Der Einfluss von Nahtmaterial, Implantationsmedium und Temperatur auf die Versagenskräfte der Fixation eines Polyurethanmeniskus: eine biomechanische Analyse

Abstract

Einleitung: Die partielle Meniskektomie zur Behandlung von Meniskusdefekten ist eine der häufigsten Prozeduren in den USA. Die Meniskektomie führt zu biomechanischen Veränderungen im Kniegelenk, die mit einem erhöhten Risiko für Gonarthrose einhergehen. Actifit®-Implantate sind biologisch abbaubare Polyurethan-Menisken und substituieren die biomechanischen Eigenschaften des Meniskus. Diese Monographie befasst sich mit den intraoperativen Versagenskräften von Actifit®-Implantaten in Bezug auf das Nahtmaterial, der Temperatur oder der Art des Nährmediums. Methodik: Es werden 128 Actifit®-Implantate in jeweils 15 mm große Abschnitte geteilt, mit Poly-p-dioxanon (PDS II) Fäden oder Polybraid-Fäden horizontal durchstochen und nach 15-minütiger Einlegedauer unter 5 N uniaxialem Zug im Nährmedium Purisole oder Ringer-Lactat bei 20°C oder 37°C auf die Versagenskraft getestet. Die Testung erfolgt mit dem eigens dafür errichteten Testgerät Electroforce® Testbench (Bose, MN, USA) im biomechanischen Labor des Julius-Wolff-Instituts (JWI), Berlin in Kooperation mit dem Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie (CMSC) der Charité Universitätsmedizin Berlin. Ergebnisse: Das Ringer-Nährmedium zeigt eine signifikant höhere Versagenskraft als die Purisole Testreihe (55.3 ± 5.6 vs. 51.2 ± 6.7 N; P < .0002). Es gibt keine signifikanten Differenzen innerhalb der Versagenskräfte des Nahtmaterials (54.0 ± 6.1 Polybraid vs 52.6 ± 6.8 PDS II). Der Vergleich der Temperatur zeigt eine signifikant höhere Versagenskraft in der 37°C Gruppe (54.3 ± 6.3 N vs. 52.3 ± 6.5 N; P = .041). Schlussfolgerung: Die Ringer-Lösung führt zu einer höheren Versagenskraft als die Purisole-Lösung. Grundlage dieses Phänomens könnte der pH-Wert von 6,5 der Ringer-Lösung im Vergleich zu 5,2 bei der Purisole-Lösung darstellen. Hierbei stellt das Polycaprolacton, welches zu 80 % im Polyurethanmeniskus aufzufinden ist, den Hauptort der Degradation dar und kann mithilfe eines niedrigeren pH-Werts beschleunigt hydrolysiert werden. Diese Esterhydrolyse führt zu einer pH-Wertsenkung und somit kann aus dieser heterogenen sauren Katalyse eine homogene Katalyse mithilfe von Implantat-Bestandteilen und folglich ein autokatalytischer Prozess resultieren. Dieser Degradationsprozess kann in vivo eine Inflammation und eine Schmerzsymptomatik verursachen.

Introduction: A partial meniscectomy as a treatment for meniscus defects is among one of the most common procedures in the USA. Nevertheless, removing the menisci changes the biomechanical properties of the knee, which can lead to an increased risk of gonarthrosis. Actifit® implants are biodegradable polyurethane menisci and have the function of artificially simulating the biomechanical properties of the meniscus. This monograph addresses the intraoperative failure loads of the sutures of Actifit® implants in regard to the suture material and type or temperature of the irrigation fluid. Methods: 128 Actifit® implants were prepared with horizontal sutures and uniaxial load to failure tests using the Electroforce® Testbench (Bose, MN, USA) machine were performed. The testing conditions varied between a sorbitol-mannitol irrigation solution (Purisole) or Ringer’s solution, non-absorbable braided polyester sutures (NABP) or poly-p-dioxanone (PDS II) sutures or a temperature of 20°C or 37°C to simulate an intraoperative setting. All tests were conducted in the Julius-Wolff-Institute (JWI) in Berlin in cooperation with the musculoskeletal department of the Charité University Hospital in Berlin. Results: The Ringer solution showed a significant increase in the tearing force of the sutures in comparison to the sorbitol-mannitol solution (Purisole) (55.3 ± 5.6 vs. 51.2 ± 6.7 N; P < .0002). There were no significant findings among the different suture materials (54.0 ± 6.1 Polybraid vs 52.6 ± 6.8 PDS II). The temperature of 20°C led to a decreased tearing force in comparison to the 37°C group (54.3 ± 6.3 N vs. 52.3 ± 6.5 N; P = .041). Conclusions: The most notable finding of this study is the discrepancy in tearing forces in regard to the used solution. The usage of the sorbitol-mannitol solution (Purisole) led to a decreased mean tearing force and thus indicated a change in the structure of the Actifit® implants. While investigating this phenomenon, the changes in pH were the predominant difference between the two solutions. This led to the conclusion that lowering the pH might change the structure of the Actifit® implants and therefore the speed of degradation. Furthermore, this process of degradation is described as ester-hydrolysis-dependent and consequently, a lower pH is a part of it. The pH changes can lead to an autocatalytic process as well as to inflammation and pain in the postoperative knee.