DE2324867C3 - Knochenschaft- und Gelenkendoprothese und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
Knochenschaft- und Gelenkendoprothese und Verfahren zur Herstellung derselbenInfo
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Description
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45
Die Erfindung bezieht sich auf eine Knochenschaft- und Gelenkendoprothese aus dichter Aluminiumoxid-Keramik
für die zementfreie Implantation und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Solche Endoprothesen dienen zur Überbrückung von fehlenden Teilen des Knochenschaftes und zum Ersatz
von Gelenken.
Es sind Knochenschaft- und Gelenkendoprothesen aus Aluminiumoxyd-Keramik mit Kunststoff-Imprägnierung
bekannt (US-PS 37 13 860, GB-PS 13 14 468), die eine zementfreie Implantation ermöglichen sollen.
Es ist ferner bekannt, die Verankerung durch eine poröse Oberflächenstruktur zu fördern (DT-OS
34 316). Im bekannten Fall wird davon ausgegangen, daß die Aluminiumoxid-Keramik bioinert oder bioverträglich
ist. Im weiteren wird dabei nach gegenwärtiger Kenntnis eine umso bessere mechanische Festigkeit
erreicht, je weniger die betreffende Grenzfläche bewegt wird. Zur Vermeidung von Thrombosen ist jedoch
anzustreben, daß sich der Patient bald nach der Operation bewegen kann.
Weiterhin ist eine Untersuchung bekannt (Biomed. ^0
Mater. Res. [1972] Vol. 6, 451 bis 464), bei der die Biokompatibilität einer Glaskeramik aus Siliciumdioxid,
Calziumoxid, Natriumoxid und Phosphorpentoxid mit organischen Stoffen, Polymeren, Aminosäuren und
anderen, und darüber hinaus eine gewisse Haftungs- ^5
bzw. Bindungsaktivität festgestellt wurden.
Die Benutzung von Glaskeramik als Material für EndoDrothesen als Knochenschaft und Gelenkersatz ist
jedoch au* alle Fälle beschränkt, bei denen die
mechanische Belastung der Prothesen gering ist oder hauptsächlich eine Belastung auf Druck vorliegt, weil
die Biegebruchfestigkeit von Glaskeramiken nicht sehr hoch ist Für die als Implantationsmaterial in Frage
kommenden GJaskeramikzusammensetzungen liegt die Biegebruchfestigkeit unter 10 000 Newton/cm2. Diese
Festigkeit reicht für Endoprothesen der hochbelasteten Knocken im Menschen nicht aus.
Aus einem Implantat aus Glaskeramik, z. B. einem
Knochenzwischenstück, diffundieren außerdem zeitlich unbegrenzt Ionen in das angrenzende Gewebe, was eine
für das Implantat und das Gewebe untragbare Belastung darstellt.
Glaskeramiken wurden auch bereits für die Verwendung
an hochbelasteten Gelenk-Prothesen als Auftragsschichten für Metallteile, die der Verankerung der
Prothese dienen, vorgeschlagen (DT-OS 23 06 552). Dieser Vorschlag bedingt Keramik-Metatl-Verbundkonstruktionen
für derartige Prothesen mit allen Schwierigkeiten, die mechanisch hochbelastete Verbundkonstruktionen
mit sich bringen.
Es ist ferner allgemein bekannt, daß das Anwachsen von Gewebe an dichte Aluminiumoxid-Keramikoberflächen
dadurch verstärkt und beschleunigt werden kann, daß bei der Implantation in der Nähe dieser
Oberflächen kleine Apatitkristalle, z. B. in Pulverform, eingelagert werden. Derartige Apatitkriställchen können
z. B. aus Calcium-Aluminiumphosphat bestehen. Soweit bisher bekannt ist, werden derartige Kristallenen
vom Körper abgebaut und resorbiert, wodurch in der Nähe der Grenzfläche Ionen zur Verfugung stehen, die
für den Aufbau neuen Knochengewebes benötigt werden und nützlich sind. Die entsprechenden Versuche
haben jedenfalls gezeigt, daß sich nach Einbringen derartiger Kriställchen in der Nähe der Implantatoberfläche
schneller eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Implantat und dem umliegenden
Knochengeweoe bildet. Das Einbringen von wachstumsstimulierenden Apatiten in Pulverform in die Nähe
von Prothesenoberflächen aus dichter Aluminiumoxid-Keramik ist in der praktischen Operationstechnik
schwer dosierbar. Es scheidet daher praktisch Für die klinische Anwendung aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Implantate zu schaffen, die Ionen in solcher Dosierung enthalten,
daß ihre Diffusion in das Gewebe nach Eintritt der festen Verankerung des Implantates im Knochen
aufhört.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß Ionen zum Steuern der Gewebereaktionen
und zur Stimulation des Anwachsens von Gewebe nur in die Oberflächen, und zwar in die
Oberflächen derjenigen Prothesenteile eingelagert sind, die der Befestigung der Prothesen dienen.
Dichte Aluminiumoxid-Keramik hat eine hohe Biegebruchfestigkeit von mehr als 20 000 Newton/cm2,
ausgezeichnete Gleiteigenschaften und hohe Verschleißbeständigkeit für die auf Reibung beanspruchten
Teile von Gelenkendoprothesen und bietet darüber hinaus bereits in reinem Zustand die Möglichkeit der
Bildung mechanisch fester Verbindungen zum Knochengewebe. Um jedoch die Zeit, die für die Bildung
dieser mechanisch festen und tragfähigen Verbindung notwendig ist, kleiner zu halten, insbesondere das
Operationstrauma zu überwinden, sind in die Oberflächen der Teile der Prothesen, die der Verankerung am
angrenzenden Knochenraum dienen, vor der Implanta-
tion solche Ionen eingebracht, die die Bildung einer
mechanisch festen Verbindung vom Knochengewebe zum Implantat verbessern, stimulieren und beschleunigen.
Aus diesem Zusammenhang sind aus der vorgenannten Literatur bereits Silizium-, Calcium-, Natrium- und
Phosphorionen bekannt (Biomed. MaL, s. o.). Weiterhin
haben sich die Ionen der folgenden Elemente für diese Wachstumsstimulation an verschiedenen Glaskeramikzusammensetzungen
sowie bei der erfindungsgemäßen Einlagerung in Aluminiumoxid-Keramikoberflächen als
vorteilhaft erwiesen: Lithium, Bor, Kohlenstoff, Fluor, Magnesium und/oder Kalium. Besonders günstig ist die
Anwesenheit von Bor-, Silizium-, Phosphor-, Kalium- und Calciumionen.
Die Einlagerung der Ionen in die betreffenden Oberflächen kann nach bekannten Methoden erfolgen.
Die Aufgabe der Einlagerung der Ionen kann besonders günstig durch Diffusion gelöst werden.
Der Vorteil der Diffusion besteht bekanntlich darin, daß sich die Diffusionstiefe und die lonenkonzentration
steuern läßt (Ficksches Gesetz).
Zum Beispiel können diejenigen Implamtatoberflächen,
in die die Ionen eingebracht werden sollen, in die Oxide, Karbonate oder Salze oder die entsprechenden
Gemische eingebettet und dann auf solche Temperaturen erhitzt werden, bei denen die betreffenden Ionen in
die Implantatoberfläche eindiffundieren. Durch die Wahl der Temperatur für diese Behandlung und der
Dauer, für die diese Temperaturbehandlung aufrechterhalten wird, kann die Menge der eindiffundierenden
Ionen innerhalb verhältnismäßig großer Grenzen variiert und den für die Wachstumsstimulation des
Gewebes günstigen Verhältnissen angepaßt werden. Durch eine Behandlung mit Säuren vor der eben
genannten Wärmebehandlung kann das Eindiffundieren der Ionen bei dieser Behandlung noch verbessert
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert:
Der Schaft des Femurteiles einer Hüftgelenkendoprothese aus dichter Aluminiumoxid-Keramik, die zur
Implantation in Schafen vorgesehen ist, wird in ein Pulver eingebettet, das folgende Oxide und Salze
enthält:
40% beta-Aluminiumoxid (Na2O · 11 AI2O3),
30% Calciumborat (3 CaO · B2O3),
30% Calciumphosphat (4 CaO · P2O5).
30% Calciumphosphat (4 CaO · P2O5).
Die eingebettete Prothese wird sodann in einem elektrisch beheizten Ofen auf die Temperatur 1300° C
aufgeheizt und 16 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen und Reinigen von
anhaftenden Pulverbestandteilen ist der vorher weiße Prothesenschaft dunkel gefärbt
Diese Prothese wurde in einem Versuch einem Schaf, natürlich zusammen mit der unbehandelten Pfanne für
die Hüftgelenkendoprothese, implantiert. Eine Prothese aus der gleichen Aluminiumoxid-Keramik, die jedoch
nicht der Diffusionsbehandlung unterworfen war, wurde einem Schaf gleichen Alters und gleichen Gewichts
implantiert Beide Schafe wurden nach 2 Monaten getötet, die Oberschenkel mit den Implantaten wurden
entnommen und die Festigkeit des Sitzes der Prothese wurde geprüft Zum Entfernen der Prothese, die
erfindungsgemäß Ionen in der Oberfläche enthielt, war
eine um 30% höhere Kraft nötig als zum Entfernen der Vergleichsprothese.
Die erfindungsgemäßen Prothesen besitzen gegenüber den Glaskeramikprothesen den Vorteil, daß bei
ihnen das Herausdiffundieren von Ionen aus der Implantatoberfläche nach einiger Zeit vollständig
abklingt, da die Gesamtmenge derartiger Ionen in der Oberfläche begrenzt ist, während aus Glaskeramikoberflächen
Ionen immer weiter herausdifiundieren, da sie aus dem Inneren des Implantats nachgeliefert werden
können. Nach Eintritt der festen Verankerung des Implantats im Knochen ist es jedoch vorteilhaft, wenn
die Eindiffusion von Fremdionen aufhört, da für die Aufrechterhaltung stationärer Verhältnisse die Versorgung
des Knochens über die Blutbahnen günstiger ist.
Claims (6)
1. ICnochenschaft und Gelenkendoprothese aus dichter Aluminiumoxid-Keramik für die zementfreie
Implantation, dadurch gekennzeichnet, daß Ionen zum Steuern der Gewebereaktionen und
zur Stimulation des Anwachsens von Gewebe nur in die Oberflächen, und zwar in die Oberflächen
derjenigen Prothesenteile eingelagert sind, die der Befestigung der Prothesen dienen.
2. Knochenschaft- und Gelenkendoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lithiurh-,
Bor-, Kohlenstoff-, Fluor-, Natrium-, Magnesium-, Silizium-, Phosphor-, Kalium- und/oder Calciumionen
eingelagert sind.
3. Knochenschaft- und Gelenkendoprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Natrium-,
Calcium-, Bor- und Phosphorionen eingelagert sind.
4. Verfahren zur Herstellung einer Knochenschaft- und Gelenkendoprothese nach Anspruch 1,2
oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen in die Oberflächen derjenigen Prothesenteile, die der
Befestigung der Prothesen dienen, diffundiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prothesenteile in die Oxide,
Karbonate, Salze oder die entsprechenden Gemische der ionenbildenden Stoffe eingebettet und
anschließend erhitzt werden. J0
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prothesenteile vor dem Einbetten mit Säure behandelt werden.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732324867 DE2324867C3 (de) | 1973-05-17 | Knochenschaft- und Gelenkendoprothese und Verfahren zur Herstellung derselben | |
JP1552574A JPS5330275B2 (de) | 1973-02-10 | 1974-02-08 | |
FR7404362A FR2216981B1 (de) | 1973-02-10 | 1974-02-08 | |
IT20281/74A IT1007601B (it) | 1973-02-10 | 1974-02-08 | Endoprotesi ortopedica special mente articolare |
CH674774A CH568067A5 (de) | 1973-05-17 | 1974-05-16 | |
GB2210374A GB1467069A (en) | 1973-05-17 | 1974-05-17 | Endoprostheses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732324867 DE2324867C3 (de) | 1973-05-17 | Knochenschaft- und Gelenkendoprothese und Verfahren zur Herstellung derselben |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2324867A1 DE2324867A1 (de) | 1974-11-28 |
DE2324867B2 DE2324867B2 (de) | 1975-07-24 |
DE2324867C3 true DE2324867C3 (de) | 1976-08-12 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2703814A1 (de) * | 1977-01-29 | 1978-08-03 | Greenspan Donald | Mit einem biologisch aktiven glas beschichtete aluminiumoxid-keramika und verfahren zu ihrer herstellung |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2703814A1 (de) * | 1977-01-29 | 1978-08-03 | Greenspan Donald | Mit einem biologisch aktiven glas beschichtete aluminiumoxid-keramika und verfahren zu ihrer herstellung |
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