Measures for reducing ultra-high-molecular-weight polyethylene wear in total knee replacement: a simulator study / Reduzierter UHMWPE-Abrieb im Rahmen der Knieendoprothetik: eine Simulatorstudie

Wear of ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHM-WPE) inlays is associated with aseptic loosening in total knee replacement (TKR). The aim of this study was to investigate the in vitro performance of a TKR system that combines several measures to decrease UHMWPE wear. Tests were carried out on a BPK-S Integration system (R&D, P. Brehm Chirurgie-Mechanik, Weisendorf, Germany) according to ISO 14243-1 in a knee joint simulator. Calf serum with a high protein concentration of 30 g/l was chosen as the test lubricant. PE wear was measured gravimetrically. Particle analysis was performed by scanning electron microscopy, with measurement of particle size and shape. Low mean wear rates of 1.20 mg per million cycles were found for the fixed bearing type and 2.47 mg per million cycles for the rotating-platform bearing design. Anteroposterior deflection was low. The contact areas for both types of bearings were large and showed a constant pattern throughout the test. Backside wear was obvious on rotating platforms. Particle analysis revealed equally sized and round-shaped particles in both types of bearings (fixed, 0.35 μm; mobile, 0.32 μm). In conclusion, the combination of design features and surface modifications of the BPK-S integration TKR system leads to low gravimetric UHMWPE wear. Abrieb von Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylen (UHMWPE) gilt als eine der wesentlichen Ursachen für die aseptische Lockerung von Knieendoprothesen. Das Ziel dieser Studie ist es, das Abriebverhalten eines Knieendoprothesensystems zu untersuchen, welches verschiedene Ansätze zur Abriebsminimierung vereint. Getestet wurde das BPK-S Integration-System der Firma R&D, P. Brehm Chirurgie-Mechanik (Weisendorf, Germany), gemäß ISO 14243-1, in einem Kniesimulator. Es wurde Kälberserum mit einer erhöhten Proteinkonzentration von 30 g/l eingesetzt. Der PE-Abrieb wurde gravimetrisch bestimmt. Die Abriebpartikel wurden mittels Elektronenmikroskopie nach deren Form und Größe analysiert. Es fanden sich insgesamt geringe Abriebraten von 1,2 mg pro 1 Mio. Zyklen beim „fixed bearing”- und 2,47 mg pro 1 Mio. Zyklen beim „mobile bearing”-System. Die a.-p.-Auslenkung war gering. Die femorotibialen Kontaktflächen zeigten bei beiden ultrakongruenten Systemen keine wesentliche Veränderung über den Prüfungszeitraum. An den Inlays des „mobile bearing”-Systems fanden sich Zeichen des „backside wear”. Die Partikelanalyse zeigte vergleichbar große, überwiegend runde Abriebpartikel („fixed”, 0,35 μm; „m