Materialabrieb nach Materialumkehr der artikulierenden Gleitpartner einer inversen Schulterprothese im Vergleich zu einer konventionellen inversen Schulterprothese

Zusammenfassung

Hintergrund

Die häufigste Komplikation nach Implantation der inversen Prothese ist immer noch das Scapula-Notching. Eine Designoption inverser Prothesen das biologische Notching zu minimieren, könnte eine Materialumkehr der Gleitpartner darstellen. Ziel dieser Arbeit war ein tribologischer Vergleich zwischen inversen Prothesen mit konventioneller und umgekehrter Gleitpaarung.

Material und Methoden

Eine Gleitpaarung bestehend aus einer humeralen Gelenkfläche aus Metall (TiN-Schmiedelegierung) und einer Polyethylen-Glenosphere (UHMW-PE) wurde mit einer Gleitpaarung bestehend aus einer humeralen Gelenkfläche aus Polyethylen (UHMW-PE) und einer Glenosphere aus Metall (CoCr-Schmiedelegierung) jeweils mit einem Durchmesser von 36 mm verglichen. Beide Gleitpaarungen wurden in einem identischen standardisierten Versuchsablauf getestet. Es erfolgte jeweils die Testung in 4 simulierten Freiheitsgraden (Flexion, Abduktion, Translation, Axiallast). Mit einer Prüffrequenz von 1 Hz wurden die beiden Gleitpaarungen jeweils bis zu 2 × 10⁶ Zyklen im Verschleißsimulator beansprucht. Zur Beurteilung des tribologischen Verhaltens der Endoprothesen erfolgte eine gravimetrische Messung mit Quantifizierung des Verschleißes über den Massenverlust des Polyethylen. Dazu kam eine Waage vom Typ KN BA 100 der Firma SARTORIUS zum Einsatz. Bei den entsprechenden Inspektionszyklen wurde jede Probe 3x gewogen und der arithmetische Mittelwert gebildet. Des Weiteren wurden zur Bewertung des Verschleißverhaltens die Oberflächenbeschaffenheiten mittels fotografischen Aufnahmen überprüft.

Ergebnisse

Es konnte eine Halbierung der Verschleißrate in der Gravimetrischen Untersuchung für die inverse Prothese mit Materialumkehr der Gleitpaarung im Vergleich zu dem ursprünglichen inversen Prothesendesign ermittelt werden. Des Weiteren zeigten sich mit zunehmender Zyklenzahl deutlich mehr feine Kratzer auf der CoCr-beschichteten Glenosphere und auf der Polyethylen-Pfanne.

Schlussfolgerung

Die Ergebnisse dieses Tests signalisieren, daß für den gravimetrischen Polyethylen-Abrieb der inversen Prothese mit Materialumkehr der Gleitpaarung im Vergleich zu der ursprünglichen Materialkonfiguration eine deutliche Reduktion erwartet werden muss. Auf Basis dieser Ergebnisse ist die Materialumkehr der artikulierenden Gleitpartner in der inversen Schulterendoprothetik auch in der Zukunft weiter zu empfehlen.

Abstract

Introduction

Scapula notching is still the most frequent complication after implantation of a reverse prosthesis. To minimise the biological notching of reverse prosthesis, an inversion of the bearing materials as a design option could solve this problem. The aim of this study was to compare the tribological behaviour between reverse prosthesis consisting of conventional and reverse bearing materials.

Materials and methods

A tribological pairing consisting of a humeral joint surface out of metal (TiN-alloy) and a polyethylene-glenosphere (UHMW-PE) was compared to a sliding configuration consisting of a humeral joint surface composed of polyethylene (UHMW-PE) and a glenosphere with metal (CoCr-alloy), in each case with a diameter of 36 mm. Both tribological pairings were tested in an identical standardized procedure. In each case the testing occurred in 4 simulated degrees of freedom (flexion, abduction, translation, axial load). With a test frequency of 1 Hz, both sliding configurations were tribologically stressed in the wear simulator up to 2  ×  10⁶ cycles in each case. To assess the tribological behaviour of the endoprostheses a gravimetric measurement with quantification of the abrasion through the mass loss of the polyethylene was performed. For this purpose a balance of type CN BA 100 from Sartorius was used. At the appropriate inspection cycles, each sample was weighed 3x and the arithmetic mean was determined. Additionally photographs of the surfaces of the sliding partners were used to evaluate the wear behavior of the sliding partners.

Results

In the gravimetric investigation it was determined that the inverse prosthesis with the inverted bearing material showed a 50 % lower abrasion rate compared to the original inverse prosthesis design. Furthermore clearly more fine scratches appeared on the CoCr-coated glenosphere and on the humeral polyethylene socket with increasing number of cycles.

Conclusion

The results of this test indicate that a significant reduction for the gravimetric polyethylene wear must be expected in the inverse prosthesis with the inverted bearing material compared to the original material configuration. Based on these results, the inverted bearing material in reverse shoulder arthroplasty can also be recommended in the future.