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Temporäre Arthrodese des Kniegelenks bei zweizeitigem septischen Prothesenwechsel

In-vitro-Analyse der Adhäsion von Staphylococcus aureus auf Stahl- und Kohlefaserstäben

Temporary arthrodesis of the knee in two-stage septic prosthesis exchange

In vitro analysis of adhesion of Staphylococcus aureus on steel and carbon fiber rods

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Der Orthopäde Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Hintergrund

Im Rahmen eines zweizeitigen septischen Knieprothesenwechsels wird bei ausgedehnten knöchernen Defekten nach Prothesenexplantation häufig eine temporäre Arthrodese mithilfe eines antibiotikahaltigen Polymethylmethacrylat v(PMMA)-Spacer vorgenommen. Eine gängige Methode stellt die Verwendung von konventionellen Stahl- oder Kohlefaserstangen dar, die über einen „Tube-to-tube“-Konnektor verbunden und anschließend gelenknah mit Knochenzement armiert werden.

Ziel der Arbeit

Da in der Behandlung periprothetischer Infektionen (PPI) der Oberflächenbesiedelung von Fremdmaterialien und der Biofilmbildung eine entscheidende Rolle zukommt, werden die Stahl- und Kohlefaserstangen hinsichtlich der bakteriellen Oberflächenadhäsion verglichen.

Material und Methode

Für die experimentelle Studie wurden Kohlefaser- und Stahlstäbe externer Fixateursysteme verwendet. Das Probenmaterial wurde in eine mit Staphylococcus aureus (S. aureus) angereicherte Trägersubstanz gelegt. Die adhärierenden Bakterien wurden sowohl mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie als auch quantitativ nach Ultraschallablösung (Sonikation) im Ausstrich untersucht. Rasterelektronenmikroskopische (REM-)Bilder wurden angefertigt, um die Topografie der bakteriellen Adhäsionen zu analysieren.

Ergebnisse

Die Fluoreszenzmikroskopie zeigt eine gleichmäßige Oberflächenverteilung auf beiden Materialien. Die Betrachtung der REM-Aufnahmen belegt, dass bei Kohlefaserstäben die Ausrichtung des Keimwachstums in Faserrichtung verläuft, während sich bei den Stahlstangen eine willkürliche Anordnung findet. Mithilfe der Sonikation konnte kein signifikanter Mengenunterschied an adhärenten Erregern auf den beiden Materialien unter Verwendung des Wilcoxon-Tests (Signifikanzniveau p < 0,05) festgestellt werden.

Schlussfolgerung

Bei der Durchführung einer PMMA-armierten fixen Arthrodese können beide Materialien Anwendung finden, ohne Einbußen im Therapieerfolg zu befürchten. Unter ökonomischen Gesichtspunkten erscheint die Verwendung von Stahlstangen sinnvoll, da die Materialkosten deutlich geringer sind.

Abstract

Background

In two-stage septic revision arthroplasty of the knee, a temporary intramedullary fixation with an antibiotic-containing polymethyl methacrylate (PMMA) spacer is often performed in cases of extensive bone defects after endoprosthesis explantation. A common method is the use of conventional steel or carbon fiber rods, which are connected via a tube-to-tube connector and finally reinforced near the joint with bone cement.

Objective

As the surface of foreign materials plays a critical role in the colonization and biofilm formation in the treatment of periprosthetic joint infections (PJI), the steel and carbon fiber rods were examined and compared with respect to bacterial surface adhesions.

Material and methods

Carbon fiber and steel rods of external fixator systems were used for this experimental study. The sample material was placed in a substrate enriched with S. aureus. The adherent bacteria were examined both by fluorescence microscopy and quantitatively after ultrasonic detachment (sonication) in a smear preparation. In addition, scanning electron micrograph (SEM) images were taken to analyze the topography of bacterial adhesions.

Results

The fluorescence microscopy revealed a uniform surface distribution for both materials. The observation of the SEM images showed that for carbon fiber rods the growth of bacteria ran in unison with the direction of the fiber, while for the steel rods an arbitrary arrangement was found. With the help of sonication a significant difference in the number of adherent micro-organisms between the two materials could not be determined using the Wilcoxon test (significance level p < 0.05).

Conclusion

Both materials can be used to perform PMMA-reinforced intramedullary fixation without fear of sacrificing therapeutic success. From an economic point of view, the use of steel rods seems reasonable as the material costs are significantly lower.

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Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4

Abbreviations

BHI:

„brain heart infusion“ (Hirn-Herz-Boullion)

CFK:

carbonfaserverstärke Kunststoffe

DSMZ:

Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen

FKS:

fetales Kälberserum

M:

Mittelwert

PBS:

„phosphate buffered saline“ (phosphatgepufferte Kochsalzlösung)

PMMA:

Polymethylmethacrylat

PPI:

periprothetische Infektion

REM:

Rasterelektronenmikroskopie („scanning electron microscopy“, SEM)

RPMI:

Roswell Park Memorial Institute

S. aureus :

Staphylococcus aureus

SD:

Standardabweichung

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Authors and Affiliations

  1. Chirurgische Klinik und Poliklinik, BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum, Bürkle-de-la-Camp-Platz 1, 44789, Bochum, Deutschland

    S. Frieler, J. Geßmann, B. Jettkant, M. Köller, T. A. Schildhauer &  H. Baecker

  2. Hochschule für angewandte Wissenschaften, Fachhochschule Südwestfalen, 58644, Iserlohn, Deutschland

    J. M. Ronge

Authors
  1. S. Frieler
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  2. J. Geßmann
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  3. B. Jettkant
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  4. J. M. Ronge
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  5. M. Köller
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  6. T. A. Schildhauer
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  7. H. Baecker
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Correspondence to H. Baecker.

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Interessenkonflikt

S. Frieler, J. Geßmann, B. Jettkant, J.M. Ronge, M. Köller, T.A. Schildhauer und H. Baecker geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Dieser Beitrag beinhaltet keine von den Autoren durchgeführten Studien an Menschen oder Tieren.

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Frieler, S., Geßmann, J., Jettkant, B. et al. Temporäre Arthrodese des Kniegelenks bei zweizeitigem septischen Prothesenwechsel. Orthopäde 48, 130–135 (2019). https://doi.org/10.1007/s00132-018-3654-0

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