CME-Fortbildung aus CHAZ 10-2017
Martin Lüdemann, Christian Konrads, Maximilian Rudert
Polymethylmethacrylat (PMMA)- Knochenzemente als Medikamententräger in der Endoprothetik
Ab 1901 hatte sich Otto Röhm mit den „Polymerisationsprodukten der Acrylsäure“ beschäftigt. 1928 patentierte er Polymethylmethacrylat (PMMA). 1953 verwendete E.J. Habousch erstmals PMMA als „dentales Acrylharz“ zur Fixierung einer Hüftendoprothese in New York. Sir John Charnley beschrieb als Erster detailliert die femorale Hüftendoprothesenverankerung mit PMMA-Zement. Dessen Markteinführung in Deutschland erfolgte umgehend als Palacos®. 1969 entwickelten H.W. Buchholz und H. Engelbrecht in Hamburg den ersten antibiotikahaltigen Knochenzement mit Gentamicin. Seitdem wurden zahlreiche weitere Antibiotika-Zementmischungen entwickelt, u. a. mit Clindamycin, Erythromycin, Tobramycin oder Vancomycin, teilweise auch in Kombination [2, 9]. PMMA-Knochenzemente können neben ihrer Verwendung zur Antibiotikafreisetzung auch als Träger für Antimykotika, Antiseptika und Zytostatika benutzt werden. Neben PMMA können auch Knochentransplantate, Kollagenschwämme oder Gips (Calciumsulfat) als Antibiotikaträger fungieren.
Warum wir antibiotikahaltigen Knochenzement brauchen
Mit Knochenzement kann man eine Prothese im Knochen stabil verankern. Der Zement dient dabei der Fixierung und Kraftübertragung. Zusätzlich können aus dem Zement Antibiotika freigesetzt werden. Das Infektionsrisiko bei der Implantation von Gelenkendoprothesen steigt von 0,4 bis zwei Prozent bei Primärimplantationen und zwei bis fünf Prozent bei Revisionen, auf 15 bis 20 Prozent bei Reimplantationen nach periprothetischem Infekt [10, 17].
Durch die Verwendung antibiotikahaltiger Knochenzemente konnte die Infektionsrate bei Hüftendoprothesen um etwa 50 Prozent verringert werden [18]. Prinzipiell kann jedes eingebrachte Fremdmaterial bakteriell besiedelt werden, problematischerweise auch durch sogenannte Biofilmbildner, die im späteren Verlauf mit ausgereiftem Biofilm kaum noch angreifbar sind [16, 21]. Die Wirksamkeit einer systemischen antibiotischen Therapie ist aufgrund begrenzt erreichbarer Gewebespiegel limitiert. Durch antibiotikabeladene Knochenzemente entsteht direkt am Ort der Implantation eine sehr hohe Antibiotika-Konzentration ( „topische Antibiose“) oberhalb einer minimalen Hemmkonzentration (MHK) und oberhalb einer minimalen bakteriziden Konzentration (MBK) unter Vermeidung zu hoher systemischen Konzentrationen [15]. Die lokal erreichbaren Konzentrationen liegen so 100- bis 1000-fach über den systemisch erreichbaren ohne toxische Konzentrationen an Leber oder Niere [10, 22].
Abbildung 1_Postoperative Röntgenkontrolle nach septischem Ausbau einer zementfreien Hüfttotalendoprothese rechts und Implantation eines antibiotikahaltigen Zement-Spacers
Wie Antibiotika-beladener PMMA-Knochenzement wirkt
Die Antibiotikafreisetzung aus PMMA-Zement erfolgt nach den Gesetzen der Diffusion. Wasser dringt in den Knochenzement ein und löst das Antibiotikum, so dass dieses in Abhängigkeit von Konzentration, Oberflächengröße und Fähigkeit des Knochenzementes zur Wasseraufnahme in die Umgebung diffundieren kann [15].
Historisch und durch das breite Wirkspektrum bedingt, existieren die meisten klinischen und experimentellen Ergebnisse mit dem Aminoglykosid Gentamicin. Es wirkt bakterizid durch Translationsblockade der Proteinbiosynthese in Staphylokokken, Enterobacteriaceae, Pseudomonaden, Serratia, Yersinien, Pasteurellen und Brucellen.