metallpartikel abschätzen. Solche Partikel können zu Allergien oder toxischen Reaktionen führen.

Verbesserte Prothesenmaterialien und genauere Abschätzung gesundheitlicher Risiken

Dazu untersuchte das Team des Biomechanik-Labors um den Preisträger Privatdozent Dr. Christian Heisel den Abrieb in Hüftgelenksprothesen von fünfzehn Patienten, die mit einem Implantattyp aus einem Gemisch von Kobalt, Chrom und Molybdän versorgt worden waren. Den Patienten wurden zu bestimmten Zeitpunkten im ersten Jahr nach der Implantation Blutproben entnommen und der Gehalt von Kobalt-, Chrom- und Molybdän-Ionen im Blut mit Hilfe einer besonders sensiblen Analysemethode, der hochauflösenden Massenspektrometrie (hr-ICPMS), bestimmt.

Parallel dazu wurden fünf Prothesen des gleichen Typs in einem Hüftsimulator der durchschnittlich gleichen Belastung wie die künstlichen Hüftgelenke der Patienten ausgesetzt. Die Hüftgelenke des Simulators wurden während der Bewegungsphase mit einer Flüssigkeit umspült und Proben dieser Flüssigkeit untersucht. Dazu entwickelte das Team ein spezielles Verfahren der Massenspektrometrie, mit dem sowohl Blutproben, als auch Serumproben aus dem Simulator untersucht werden können. So sind die Ergebnisse besser vergleichbar.

Während der Gehalt an Chrom- und Kobalt-Ionen im Blut der Probanden im ersten halben Jahr langsam anstieg und sich dann kaum noch veränderte, ergaben die Proben aus den Simulatoren für diese Phase einen hohen, danach aber anhaltend sehr geringen Abrieb. "Offensichtlich werden Metallpartikel zunächst im Körper verteilt, eingelagert und geben dann langsam und kontinuierlich Ionen an das Blut ab. Erst hier können wir sie nachweisen", so Dr. Heisel. Daher bleibt die Ionen-Konzentration im Blut hoch, obwohl nach einem halben Jahr der Abrieb stark abfällt und dann dauerhaft sehr gering bleibt. "Durch den Vergleich mit den Simulatoren wissen wir nun, welche Menge an Metallpartikeln tatsächlich in den Körper gelangt und in welchem Zeitraum dies hauptsächlich geschieht", erklärt Dr. Heisel.

Wie sich der Ionengehalt im Blut auf lange Sicht entwickelt, ob er nach einer bestimmten Zeit wieder abfällt und ob die Metallpartikel aus den Gelenkprothesen auf Dauer die Gesundheit beeinträchtigen, soll die Fortsetzung der Studie klären.

Ansprechpartner:
PD Dr. med. Christian Heisel
ARCUS Kliniken Pforzheim
heisel(at)sportklinik.de
Dr. sc. hum. Dipl.-Ing. Jan Philippe Kretzer
Stiftung Orthopädische Universitätsklinik
Labor für Biomechanik und Implantatforschung
Schlierbacher Landstraße 200a
69118 Heidelberg
Tel.: 06221 / 96 92 09
Fax: 06221 / 96 92 06
Philippe.Kretzer(at)ok.uni-heidelberg.de
Weitere Information im Internet:
www.implantatforschung.de
www.orthopaedie.uni-hd.de
www.sportklinik.de
Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät Heidelberg
Krankenversorgung, Forschung und Lehre von internationalem Rang
Das Universitätsklinikum Heidelberg ist eines der größten und renommiertesten medizinischen Zentren in Deutschland; die Medizinische Fakultät der Universität Heidelberg zählt zu den international bedeutsamen biomedizinischen Forschungseinrichtungen in Europa. Gemeinsames Ziel ist die Entwicklung neuer Therapien und ihre rasche Umsetzung für den Patienten. Klinikum und Fakultät beschäftigen rund 7.000 Mitarbeiter und sind aktiv in Ausbildung und Qualifizierung. In mehr als 40 Kliniken und Fachabteilungen mit 1.600 Betten werden jährlich rund 500.000 Patienten ambulant und stationär behandelt. Derzeit studieren ca. 3.100 angehende Ärzte in Heidelberg; das Heidelberger Curriculum Medicinale (HeiCuMed) steht an der Spitze der medizinischen Ausbildungsgänge in Deutschland. (Stand 12/2008)
Bei Rückfragen von Journalisten:
Dr. Annette Tuffs
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit des Universitätsklinikums Heidelberg
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69120 Heidelberg
Tel.: 06221 / 56 45 36
Fax: 06221 / 56 45 44
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Dr. Annette Tuffs | idw
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