Arch. orthop. Unfall-Chir. 90, 251--257 (1977)
Archiv orthopadische und UnfalI-Chirurgie © J.F. Bergmann-Verlag 1977
Intraoperative Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze bei TEP-Implantation H. Seidel 1, A. Eggert 1 und H. Pietsch 2 1I. Chirurgische Abteilung des Allgemeinen Krankenhauses Altona in Hamburg (Chefarzt: Prof. Dr. H. Kirschner), Paul-Ehrlich-StraBe 1, D-2000 Hamburg 50 2Forschungszentrum der Fa. Beiersdorf AG Hamburg, Unna-StraBe 48, D-2000 Hamburg 20, Bundesrepublik Deutschland
Intraoperative Temperature Measurements at theAcrylic Bone/Cement Interface in Total Hip Endoprosthetic (TEP) Implantations Summary. Temperature measurements are reported effected by aid of thermocouples enclosed in tubules in TEP-implantations of the hip. Two techniques were employed: the first using as acrylic bone cement Palacos® or Sulfix-6 without concomitant cooling, the second Palacos® after precooling of the femur with crushed ice/water mixtures. The first method yielded, at the acrylic bone cement/bone interface, temperatures above the coagulation point of the protein (56°C). The novel technique of implantation is described, i.e. the cooling of the bone with icewater prior to the cement implantation. This technique provides a means of restricting the average temperature at the aforesaid interface to 45 °C. Zusammenfassung. Es wird fiber Temperaturmessungen mit kantilierten Thermoelementen bei TEP-Implantationen der Htifte mit Palacos®, Sulfix-6 und Palacos® nach Vorkfihlen des Knochenlagers mit Eiswasser berichtet, Bei Palacos® und Sulfix-6 wurden an der Zementknochengrenze Temperaturen, die h6her als der Eiweil3koagulationspunkt lagen, gemessen. Als neue Implantationstechnik wird die Ktihlung des Knochenlagers vor der Zementimplantation mit Eiswasser beschrieben. Mit dieser Technik konnte die Temperatur an der Zementknochengrenze im Durchschnitt bei 45°C ~ehalten werden.
Die systemischen Nebenwirkungen des Methylmethacrylat-Monomers wurden durch simultane Kreislaufmessungen und durch qualitative und quantitative Bestimmungen des Monomers im Blut und der Atemluft bei Knochenzementimplantation am Tier und Menschen nachgewiesen [4--7, 12, 16]. Sonderdruckanfragen an: Dr. H. Seidel (Adresse siehe oben)
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H. Seidel et al.
Neben der toxischen Wirkung des Restmonomers auf das Knochengewebe wird die Polymerisationshitze als Ursache ffir Knochengewebsnekrosen angesehen. Temperaturen fiber 56°C ffihren zur Eiweigkoagulation und zu Zellnekrosen [11]. Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze ergaben Werte, die sowohl fiber [2, 3, 8, 10, 11, 14, 15, 17] als auch unter der Eiweigkoagulationstemperatur lagen [1, 9, 13]. Ausschlaggebend ffir die unterschiedlichen Megergebnisse ist hier trotz gleicher Operationstechnik, gleichen Zementes und gleichen Meginstrumentariums die unterschiedliche Megtechnik. Die genauesten Ergebnisse - - nur in vitro durchffihrbar - - liefert die Infrarotthermographie. Sie zeigt, dag an der Zementoberflache der Temperaturanstieg und Temperaturverlauf unterschiedlich ist. Die Oberfl~ichentemperatur an in vitro-Pr~paraten, die in der Zementmenge und F o r m Implantaten von Htift-TEP beim Menschen entsprechen, steigt bis auf 120°C an [9]. Nach 800 selbst durchgeffihrten Hfift TEP-Operationen und 84 Austauschoperationen nach Hfift-TEP stellten wir uns folgende Fragen: 1. Ob die Polymerisationshitze des Knochenzementes bei unserer Einbautechnik die Eiweigkoagulationstemperatur tiberschreitet; 2. Ob die septische Lockerung von T E P bereits bei der Implantation durch Eiweigkoagulation bzw. Zellnekrosen gesetzt wird; 3. Ob durch eine ver~inderte Operationstechnik die Eiweigkoagulation vermieden werden kann. Zur Kl~irung dieser Fragen ffihrten wir eigene Temperaturmessungen mit Thermoelementen w/ihrend der TEP-Implantation nach konventioneller und neuer Technik unter Ktihlung des Knochenlagers mit Eiswasser durch.
Methodik
Zur Temperaturmessung in vivo eignen sich aus technischen Grtinden nur Thermoelemente. Wie verwendeten ein Thermoelement vom Typ CACD 100/2000 (Philips). Die Temperatur wurde fortlaufend mit einem Siemens Kompensograph III registriert. Die Eichung der Meg-
Abb. 1. Querschnitt durch den Zement-
mantel um eine TEP (Mtiller-Prothese). Der Pfeil markiert die Lage der Thermosonde an der Grenzschicht des Zementmantels (Modellimplantat)
Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze
253
einheit erfolgte mit Eis und kochendem Wasser. Das von uns verwendete Thermoelement ist kant~liert und lggt sich daher genau an der Zementknochengrenze lokalisieren. Die Technik der Sondenverlegung wurde vor den klinischen Messungen an in vitro-Pr~iparaten erprobt (Abb. 1), um eine m6glichst sichere Lage der Sonde in der Grenzschicht zwischen Knochen und Zement zu erzielen. Die Temperatur wird punktf6rmig v o n d e r Sondenspitze abgetastet und ist nicht fur die gesamte Zementoberfl~iche repr~isentativ. Die Messungen wurden bei insgesamt 51 TEPImplantationen der Hfifte vorgenommen. Die Raumtemperatur betrug 18--24°C. Die Verankerung der Prothesen wurde mit Palacos® und Sulfix-6 durchgef~hrt. Als neue Operationstechnik ffihrten wir die Kfihlung des Knochenlagers vor Einbringen des Zementes mit Eiswasser ein.
1. Messungen bei Verankerung der Hiiftpfanne Es wurden 31 Messungen mit Palacos® durchgeffihrt. Das Acetabulum wurde manuell mit Meigel und Frfise zur Aufnahme der Polyaethylenpfanne vertieft, die Corticalis externa wurde, sofern notwendig, reseziert. Das Thermoelement wurde durch die Corticalis externa des Os ilii in einem Bohrkanal bis an die Corticalis interna des oberen Haftloches geffihrt. Die korrekte Lage der Megsonde wurde vor dem Einzementieren der Polyaethylenpfanne unter Sicht kontrolliert. Vor Einbringen des Knochenzementes wurde das Knochenlager mit 100--150ml NaCL-L6sung (k6rperwarm) gespfilt. Die Temperatur wurde vom Beginn der Implantation bis zwei Minuten nach Erreichen der H6chsttemperatur aufgezeichnet (Tab. 1). Ebenso wurden 10 Messungen beim Einzementieren der Polyaethylenpfanne mit Sulfix-6 durchgeffihrt.
2. Messungen beim Einzementieren der Prothese in den Femurschaft Es wurden ausschlieglich Prothesen vom Typ M. E. Mfiller implantiert. Es wurden 30 Messungen mit Palacos® und 10 Messungen mit Sulfix-6 durchgef~hrt. Der Femurschaft wurde mit der Handfr/ise aufgeweitet, so dab randstgndige Spongiosa erhalten blieb. Die Mel3sonde wurde yon lateral an der Trochanter major-Spitze so in den Markraum eingeffihrt, dab die Spitze der Thermosonde in 3---4 cm Tiefe der Spongiosa anlag. Vor der Implantation wurde der Femurmarkraum mit 100--150ml phys. NaCL-L6sung (k6rperwarm) gespfilt und ausgesaugt. Nach Einbringen des Zementes wurde die Temperatur fortlaufend bis zwei Minuten nach Erreichen der Maximaltemperatur aufgezeichnet (Tab. 2).
Tabelle 1. Temperaturmessung mit Thermoelement an der Zementknochengrenze. TEP-Implantation mit Palacos® Zeit nach Mischen
Minuten 6
7
8
9
10
11
12
Zahl n
59
59
59
59
55
51
36
ET aT 2T
2126 7,66 36,03
2368 9,56 40,13
2936 16,70 49,76
3596 18,82 60,36
3320 21,49 60,36
3181 15,48 62,37
2151 12,59 59,75
ZT = Summe aus n-Einzelmessungen pro Minute a T = Grundgesamtheitsabweichung ~T = Mittelwert
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H. Seidel et al.
Tabelle 2. Temperaturmessung mit Thermoelement an der Zementknochengrenze. TEP-Implantation mit Sulfix-6 Zeit nach Mischen
Minuten 8
9
10
11
12
13
Zahl n
20
20
20
20
20
20
ET aT 2T
813 6,71 40,65
1005 13,02 50,25
1234 14,32 61,7
1186 9,29 59,3
1124 8,46 56,2
1034 7,27 51,7
ET = Summe aus n-Einzelmessungen aT = Grundgesamtheitsabweichung 2T = Mittelwert
Tabelle 3. Temperaturmessung mit Thermoelement an der Zementknochengrenze. TEP-Implantation mit Palacos® und Vorktihlen des Knochens rnit Eiswasser Zeit nach Mischen
Minuten 6
7
8
9
10
11
12
Zahl n
16
17
16
17
17
17
15
ET aT ST
272 10,01 17
345 14,15 20,25
392 14,79 24,5
486 15,47 28,58
653 17,76 38,41
643 14,13 37,82
542 14,28 36,13
ZT = Summe aus n-Einzelrnessungen aT = Grundgesamtheitsabweichung ST = Mittelwert
3. Messungen nach Kiihlung des Knochenlagers mit Eiswasser Bei zehn Patienten wurde 5 Minuten vor Zementimplantation das Knochenlager im Becken bzw. im Femurschaft mit Ringerglucosel6sung gekfihlt. Die Ringerglucosel6sung wurde zuvor auf 0°C abgekiihlt. W~ihrend des Ktihlvorgangs wurde das Knochenlager mit Kompressen abgedichtet. Die Temperatur des Knochenlagers nach Ktihlung betrug 5--10 ° C. Die Prothesenverankerung wurde mit Palacos® durchgeftihrt (Tab. 3).
Ergebnisse 1. TEP-Implantation mit Palacos® D e r Mittelwett aus 59 M e s s u n g e n ergibt als h6chste T e m p e r a t u r a n der Z e m e n t k n o c h e n g r e n z e 72,74°C (Mittelwert der jeweils h6chsten Temperaturwerte). Die G e s a m t s t a n d a r d a b w e i c h u n g ( a t ) betrug 16,64°C, so dab in ungfinstigen F~illen mit T e m p e r a t u r s p i t z e n bis 89,38°C gerechnet werden muf5. Diese T e m p e r a t u r -
Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze
255
werte liegen aber noch unter vereinzelt gemessenen Spitzenwerten, die bis 105°C anstiegen. 2. TEP-Implantalion mit Sulfix-6 Die Durchschnittstemperatur der erreichten H6chstwerte lag hier bei 67,7°C, die Gesamtstandardabweichung (o-t) betrug 12,04° C. Vereinzelt iiberstiegen auch bei Sulfix-6 Spitzenwerte den statistischen Mittelwert erheblich und stiegen bis 98°C an.
3. TEP-Implantation mit Palacos® nach vorheriger Kiihlung des Knochenlagers mit Eiswasser Die mittlere Temperatur der gemessenen Spitzenwerte lag bei 45,31°C. Die Gesamtstandardabweichung betrug 15.93°C. Der bei dieser Serie h6chste Spitzenwert lag bei 65°C.
Diskussion
Eigene punktf6rmige Temperaturmessungen mit Thermoelementen an der Zementknochengrenze bei der Implantation yon Hfift-TEP vom Typ M. E. Mfiller ergaben ffir Palacos® einen Durchschnittswert von 72,74°C (n--59). Bei der Implantation mit Sulfix-6 erreichte die Durchschnittstemperatur 67,7°C. Einzelne Spitzenwerte iiberstiegen diese Mittelwerte um ein Vielfaches und reichten bei Palacos® bis 105°C und bei Sulfix-6 bis 98°C. Die Differenz zwischen den Durchschnittswerten und den effektiven Spitzenwerten erklgrt sich aus dem aniosthermen Temperaturverlauf [9] an der Zementoberflgche und der Tatsache, dab mit dem Thermoelement die Temperatur nur punktf6rmig abgetastet werden kann, so dab Orte mit sehr hoher Temperatur bei der Messung nicht immer gemessen werden. Beide Zemente fiberschreiten aber auch im Durschschnittswert die EiweiBkoagulationstemperatur, so dab bereits bei der TEP-Implantation Zellnekrosen auftreten mt~ssen. Aufgrund der eigenen Untersuchungen mug angenommen werden, dab bei ~ihnlich durchgeftihrten Messungen, die Temperaturwerte unter 56°C ergaben, entweder die Thermosonde nicht korrekt postiert war oder dai3 die Thermosonde an Stellen mit sehr dfinner Zementschicht lag. Die Polymerisationstemperatur h~ingt neben anderen Faktoren auch yon der Zementmenge ab, so dab bei kleinen Mengen die Temperatur weniger ansteigt. In vitro-Versuche mit kleinsten Zementmengen sind somit auf in vivo-Verhaltnisse mit grogen Zementmengen nicht abertragbar. Daraus erkl~irt sich, dab wir im Gegensatz zu Debrunner [3] auch ffir Sulfix-6 Temperaturen fiber 56°C erreichten. Entscheidend ftir die Polymerisationshitze an der Zementknochengrenze ist neben der Zementmenge und der Zementmischung die Temperatur des Knochenlagers zum Zeitpunkt der Auspolymerisation des Knochenzementes. Durch Ktihlung des Knochenlagers mit Eiswasser vor der Zementimplantation (Palacos®) konnten wir die durchschnittliche Maximaltemperatur an der
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H. Seidel et al.
Tabelle4. Mittlere Maximaltemperatur von Palacos®, Sulfix-6 und nach Implantation von Palacos® nach Vorktihlen des Knochenlagers mit Eiswasser
P A LA COS ~ E ISWASSER mm m
100
I
mj
PALACOS
SULFIX
R
6
56
W
(J 1 0
6 ZEIT
7
8
9
10
11
12
MINUTEN
Z e m e n t k n o c h e n g r e n z e unter 56°C senken. Die T e m p e r a t u r an der Zementknochengrenze nach I m p l a n t a t i o n von Palacos® bzw. Sulfix-6 ohne Vorkiihlung des Knochenlagers lag dagegen welt tiber dem EiweiBkoagulationspunkt von 56°C (Tab. 4). D u r c h die Vorktihlung tritt eine Verz6gerung der Auspolymerisationszeit u m ca. zwei Minuten ein, so dab verliingerte Operationszeiten nicht zu ftirchten sind. Wiihrend sich die Vorktihlung der E n d o p r o t h e s e n [13] als nicht praktikabel erwies, steht mit der VorkiJhlung des Knochenlagers mit Eiswasser eine einfach durchzuftihrende M e t h o d e zur Verftigung, u m Hitzeschgden a m Knochen, die bei der Z e m e n t i m p l a n t a t i o n ohne Vorkiihlung entstehen, zu vermeiden.
Literatur 1. Biel, G., Hanser, U.: Experimentelle Untersuchungen tiber die Wfirmeentwicklung im Knochen bei der Polimerisation von Knochenzement. Arch. orthop. Unfall-Chir. 78, 68--69 (1974) 2. Carstensen, G.: Eine neue Methode der Gefiil3konservierung dutch Einbettung in schnellh~trtenden Kunststoff. Chirurg 31, 49 (1960) 3. Debrunner, H. U.: Die Erwiirmung voli Knochenzement bei der Polymerisation. Arch. orthop. Unfall-Chir. 78, 277--285 (1974) 4. Eggert, A., Huland, H., Ruhnke, J., Seidel, H.: Der Ubertritt yon MethylmethacrylatMonomer in die Blutbahn des Menschen nach Hiiftgelenkersatzoperationen. Chirurg 45, 238--242 (1974) 5. Eggert, A., Seidel, H.: Nebenwirkungen der Knochenzementimplantation. Nord.-West.Dtsch. Chirurgenkongreg Dezember 1977 6. Eggert, A., Seidel, H., Wittmann, D. H.: Beitrag zur Pharmakokinetik von Methylmethacrylat-Monomer aus Knochenzement. Chirurg 48, 316--318 (1977)
Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze
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7. Eggert, A., Huland, H., Ruhnke, J., Seidel, H.: Der Einflug der Anrtihrzeit des Knochenzementes auf hypotone Kreislaufreaktionen bei Hfiftgelenkoperationen. Chirurg 46, 236-239 (1977) 8. Huggler, A. H.: Die Alloplastik desHiiftgelenkesmitFemurschaftundTotalendoprothesen. Stuttgart: G. Thieme 1968 9. Hupfauer, W.: Die Knochenzemente. Stuttgart: F. Enke 1975 10. Labitzke, R., Paulus, M.: Intraoperative Temperaturmessungen in der Hfiftchirurgie wfihrend der Polimerisation des Knochenzementes Palacos. Arch. orthop. Unfall-Chir. 79, 341--346 (1974) 11. Lehnartz, E.: Chemische Physiologie. Berlin-G6ttingen-Heidelberg:Springer 1959 12. Morr-Stratmann, U., Lawin van de Loo, G., Seidel, H., Eggert, A.: Kontinuierlicheblutige Druckmessung, EKG-Registrierung und Untersuchungen der arteriellen Blutgase bei Implantation von Hiiftgelenkprothesen mit Polymethylmethacrylat. XIII. Gemeinsame Tagung der Deutschen, Schweizerischen und 0sterreichischen Gesellschaft ftir Anaesthesiologie und Reanimation, Graz 1973 13. Ohnsorge, J., Goebel, G.: Die Verwendung unterktihlter Metallendoprothesen in der Hfiftchirurgie. Z. Orthop. 107, 863 (1977) 14. Otto, E.: Fortschritte in der Behandlung von Schfideldefekten. Chirurg 36, 275 (1965) 15. Petersen, G., Biehl, G., Hanser, U.: Experimentelle Untersuchungen fiber die W~irmeentwicklung im Knochen bei der Polymerisation von Polymethylmethacrylat. Saarl..g,rztebl. 11, 637 (1970) 16. Seidel, H., Eggert, A.: Problematik der Kurzschaftprothese. Einbautechnik und Resultate nach 1000 Implantationen. Nord.-West.-Dtsch. Chirurgenkongreg Dezember 1976 17. Thomalske, G.: Die plastische Deckung von Sch~ideldefekten im Schnellverfahren nach Worringer. Med. Bilder-Dienst, Heft 2, 1962
Eingegangen am 16. August 1977
Archiv orthopadische und UnfalI-Chirurgie © J.F. Bergmann-Verlag 1977
Intraoperative Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze bei TEP-Implantation H. Seidel 1, A. Eggert 1 und H. Pietsch 2 1I. Chirurgische Abteilung des Allgemeinen Krankenhauses Altona in Hamburg (Chefarzt: Prof. Dr. H. Kirschner), Paul-Ehrlich-StraBe 1, D-2000 Hamburg 50 2Forschungszentrum der Fa. Beiersdorf AG Hamburg, Unna-StraBe 48, D-2000 Hamburg 20, Bundesrepublik Deutschland
Intraoperative Temperature Measurements at theAcrylic Bone/Cement Interface in Total Hip Endoprosthetic (TEP) Implantations Summary. Temperature measurements are reported effected by aid of thermocouples enclosed in tubules in TEP-implantations of the hip. Two techniques were employed: the first using as acrylic bone cement Palacos® or Sulfix-6 without concomitant cooling, the second Palacos® after precooling of the femur with crushed ice/water mixtures. The first method yielded, at the acrylic bone cement/bone interface, temperatures above the coagulation point of the protein (56°C). The novel technique of implantation is described, i.e. the cooling of the bone with icewater prior to the cement implantation. This technique provides a means of restricting the average temperature at the aforesaid interface to 45 °C. Zusammenfassung. Es wird fiber Temperaturmessungen mit kantilierten Thermoelementen bei TEP-Implantationen der Htifte mit Palacos®, Sulfix-6 und Palacos® nach Vorkfihlen des Knochenlagers mit Eiswasser berichtet, Bei Palacos® und Sulfix-6 wurden an der Zementknochengrenze Temperaturen, die h6her als der Eiweil3koagulationspunkt lagen, gemessen. Als neue Implantationstechnik wird die Ktihlung des Knochenlagers vor der Zementimplantation mit Eiswasser beschrieben. Mit dieser Technik konnte die Temperatur an der Zementknochengrenze im Durchschnitt bei 45°C ~ehalten werden.
Die systemischen Nebenwirkungen des Methylmethacrylat-Monomers wurden durch simultane Kreislaufmessungen und durch qualitative und quantitative Bestimmungen des Monomers im Blut und der Atemluft bei Knochenzementimplantation am Tier und Menschen nachgewiesen [4--7, 12, 16]. Sonderdruckanfragen an: Dr. H. Seidel (Adresse siehe oben)
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H. Seidel et al.
Neben der toxischen Wirkung des Restmonomers auf das Knochengewebe wird die Polymerisationshitze als Ursache ffir Knochengewebsnekrosen angesehen. Temperaturen fiber 56°C ffihren zur Eiweigkoagulation und zu Zellnekrosen [11]. Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze ergaben Werte, die sowohl fiber [2, 3, 8, 10, 11, 14, 15, 17] als auch unter der Eiweigkoagulationstemperatur lagen [1, 9, 13]. Ausschlaggebend ffir die unterschiedlichen Megergebnisse ist hier trotz gleicher Operationstechnik, gleichen Zementes und gleichen Meginstrumentariums die unterschiedliche Megtechnik. Die genauesten Ergebnisse - - nur in vitro durchffihrbar - - liefert die Infrarotthermographie. Sie zeigt, dag an der Zementoberflache der Temperaturanstieg und Temperaturverlauf unterschiedlich ist. Die Oberfl~ichentemperatur an in vitro-Pr~paraten, die in der Zementmenge und F o r m Implantaten von Htift-TEP beim Menschen entsprechen, steigt bis auf 120°C an [9]. Nach 800 selbst durchgeffihrten Hfift TEP-Operationen und 84 Austauschoperationen nach Hfift-TEP stellten wir uns folgende Fragen: 1. Ob die Polymerisationshitze des Knochenzementes bei unserer Einbautechnik die Eiweigkoagulationstemperatur tiberschreitet; 2. Ob die septische Lockerung von T E P bereits bei der Implantation durch Eiweigkoagulation bzw. Zellnekrosen gesetzt wird; 3. Ob durch eine ver~inderte Operationstechnik die Eiweigkoagulation vermieden werden kann. Zur Kl~irung dieser Fragen ffihrten wir eigene Temperaturmessungen mit Thermoelementen w/ihrend der TEP-Implantation nach konventioneller und neuer Technik unter Ktihlung des Knochenlagers mit Eiswasser durch.
Methodik
Zur Temperaturmessung in vivo eignen sich aus technischen Grtinden nur Thermoelemente. Wie verwendeten ein Thermoelement vom Typ CACD 100/2000 (Philips). Die Temperatur wurde fortlaufend mit einem Siemens Kompensograph III registriert. Die Eichung der Meg-
Abb. 1. Querschnitt durch den Zement-
mantel um eine TEP (Mtiller-Prothese). Der Pfeil markiert die Lage der Thermosonde an der Grenzschicht des Zementmantels (Modellimplantat)
Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze
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einheit erfolgte mit Eis und kochendem Wasser. Das von uns verwendete Thermoelement ist kant~liert und lggt sich daher genau an der Zementknochengrenze lokalisieren. Die Technik der Sondenverlegung wurde vor den klinischen Messungen an in vitro-Pr~iparaten erprobt (Abb. 1), um eine m6glichst sichere Lage der Sonde in der Grenzschicht zwischen Knochen und Zement zu erzielen. Die Temperatur wird punktf6rmig v o n d e r Sondenspitze abgetastet und ist nicht fur die gesamte Zementoberfl~iche repr~isentativ. Die Messungen wurden bei insgesamt 51 TEPImplantationen der Hfifte vorgenommen. Die Raumtemperatur betrug 18--24°C. Die Verankerung der Prothesen wurde mit Palacos® und Sulfix-6 durchgef~hrt. Als neue Operationstechnik ffihrten wir die Kfihlung des Knochenlagers vor Einbringen des Zementes mit Eiswasser ein.
1. Messungen bei Verankerung der Hiiftpfanne Es wurden 31 Messungen mit Palacos® durchgeffihrt. Das Acetabulum wurde manuell mit Meigel und Frfise zur Aufnahme der Polyaethylenpfanne vertieft, die Corticalis externa wurde, sofern notwendig, reseziert. Das Thermoelement wurde durch die Corticalis externa des Os ilii in einem Bohrkanal bis an die Corticalis interna des oberen Haftloches geffihrt. Die korrekte Lage der Megsonde wurde vor dem Einzementieren der Polyaethylenpfanne unter Sicht kontrolliert. Vor Einbringen des Knochenzementes wurde das Knochenlager mit 100--150ml NaCL-L6sung (k6rperwarm) gespfilt. Die Temperatur wurde vom Beginn der Implantation bis zwei Minuten nach Erreichen der H6chsttemperatur aufgezeichnet (Tab. 1). Ebenso wurden 10 Messungen beim Einzementieren der Polyaethylenpfanne mit Sulfix-6 durchgeffihrt.
2. Messungen beim Einzementieren der Prothese in den Femurschaft Es wurden ausschlieglich Prothesen vom Typ M. E. Mfiller implantiert. Es wurden 30 Messungen mit Palacos® und 10 Messungen mit Sulfix-6 durchgef~hrt. Der Femurschaft wurde mit der Handfr/ise aufgeweitet, so dab randstgndige Spongiosa erhalten blieb. Die Mel3sonde wurde yon lateral an der Trochanter major-Spitze so in den Markraum eingeffihrt, dab die Spitze der Thermosonde in 3---4 cm Tiefe der Spongiosa anlag. Vor der Implantation wurde der Femurmarkraum mit 100--150ml phys. NaCL-L6sung (k6rperwarm) gespfilt und ausgesaugt. Nach Einbringen des Zementes wurde die Temperatur fortlaufend bis zwei Minuten nach Erreichen der Maximaltemperatur aufgezeichnet (Tab. 2).
Tabelle 1. Temperaturmessung mit Thermoelement an der Zementknochengrenze. TEP-Implantation mit Palacos® Zeit nach Mischen
Minuten 6
7
8
9
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Zahl n
59
59
59
59
55
51
36
ET aT 2T
2126 7,66 36,03
2368 9,56 40,13
2936 16,70 49,76
3596 18,82 60,36
3320 21,49 60,36
3181 15,48 62,37
2151 12,59 59,75
ZT = Summe aus n-Einzelmessungen pro Minute a T = Grundgesamtheitsabweichung ~T = Mittelwert
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Tabelle 2. Temperaturmessung mit Thermoelement an der Zementknochengrenze. TEP-Implantation mit Sulfix-6 Zeit nach Mischen
Minuten 8
9
10
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Zahl n
20
20
20
20
20
20
ET aT 2T
813 6,71 40,65
1005 13,02 50,25
1234 14,32 61,7
1186 9,29 59,3
1124 8,46 56,2
1034 7,27 51,7
ET = Summe aus n-Einzelmessungen aT = Grundgesamtheitsabweichung 2T = Mittelwert
Tabelle 3. Temperaturmessung mit Thermoelement an der Zementknochengrenze. TEP-Implantation mit Palacos® und Vorktihlen des Knochens rnit Eiswasser Zeit nach Mischen
Minuten 6
7
8
9
10
11
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Zahl n
16
17
16
17
17
17
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ET aT ST
272 10,01 17
345 14,15 20,25
392 14,79 24,5
486 15,47 28,58
653 17,76 38,41
643 14,13 37,82
542 14,28 36,13
ZT = Summe aus n-Einzelrnessungen aT = Grundgesamtheitsabweichung ST = Mittelwert
3. Messungen nach Kiihlung des Knochenlagers mit Eiswasser Bei zehn Patienten wurde 5 Minuten vor Zementimplantation das Knochenlager im Becken bzw. im Femurschaft mit Ringerglucosel6sung gekfihlt. Die Ringerglucosel6sung wurde zuvor auf 0°C abgekiihlt. W~ihrend des Ktihlvorgangs wurde das Knochenlager mit Kompressen abgedichtet. Die Temperatur des Knochenlagers nach Ktihlung betrug 5--10 ° C. Die Prothesenverankerung wurde mit Palacos® durchgeftihrt (Tab. 3).
Ergebnisse 1. TEP-Implantation mit Palacos® D e r Mittelwett aus 59 M e s s u n g e n ergibt als h6chste T e m p e r a t u r a n der Z e m e n t k n o c h e n g r e n z e 72,74°C (Mittelwert der jeweils h6chsten Temperaturwerte). Die G e s a m t s t a n d a r d a b w e i c h u n g ( a t ) betrug 16,64°C, so dab in ungfinstigen F~illen mit T e m p e r a t u r s p i t z e n bis 89,38°C gerechnet werden muf5. Diese T e m p e r a t u r -
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werte liegen aber noch unter vereinzelt gemessenen Spitzenwerten, die bis 105°C anstiegen. 2. TEP-Implantalion mit Sulfix-6 Die Durchschnittstemperatur der erreichten H6chstwerte lag hier bei 67,7°C, die Gesamtstandardabweichung (o-t) betrug 12,04° C. Vereinzelt iiberstiegen auch bei Sulfix-6 Spitzenwerte den statistischen Mittelwert erheblich und stiegen bis 98°C an.
3. TEP-Implantation mit Palacos® nach vorheriger Kiihlung des Knochenlagers mit Eiswasser Die mittlere Temperatur der gemessenen Spitzenwerte lag bei 45,31°C. Die Gesamtstandardabweichung betrug 15.93°C. Der bei dieser Serie h6chste Spitzenwert lag bei 65°C.
Diskussion
Eigene punktf6rmige Temperaturmessungen mit Thermoelementen an der Zementknochengrenze bei der Implantation yon Hfift-TEP vom Typ M. E. Mfiller ergaben ffir Palacos® einen Durchschnittswert von 72,74°C (n--59). Bei der Implantation mit Sulfix-6 erreichte die Durchschnittstemperatur 67,7°C. Einzelne Spitzenwerte iiberstiegen diese Mittelwerte um ein Vielfaches und reichten bei Palacos® bis 105°C und bei Sulfix-6 bis 98°C. Die Differenz zwischen den Durchschnittswerten und den effektiven Spitzenwerten erklgrt sich aus dem aniosthermen Temperaturverlauf [9] an der Zementoberflgche und der Tatsache, dab mit dem Thermoelement die Temperatur nur punktf6rmig abgetastet werden kann, so dab Orte mit sehr hoher Temperatur bei der Messung nicht immer gemessen werden. Beide Zemente fiberschreiten aber auch im Durschschnittswert die EiweiBkoagulationstemperatur, so dab bereits bei der TEP-Implantation Zellnekrosen auftreten mt~ssen. Aufgrund der eigenen Untersuchungen mug angenommen werden, dab bei ~ihnlich durchgeftihrten Messungen, die Temperaturwerte unter 56°C ergaben, entweder die Thermosonde nicht korrekt postiert war oder dai3 die Thermosonde an Stellen mit sehr dfinner Zementschicht lag. Die Polymerisationstemperatur h~ingt neben anderen Faktoren auch yon der Zementmenge ab, so dab bei kleinen Mengen die Temperatur weniger ansteigt. In vitro-Versuche mit kleinsten Zementmengen sind somit auf in vivo-Verhaltnisse mit grogen Zementmengen nicht abertragbar. Daraus erkl~irt sich, dab wir im Gegensatz zu Debrunner [3] auch ffir Sulfix-6 Temperaturen fiber 56°C erreichten. Entscheidend ftir die Polymerisationshitze an der Zementknochengrenze ist neben der Zementmenge und der Zementmischung die Temperatur des Knochenlagers zum Zeitpunkt der Auspolymerisation des Knochenzementes. Durch Ktihlung des Knochenlagers mit Eiswasser vor der Zementimplantation (Palacos®) konnten wir die durchschnittliche Maximaltemperatur an der
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H. Seidel et al.
Tabelle4. Mittlere Maximaltemperatur von Palacos®, Sulfix-6 und nach Implantation von Palacos® nach Vorktihlen des Knochenlagers mit Eiswasser
P A LA COS ~ E ISWASSER mm m
100
I
mj
PALACOS
SULFIX
R
6
56
W
(J 1 0
6 ZEIT
7
8
9
10
11
12
MINUTEN
Z e m e n t k n o c h e n g r e n z e unter 56°C senken. Die T e m p e r a t u r an der Zementknochengrenze nach I m p l a n t a t i o n von Palacos® bzw. Sulfix-6 ohne Vorkiihlung des Knochenlagers lag dagegen welt tiber dem EiweiBkoagulationspunkt von 56°C (Tab. 4). D u r c h die Vorktihlung tritt eine Verz6gerung der Auspolymerisationszeit u m ca. zwei Minuten ein, so dab verliingerte Operationszeiten nicht zu ftirchten sind. Wiihrend sich die Vorktihlung der E n d o p r o t h e s e n [13] als nicht praktikabel erwies, steht mit der VorkiJhlung des Knochenlagers mit Eiswasser eine einfach durchzuftihrende M e t h o d e zur Verftigung, u m Hitzeschgden a m Knochen, die bei der Z e m e n t i m p l a n t a t i o n ohne Vorkiihlung entstehen, zu vermeiden.
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Temperaturmessungen an der Zementknochengrenze
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Eingegangen am 16. August 1977
