Skip to main content
SpringerLink
Log in

Histopathologischer Partikelalgorithmus

Partikelidentifikation in der Synovialis und in der SLIM

Histopathological particle algorithm

Particle identification in the synovia and the SLIM

Zeitschrift für Rheumatologie Aims and scope Submit manuscript

Cite this article

Zusammenfassung

Hintergrund

In der histopathologischen Synovialitis-Diagnostik und der SLIM-Diagnostik („synovia like interface membrane“) kommt der Kristall- und Partikelidentifikation und den hiermit verbundenen inflammatorischen Reaktionen ein wichtiger Stellenwert zu. Die Vielfalt der endogenen Kristalle, die Variabilität von Endoprothesenmaterialien und Materialkombinationen sowie die Unterschiedlichkeit der Partikelpathogenese erklären die hohe morphologische Partikelheterogenität, die eine diagnostische Partikelidentifikation erschwert.

Ziel der Arbeit

Aus diesen Gründen wurde ein histopathologischer Partikelalgorithmus entworfen, der mit geringem methodischem Aufwand eine orientierende Partikelidentifikation ermöglicht. Definiert wurden drei Kriterien: 1) lichtmikroskopisch-morphologische Charakteristika (Größenbestimmung, Formbestimmung und Farbbestimmung), 2) polarisationsoptische Eigenschaften und 3) enzymhistochemischen Charakteristika (Öl-Rot-Färbung, Berliner-Blau-Reaktion).Nach einem dichotomen Prinzip, basierend auf dem Färbeverhalten in der Berliner-Blau-Reaktion, in der Öl-Rot-Färbung, der Größe und dem polarisationsoptischem Verhalten erfolgt die Charakterisierung der Partikel.

Material und Methoden

Es erfolgte dementsprechend die Identifikation und Validierung der Partikel in 35 klinisch charakterisierten gelenkpathologischen Fällen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Vorgeschlagen wird eine zusammenfassende Bewertung (Partikel-Score) für die Synovialitis- und SLIM-Diagnostik, der die wichtigsten Informationen zusammenfasst: 1) Nichtprothesenpartikelmaterial vorhanden, nicht vorhanden; 2) dominierendes Prothesenpartikelmaterial: makro-/mikropartikulär; 3) partikelinduziertes Reaktionsmuster: Nekrosen, orientierende Flächenangabe in Flächenprozent, lymphozytäre Infiltrate/Makrophagen, Riesenzellen, Epitheloidzellreaktionen (vorhanden, nicht vorhanden).

Abstract

Background

In the histopathological diagnostics of synovitis and the synovium-like interface membrane (SLIM) the identification of crystals and crystal-like deposits and the associated inflammatory reactions play an important role. The multitude of endogenous crystals, the range of implant materials and material combinations, and the variability in the formation process of different particles explain the high morphological particle heterogeneity which complicates the diagnostic identification of diagnostic particles.

Study design and methods

A simple histopathological particle algorithm has been designed which allows methodological particle identification based on (1) conventional transmitted light microscopy with a guide to particle size, shape and color, (2) optical polarization criteria and (3) enzyme histochemical properties (oil red staining and Prussian blue reaction). These methods, the importance for particle identification and the differential diagnostics from non-prosthetic materials are summarized in the so-called histopathological particle algorithm.

Results

A total of 35 cases of synovitis and SLIM were analyzed and validated according to these criteria. Based on these criteria and a dichotomous differentiation the complete spectrum of particles in the SLIM and synovia can be defined histopathologically.

Conclusion

For histopathological diagnosis a particle score for synovitis and SLIM is recommended to evaluate (1) the predominant type of prothetic wear debris with differentiation between microparticles, and macroparticles, (2) the presence of non-prosthesis material particles and (3) the quantification of particle-association necrosis and lymphocytosis. An open, continuously updated web-based particle algorithm would be helpful to address the issue of particle heterogeneity and include all new particle materials generated in a rapidly changing field.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5
Abb. 6

Literatur

  1. Asencio G, Essig J, Nourissat C, Caremeau C (2011) Abnormal local tissue reaction after total hip arthroplasty with a modular Co-Cr femoral piece. SOFCOT 269

  2. Bader R, Bergschmidt P, Fritsche A et al (2008) Alternative materials and solutions in total knee arthroplasty for patients with metal allergy. Orthopäde 37:136–142

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  3. Bergschmidt P, Bader R, Mittelmeier W (2012) Metal hypersensitivity in total knee arthroplasty: revision surgery using a ceramic femoral component – a case report. Knee 19:144–147

    Article  PubMed  Google Scholar 

  4. Bergschmidt P, Bader R, Kluess D et al (2012) The all-ceramic knee endoprosthesis – the gap between expectation and experience with ceramic implants. Semin Arthroplasty 23:262–267

    Article  Google Scholar 

  5. Bertz S, Kriegsmann J, Eckardt A et al (2006) Correlation of quantitative histopathological morphology and quantitative radiological analysis during aseptic loosening of hip endoprostheses. J Appl Biomat Biomech 4:153–164

    CAS  Google Scholar 

  6. Bos I (2001) Gewebereaktionen um gelockerte Hüftgelenksendoprothesen. Orthopäde 30:881–889

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  7. Bos I, Berner J, Diebold J et al (1995) Histologische und morphometrische Untersuchungen an Femora mit stabilen Hüftgelenksendoprothesen. Z Orthop 133:460–466

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  8. Campbell P, Ma S, Yeom B et al (1995) Isolation of predominantly submicron-sized UHMWPE wear particles from periprosthetic tissues. J Biomed Mater Res 29:127–131

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  9. Cooper HJ, Della Valle CJ, Jacobs JJ (2012) Biologic implications of taper corrosion in total hip arthroplasty. Semin Arthroplasty 23:273–278

    Article  Google Scholar 

  10. Fuerst M, Zustin J, Rüther W (2011) Crystal arthropathies. Pathologe 32:193–199

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  11. Gallo J, Kolár M, Novotný R et al (2003) Pathogenesis of prosthesis-related infection. Biomed Papers 147:27–35

    Article  Google Scholar 

  12. Haddad FS, Thakrar RR, Hart AJ et al (2011) Metal-on-metal bearings. The Evidence so far. J Bone Joint Surg Br 93-B:572–579

  13. Hansen T, Otto M, Buchhorn GH et al (2002) New aspects in the histological examination of polyethylene wear particles in failed total joint replacements. Acta Histochem 104:263–269

    Article  PubMed  Google Scholar 

  14. Hirakawa K, Bauer TW, Stulberg BN et al (1996) Comparison and quantitation of wear debris of failed total hip and total knee arthroplasty. J Biomed Mater Res 31:257–263

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  15. Harvie P, Giele H, Fang C et al (2008) The treatment of femoral neuropathy due to pseudotumour caused by metal-on-metal resurfacing arthroplasty. Hip Int 18:313–320

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  16. Huber M, Reinisch G, Trettenhahn G et al (2009) Presence of corrosion products and hypersensitivity-associated reactions in periprosthetic tissue after aseptic loosening of total hip replacements with metal bearing surfaces. Acta Biomater 5:172–180

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  17. Jacobs JJ, Gilbert JL, Urban RM (1998) Corrosion of metal orthopaedic implants. J Bone Joint Surg Am 80:268–282

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  18. Krenn V, Morawietz L, König A et al (2006) Differenzialdiagnostik der chronischen Synovialitis. Pathologe 27:402–408

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  19. Krenn V, Poremba C, Schneider J et al (2013) Histopathological differential diagnostics in context of joint implant allergic reactions. Orthopade 42:614–621

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  20. Krenn V, Morawietz L, Kienapfel H et al (2013) Revised consensus classification: Histopathological classification of diseases associated with joint endoprostheses. Z Rheumatol 72:383–392

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  21. Kubo T, Sawada K, Hirakawa K et al (1999) Histiocyte reaction in rabbit femurs to UHMWPE, metal, and ceramic particles in different sizes. J Biomed Mater Res 45:363–369

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  22. Kretzer JP, Zietz C, Schröder C et al (2012) Principles of tribological analysis of endoprostheses. Orthopäde 41:844–852

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  23. Langton DJ, Sidaginamale R, Lord JK et al (2012) Taper junction failure in large-diameter metal-on-metal bearings. Bone Joint Res 1:56–63

    Article  CAS  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  24. Lintner F, Böhm G, Huber M et al (2003) Histologisch-immunhistologische, morphometrische und bakteriologische Untersuchungen des Gelenkkapselgewebes nach Reoperation totaler Hüftendoprothesen unter Verwendung der Metall/Metallpaarung. Osteologie 12:233–246

    Article  Google Scholar 

  25. Mahendra G, Pandit H, Kliskey K et al (2009) Necrotic and inflammatory changes in metal-on-metal resurfacing hip arthroplasties. Acta Orthop 80:653–659

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  26. Maurer-Ertl W, Friesenbichler J, Liegl-Atzwanger B et al (2011) Noninflammatory pseudotumor simulating venous thrombosis after metal-on-metal hip resufacing. Orthopedics 34:678

    Google Scholar 

  27. Mehandra G, Pandit H, Kliskey K et al (2009) Necrotic and inflammatory changes in metal-on-metal resur- facing hip arthroplasties. Acta Orthopaedica 80:653–659

    Article  Google Scholar 

  28. Morawietz L, Classen RA, Schröder JH et al (2006) Proposal for a histopathological consensus classification of the periprosthetic interface membrane. J Clin Pathol 59:591–597

    Article  CAS  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  29. Mortier J, Engelhardt M (2000) Foreign body reaction in carbon fiber prosthesis implantation in the knee joint-case report and review of the literature. Z Orthop Ihre Grenzgeb 138:390–394

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  30. Otto M, Kriegsmann J, Gehrke T et al (2006) Wear particles: key to aseptic prosthetic loosening? Pathologe 27:447–460

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  31. Siemon B, Schubert T, Grifka J et al (2004) Unusual complication of silicon synovitis in the rheumatoid wrist. Z Rheumatol 63:230–234

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  32. Thomas P, Braathen LR, Dörig M et al (2009) Increased metal allergy in patients with failed metal-on-metal hip arthroplasty and periimplant T-lymphocytic inflammation. Allergy 64:1157–1165

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  33. Thomas P, Schuh A, Ring J et al (2008) Orthopädisch-chirurgische Implantate und Allergien. Orthopäde 37:75–88

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  34. Thomsen M, Kretzer JP, Krenn V et al (2013) Different symptoms in patients with prostheses with metal-metal bearings. Orthopade 42:637–642

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  35. Thomas P, Helm C von der, Schopf C et al (2012) Periimplant histology and cytokine pattern in metal-allergic knee arthroplasty patients with improvement after revision with hypoallergenic materials. Semin Arthroplasty 23:268–272

    Article  Google Scholar 

  36. Vundelinckx BJ, Luk A, Verhelst LA et al (2013) Taper corrosion in modular hip prostheses analysis of serum metal ions in 19 patients. J Arthroplasty 28:1218–1223

    Article  PubMed  Google Scholar 

  37. Watters TS, Cardona DM, Menon KS et al (2010) Aseptic lymphocyte-dominated vasculitis-associated lesion: a clinicopathologic review of an underrecognized cause of prosthetic failure. Am J Clin Pathol 134:886–893

    Article  PubMed  Google Scholar 

  38. Witzleb W-C, Hanisch U, Kolar N et al (2007) Neo-capsule tissue reactions in metal-on-metal hip arthroplasty. Acta Orthopaedica 78:211–220

    Article  PubMed  Google Scholar 

  39. Wolfarth DL, Han DW, Bushar G, Parks NL (1997) Separation and characterization of polyethylene wear debris from synovial fluid and tissue samples of revised knee replacements. J Biomed Mater Res 34:57–61

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

Download references

Einhaltung ethischer Richtlinien

Interessenkonflikt. Die Autoren weisen auf folgende Beziehungen hin: V. Krenn, P. Thomas, M. Thomsen, J.P. Kretzer, G. Perino, W. Rüther, R. v. Welser, F. Hopf und M. Huber geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. S. Usbeck und L. Scheuber gehören der wissenschaftlichen Abteilung der Firma CeramTec GmbH an. Ungeachtet eines möglichen Interessenkonflikts ist dieser wissenschaftliche Beitrag unabhängig und produktneutral. Dieser Beitrag beinhaltet keine Studien an Menschen oder Tieren.

Author information

Authors and Affiliations

  1. MVZ-Zentrum für Histologie, Zytologie und Molekulare Diagnostik, Max-Planck-Str. 5, 54296, Trier, Deutschland

    V. Krenn & F. Hopf

  2. Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Allergologie, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Deutschland

    P. Thomas

  3. DRK Klinik, Baden-Baden, Deutschland

    M. Thomsen

  4. Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Heidelberg, Heidelberg, Deutschland

    J.P. Kretzer

  5. Abteilung Wissenschaft, CeramTec GmbH, Plochingen, Deutschland

    S. Usbeck & L. Scheuber

  6. Hospital for Special Surgery/HSS, New York, USA

    G. Perino

  7. Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Hamburg-Eppendorf, Deutschland

    W. Rüther

  8. Zentrum für Endoprothetik, Krankenhaus Schongau, Weilheim-Schongau, Deutschland

    R. v Welser

  9. Pathologisch-bakteriologisches Institut, Otto Wagner Spital, Wien, Österreich

    M. Huber

Authors
  1. V. Krenn
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. P. Thomas
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. M. Thomsen
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. J.P. Kretzer
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. S. Usbeck
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  6. L. Scheuber
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  7. G. Perino
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  8. W. Rüther
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  9. R. v Welser
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  10. F. Hopf
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  11. M. Huber
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to V. Krenn.

Additional information

Um die Anschaulichkeit der histologischen Partikel-Morphologie zu vereinfachen sind die Partikelabbildungen in gleicher Vergrößerung (Balken:100 µm) und mehrheitlich unter gleichen Konditionen (HE-Färbung, einfache Durchlichtanalyse, POL-Analyse, Berliner-Blau-Reaktion Originalvergrößerung bis 350-fach) dargestellt.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Krenn, V., Thomas, P., Thomsen, M. et al. Histopathologischer Partikelalgorithmus . Z. Rheumatol. 73, 639–649 (2014). https://doi.org/10.1007/s00393-013-1315-6

Download citation

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00393-013-1315-6

Schlüsselwörter

Keywords

search

Navigation