Längsschnittüberwachung des Titanionenspiegels im Serum bei Patienten mit einheimischem 3D-gedrucktem Kiefergelenk-Totalersatz

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 7275 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Der Zweck dieser Längsschnittstudie bestand darin, die Titanionenspiegel im Serum in verschiedenen Zeitintervallen bei Patienten mit nativem 3D-gedrucktem Kiefergelenk-Totalersatz (TMJ TJR) zu überwachen. Die Studie wurde an 11 Patienten (männlich: 8; weiblich: 3) durchgeführt, die sich einer einseitigen oder beidseitigen Kiefergelenk-TJR unterzogen hatten. Blutproben wurden präoperativ (T0), 3 Monate (T1), 6 Monate (T2) und 1 Jahr (T3) postoperativ entnommen. Die Daten wurden analysiert und ein ap-Wert von < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen. Die mittleren Serum-Titanionenspiegel zu T0, T1, T2 und T3 betrugen 9,34 ± 8,70 µg/L (µg/L), 35,97 ± 20,27 µg/L, 31,68 ± 17,03 µg/L bzw. 47,91 ± 15,47 µg/L . Die mittleren Titanionenspiegel im Serum stiegen in den Intervallen T1 (p = 0,009), T2 (p = 0,032) und T3 (p = 0,00) signifikant an. Es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen unilateralen und bilateralen Gruppen. Die Titanionen im Serum zeigten bis zur letzten Nachuntersuchung nach einem Jahr weiterhin erhöhte Werte. Dieser anfängliche Anstieg der Titanionenspiegel im Serum ist auf die anfängliche Abnutzungsphase der Prothese zurückzuführen, die sich über ein Jahr bemerkbar macht. Weitere Studien mit großen Stichproben und Langzeit-Follow-ups sind erforderlich, um etwaige schädliche Auswirkungen auf die TJR des Kiefergelenks festzustellen.

Der alloplastische Kiefergelenksersatz (TJR) hat sich als lohnenswerte Behandlungsmethode bei Kiefergelenkserkrankungen im Endstadium herausgestellt1,2. In den letzten Jahren konzentriert sich die Sorge jedoch vor allem auf die Biokompatibilität von Metallen, die zur Rekonstruktion des Gelenks verwendet werden, und auf deren Auswaschung in die Umgebung3,4. Für die Herstellung von Kiefergelenk-TJR werden von der US-amerikanischen Food and Drug Association (USFDA) zugelassene Materialien verwendet, darunter Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), Chromlegierungen (Co-Cr-Mo), legiertes Titan (Ti6Al4V) und kommerziell reines Titan ( cpTi). Sie verschleißen jedoch unter funktioneller Belastung und führen zur Bildung von Metallablagerungen um die Prothese und das umgebende Weichgewebe herum und können zu einer als Metallose bekannten Erkrankung führen4. Metallose wird als medizinischer Zustand beschrieben, bei dem sich Metallablagerungen im Körpergewebe ansammeln und ablagern5. Die zwischen diesen Oberflächen der Prothese eingeschlossenen Metallreste führen zu integriertem Verschleiß und verschlimmern dadurch den Zustand6,7. Dieser Prozess der Ansammlung von Metallabrieb aufgrund mechanischer Reibung lässt sich besser mit dem Begriff Tribokorrosion beschreiben7,8. Die Untersuchung von Reibung, Materialschmierung und Verschleiß in Verbindung mit dem Korrosionsprozess wird als Tribokorrosion7 bezeichnet.

Abnutzung der Gelenkoberfläche führt zur Ansammlung von Metallresten um die Gelenkoberfläche herum. Diese Trümmer polarisieren Makrophagen, was zur Freisetzung von Kinasen und zur Aktivierung des Kernfaktors Kappa B sowie zur Aktivierung von Makrophagen führt. Diese aktivierten Makrophagen sezernieren außerdem Mucopolysaccharide 1, Interferone Gamma, TNF Alpha und Endotoxine, was letztendlich zur Aktivierung von Osteoklasten führt, die zu einer Knochenresorption im Gelenkbereich führen. Diese Makrophagen verbinden sich mit Metallpartikeln und bilden Komplexe, die über den Blutkreislauf zu verschiedenen Organen des Körpers transportiert werden, was zu systemischen Symptomen und Toxizität führt (Abb. 1)9,10,11.

Pathogenese der Metallose.

Es gibt keinen einzigen Parameter, der für die Diagnose einer Metallose herangezogen werden kann. Um eine endgültige Diagnose zu erhalten, sind eine detaillierte Anamnese, eine gründliche klinische Untersuchung des Patienten in Kombination mit radiologischen Befunden und Laboruntersuchungen erforderlich, einschließlich C-reaktivem Protein (CRP), Erythrozytensedimentationsrate (ESR), Lymphozytentransformationstest (LTT) und Serum, Vollblut, und Metallionenspiegel im Urin sind erforderlich. Die üblichen Anzeichen und Symptome sind Schmerzen, Fieber, Hautverfärbungen um die Prothese herum, Krepitation und Druckempfindlichkeit im Zusammenhang mit der Prothese. Andere Anzeichen und Symptome können ein unterschiedliches Erscheinungsbild sein, wie z. B. eine Kombination aus kardiovaskulären, neurologischen Symptomen und endokrinen Symptomen, die von den Konzentrationen des systemischen Metallions abhängen. Zu den radiologischen Befunden gehören der strahlendurchlässige Bereich um die Prothese und eine Verschiebung der Prothese, die auf einen Osteolyseprozess hinweisen können. Die Korrelation all dieser Anzeichen und Symptome, radiologischer Merkmale, erhöhter CRP-, ESR- und LTT-Werte sowie erhöhter Metallionenwerte im Blut, Serum und Urin können bei der Diagnose einer Metallose hilfreich sein12.

Obwohl die Qualitätskontrolle während der Herstellung der Implantate gewährleistet ist, ist die Wahrscheinlichkeit einer Metallauswaschung in umliegendes Gewebe nicht ausgeschlossen13. Chang et al. berichteten über eine Metallose-Inzidenz von etwa 5,3 % nach einer totalen Hüftendoprothetik14. Ollivere et al. berichteten über eine 3,1-prozentige Inzidenz von Metallose nach dem Versagen einer entsprechenden Prothese, die bei der Oberflächenerneuerung der Hüfte verwendet wurde15. In der Orthopädie gibt es zahlreiche Belege aus der Literatur zu den Metallionenspiegeln im Serum und deren Auswirkungen auf den vollständigen Gelenkersatz, es gibt jedoch nur wenige Literaturangaben zu Kiefergelenks-TJR-Patienten11,16. Dieser Mangel an Literatur hat die Neugier geweckt, eine Studie zu entwerfen, die einen Einblick in die Serumspiegel von Titan bei Kiefergelenks-TJR-Patienten geben wird.

Diese Längsschnittstudie wurde nach der Genehmigung durch die „Ethikkommission des Instituts für Postgraduiertenforschung, All India Institute of Medical Sciences, Neu-Delhi, Indien“ (IECPG-698/19.12.2019) initiiert, um die Serumspiegel der freigesetzten Titanionen zu bewerten die Kiefergelenk-TJR-Prothese. Die Studienstichprobe bestand aus allen Patienten im Alter von über 12 Jahren, die sich zwischen Januar 2020 und Dezember 2020 einer Kiefergelenkersatzoperation unterzogen. Allerdings befasst sich unser Zentrum hauptsächlich mit Kiefergelenk-TJR bei Patienten mit Kiefergelenkankylose, so dass in der vorliegenden Studie 11 eingeschlossene Patienten eine Ankylose als Ursache hatten. Die Methoden wurden gemäß dem Institutsprotokoll unter Beachtung der einschlägigen Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. Von allen an der Studie teilnehmenden Patienten wurde eine schriftliche und informierte Einwilligung eingeholt. Die Patienten, denen ein anderes metallisches Gerät implantiert wurde (Zahnimplantate, Metallkronen, Kniegelenkersatz), die parafunktionell sind oder eine zugrunde liegende systemische Erkrankung haben oder in der Vergangenheit chronisch bestimmte Rezepte wie Multivitaminpräparate eingenommen haben oder in einem Beruf gearbeitet haben, der zu einer Exposition führt gegenüber Metallpartikeln wurden ausgeschlossen. Allerdings hatten 11 Patienten, die in diese Studie einbezogen wurden, eine seit langem bestehende Ankylose und keine Kieferfunktionen.

Das Hauptziel bestand darin, die Serumkonzentration von Titanionen präoperativ (T0), 3 Monate (T1), 6 Monate (T2) und 1 Jahr (T3) postoperativ zu bestimmen. Sekundäre Ziele waren der Vergleich der Serumtitanspiegel zwischen unilateraler und bilateraler Kiefergelenk-TJR, um etwaige Anzeichen und Symptome einer Metallose zu beobachten und zu dokumentieren.

Die Stichprobengröße wurde mit der n-Master-Software berechnet. Die bekannte Inzidenz von Metallose nach totalem Hüft- und Knieendoprothetik (bekannte Population) liegt bei etwa 5 ± 2 %. Wenn man davon ausgeht, dass die Metallose bei Kiefergelenk-TJR (Studiengruppe) geringer ist als bei einem totalen Hüftersatz, da es sich nicht um ein Gelenk mit hohem Verschleiß handelt, wurde sie bei 3 % gehalten. Mit einem Alpha-Fehler von 0,05 und einer Studienleistung von 90 %; Die Stichprobengröße wurde berechnet, n = 11.

In dieser Studie wurde ein einheimisches, maßgeschneidertes 3D-gedrucktes Titangelenk verwendet. Die Fossa bestand aus Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (Abb. 2).

Unterkieferkomponente mit Fossa auf einem 3D-Modell.

Die maßgeschneiderte Prothese bestand aus einer Titanlegierung der Güteklasse 23 (Renishaw, UK, Power) und die Prothese wurde mittels direktem Metall-Laser-Sintern (DMLS) (Renishaw, UK, Power) hergestellt. Die Fertigungseinheit verfügt über eine Qualitätszertifizierung für die patientenspezifische Implantatherstellung aus Titan. ISO13485:2016.

Zur Gewinnung der DICOM-Daten des Gesichts der in die Studie einbezogenen Patienten wurde der Siemens-Computertomograph eingesetzt. Anschließend wurden die DICOM-Daten mit einer Schichtdicke von 0,625 mm in die Bildverarbeitungssoftware hochgeladen. In der vorliegenden Studie wird Slicer- und Mixer-Software verwendet. Es wurde eine Schwellenwertermittlung und Segmentierung der gewünschten anatomischen Region durchgeführt. Das dreidimensionale Modell wurde formuliert und in eine Reihe von Oberflächennetzen umgewandelt und durch Hinzufügen von Verbindungselementen und Oberflächenfarbinformationen für den 3D-Druck vorbereitet. Die Datei wurde im STL-Format (Standard Triangle Language) abgerufen. Dies wurde in einer 3D-Designsoftware weiterverarbeitet. Für das Implantatdesign wurde Blender-Software verwendet.

Die Baukammer wurde zunächst mit Inertgas (Argon) gefüllt und auf die optimale Bautemperatur erhitzt. Eine dünne Schicht Metallpulver wurde über die Bauplattform verteilt und ein Hochleistungslaser scannte den Querschnitt des Bauteils, die Metallpartikel wurden geschmolzen (oder verschmolzen) und die nächste Schicht wurde gebildet. Der gesamte Bereich des Modells wurde gescannt und das Teil vollständig massiv gebaut. Als der Scanvorgang abgeschlossen war, bewegte sich die Bauplattform um eine Schichtdicke nach unten und der Beschichter verteilte eine weitere dünne Schicht Metallpulver. Der Vorgang wird wiederholt, bis das gesamte Teil fertiggestellt ist.

Als der Bauprozess abgeschlossen war, waren die Teile vollständig im Metallpulver eingekapselt.

Wenn der Behälter auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wurde das überschüssige Pulver manuell entfernt und die Teile wurden typischerweise wärmebehandelt, während sie noch an der Bauplattform befestigt waren, um etwaige Restspannungen abzubauen. Anschließend wurden die Komponenten für den Nachbearbeitungsprozess durch Schneiden oder Bearbeiten von der Bauplatte gelöst. Nach der Nachbearbeitung wurde das fertige Implantat mittels Ultraschallreinigung gereinigt und anschließend in einen Tyvek-Beutel verpackt. Verpackte Implantate werden gammasterilisiert.

Die Blutproben wurden von allen Patienten zu vier verschiedenen Zeitpunkten entnommen. Die Menge der an jedem Patienten entnommenen Blutprobe beträgt 3 ml. Die Patienten wurden angewiesen, auf die Verwendung von Kosmetika, kohlensäurehaltigen Getränken, Nahrungsergänzungsmitteln und Multivitaminen zu verzichten. Insgesamt wurden 44 Proben (jeweils 4 für 11 Patienten) entnommen und bis zur Verarbeitung bei –80 °C gelagert. Die Proben wurden 2 Stunden lang außerhalb des Kühlschranks aufbewahrt und vor der Analyse auf Raumtemperatur gebracht.

Als Analysemethode zum Nachweis von Metallionen in Blutproben wurde die induktiv gekoppelte Plasmamassenspektrometrie (ICP-MS) verwendet (Aligent Technologies, 7800 ICP-MS, USA). Die Quantifizierung der Metallionenkonzentrationen erfolgte mit dieser Maschine anhand ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses nach der Erzeugung von Metallionen und Atomen durch Plasma. Nach der Analyse wurden die erhaltenen Daten in tabellarischer Form formuliert.

Die Daten wurden mit IBM SPSS Version 21 (IBM Corp, Armonk, NY) analysiert. Die Normalität der Daten wurde durch den Shapiro Wilk W-Test überprüft. Zur Analyse der Daten wurden parametrische Tests verwendet. Paired t wurde verwendet, um verschiedene Zeitlinien zu vergleichen. Der Mann-Whitney-Test wurde zum Vergleich zwischen zwei Gruppen in unterschiedlichen Zeitintervallen verwendet. Ein Wert von p < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen. Der Pearson-Korrelationstest wurde verwendet, um die Oberfläche des Gelenks mit den Titanionenspiegeln im Serum zu korrelieren.

Diese Studie wurde nach Erhalt der ethischen Genehmigung durch die Ethikkommission des Instituts unter der Registrierungsnummer IECPG-698/19.12.2019 initiiert.

Die Studienstichprobe umfasste 11 Patienten (8 Männer, 3 Frauen). Das Durchschnittsalter der eingeschlossenen Patienten beträgt 24,73 ± 10,43 Jahre. Die Zahl der einseitigen Fälle betrug 6 und der bilateralen Fälle 5. (Tabelle 1) Die mittlere Oberfläche des Kiefergelenk-TJR beträgt 2724,14 mm².

Die mittleren Serum-Titanionenspiegel bei T0, T1, T2 und T3 betrugen 9,34 ± 8,70 µg/L, 35,97 ± 20,27 µg/L, 31,68 ± 17,03 µg/L bzw. 47,91 ± 15,47 µg/L (Tabelle 1, Abb . 3). Die mittleren Titanionenspiegel im Serum stiegen in den Intervallen T1 (p = 0,009), T2 (p = 0,032) und T3 (p = 0,00) signifikant an. Es wurde ein Intergruppenvergleich zwischen unilateralen und bilateralen Gruppen durchgeführt (Tabelle 2). In einseitigen Fällen betrugen die mittleren Titanionenspiegel im Serum zu T0, T1, T2 und T3 10,96 ± 9,08 µg/L, 53,22 ± 10,21 µg/L, 28,18 ± 21,28 µg/L und 50,93 ± 13,43 µg/L. In bilateralen Fällen betrugen die mittleren Titanionenspiegel im Serum bei T0, T1, T2 und T3 7,40 ± 8,81 µg/L, 31,03 ± 21,64 µg/L, 35,31 ± 15,51 µg/L und 45,28 ± 19,92 µg/L. Es wurde kein signifikanter Unterschied im Serumtitanspiegel zwischen der unilateralen und der bilateralen Gruppe beobachtet. Die Korrelation der Oberfläche des Kiefergelenks (TJR) mit den Titanionenspiegeln im Serum ist in Tabelle 3 aufgeführt. Es wurde kein signifikanter Unterschied beobachtet. Keiner der Patienten zeigte irgendwelche Anzeichen und Symptome einer Metallose wie Schmerzen, Fieber, Empfindlichkeit, Krepitation, Lockerung der Prothese, Hautverfärbung um die Prothese herum und systemische Komplikationen.

Lineares Diagramm, das den Titanionenspiegel im Serum zeigt.

Der vollständige Kiefergelenksersatz (TMJ TJR) ist eine erfolgreiche chirurgische Behandlung für irreparabel geschädigte, ankylosierte Gelenke und Kiefergelenkserkrankungen im Endstadium und ist mit einer hohen Patientenzufriedenheit und einer Verbesserung der Lebensqualität und der allgemeinen körperlichen Funktion verbunden17. Im Idealfall sollten sich Prothesen aus biokompatiblen Materialien weder mit der Funktion noch mit der Zeit abnutzen. Es wird jedoch zunehmend erkannt, dass die Metallreste des Prothesenmaterials mit unerwünschten lokalen Gewebereaktionen und systemischen Komplikationen verbunden sein können10,18. Diese Komplikationen sind gut erforscht und ausführlich in der orthopädischen Literatur beschrieben18.

In der Literatur werden auch verschiedene Methoden zur Früherkennung einer Metallose beschrieben, darunter die Analyse von Synovialflüssigkeit, Serum, Vollblut und radiologische Eingriffe. Mit der Zeit und der fortschreitenden Technologie ist die Frage, was mit Implantaten im Körper passiert, zu einer interessanten Frage geworden. Hier spielt die Tribokorrosion eine Rolle, die sich auf jedes Implantat auswirken kann, das im menschlichen Körper oder in einer anderen chemischen Lösung eingesetzt wurde, was zur Erosion der Metalloberfläche führt und dadurch deren Leistung beeinträchtigt19. Es wurden zahlreiche Studien durchgeführt, die das Korrosionsverhalten metallischer Implantate dokumentieren. Es wurden auch In-vitro-Studien durchgeführt, die das tribokorrosive Verhalten von TMJ-TJR-Geräten erklären20. Inspiriert von der orthopädischen Literatur haben Mercuri et al. führte Studien zu ausgefallenen Kiefergelenk-TJR durch und fasste die Rolle von Verschleiß- und Korrosionswechselwirkungen beim Ausfall von Kiefergelenk-TJR8 zusammen. Auch zu Zahnimplantaten gibt es umfangreiche Literatur, die den Metallionengehalt im Speichel und seine Auswirkungen auf die Lebensdauer des Implantats dokumentiert16,21. Allerdings wurde in der Literatur nur über eine Querschnittsstudie zu den Serummetallionenspiegeln für Kiefergelenk-TJR-Patienten berichtet16. Nach unserem Kenntnisstand gibt es in der englischsprachigen Literatur keine Längsschnittstudie zum Serummetallspiegel bei Kiefergelenks-TJR-Patienten.

Obwohl Ti6AlV4 die Hauptlegierung ist, die in implantierbaren Metallgeräten verwendet wird, hat die Besorgnis über Berichte über den Aluminium- und/oder Vanadiumgehalt der Legierung, der zu Überempfindlichkeit führt, zur Untersuchung neuartiger Titanlegierungen mit ähnlichen oder verbesserten mechanischen und klinischen Eigenschaften durch den Einbau von Nicht-Titanlegierungen geführt. giftige Legierungselemente wie Niob, Molybdän, Tantal, Zirkonium und Zinn in der Formulierung der Legierung22,23,24. Sogenannte Beta-Titanlegierungen (z. B. TiZrMoFe) haben außerdem den theoretischen Vorteil eines niedrigeren Elastizitätsmoduls und damit einer geringeren Spannungsabschirmung an Implantat-Knochen-Grenzflächen. Es gibt jedoch zunehmend Berichte über einen übermäßigen Verschleiß von Femurschäften aus solchen Legierungen im Vergleich zum Ti6Al4V-Goldstandard25,26,27,28. Diese Abriebpartikel aus Titanionen wurden mit Entzündungsreaktionen, zytotoxischen Reaktionen, Lungenproblemen, Fibrose und Tumoren in Verbindung gebracht. Das mit Titanionen verbundene Syndrom ist das Yellow-Nail-Syndrom, das durch Bronchialobstruktion, Lymphödem und eine gelbe Farbveränderung der Nägel, Pleuraerguss, Bronchiektasie und Kieferhöhlenentzündung gekennzeichnet ist29,30.

Der Hauptgrund für die Verwendung der 3D-gedruckten Prothese in dieser Studie war die beeinträchtigte Passform und Anpassungsfähigkeit des kleinsten verfügbaren Schaftgelenks in der indischen Bevölkerung31. Dieses kundenspezifische Design hat auch den Vorteil einer verbesserten Passform, die dem Gelenk mehr Stabilität verleiht und auf lange Sicht zu einem geringeren Verschleiß führt, der durch die Ablagerungen von Polyethylen entsteht, wie sie bei alloplastischen Knie- und Hüftprothesen auftreten32,33.

Es wurden verschiedene Methoden zur Diagnose von Tribokorrosion in einem frühen Stadium beschrieben, darunter die Analyse von Serummetallionen, Biosensoren zum Nachweis von Metallionen in Körperflüssigkeiten und die Analyse von Gelenkflüssigkeiten. Die am häufigsten verwendete Technik ist die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICPMS). Der Gesamtspiegel an Metallionen im Blut zeigt normalerweise die kumulative Wirkung an34 und der Serumspiegel an Metallionen zeigt die jüngste Wirkung des Verschleißprozesses an35. Daher wurden in dieser Studie Serummetallionenspiegel verwendet.

In dieser Längsschnittstudie lag der beobachtete mittlere Serumspiegel von Titan zum Zeitpunkt T0 über dem von Mayo Laboratories festgelegten Referenzbereich (< als 1 ng/l)36. Tatsächliche Zahlenwerte können jedoch aufgrund von Unterschieden in der Metallurgie, den Analysemethoden und den Maßeinheiten nicht verglichen werden. Die Gründe für die erhöhten Werte können auf Nahrungsergänzungsmittel, Kosmetika, Umwelt, Wasserverschmutzung durch Industrieabfälle und Beruf zurückgeführt werden37. Diese präoperative Stichprobe verleiht der Studie eine gute Aussagekraft und eliminiert außerdem die Möglichkeit von Störfaktoren.

Bei T1 und T2 kommt es zu einem signifikanten Anstieg der Serumtitanspiegel (p = 0,009) bzw. (p = 0,032). Alle in die vorliegende Studie einbezogenen Patienten hatten eine Ankylose des Kiefergelenks, für die eine Kiefergelenk-TJR durchgeführt wurde. Laut der Studie von Kaban et al.38 Roychoudhury et al.39 Mercuri et al.40 spielt aggressive Physiotherapie eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung der heterotopen Knochenbildung um das Gelenk in der frühen postoperativen Phase. Der kritischste Zeitraum, in dem die größte Menge an heterotopem Knochen gebildet wird, sind die ersten drei Monate nach der Operation41. Die Physiotherapie mit der archimedischen Acrylschraube wurde 6 Monate lang sorgfältig durchgeführt, um die ausreichende Mundöffnung zu stabilisieren42. Diese aggressive Physiotherapie und die Kaubelastung können der Grund dafür sein, dass die Titanionenwerte im Abstand von 3 Monaten und 6 Monaten im umliegenden Gewebe erhöht sind und letztendlich in den systemischen Kreislauf gelangen43. Das Obige ist nur eine fiktive Theorie, da das Design der Kiefergelenk-TJR-Prothese nicht aus Metall auf Metall, sondern aus Metall auf UHMWPE bestand.

Bei T3 wurde festgestellt, dass der Anstieg der Titanionenspiegel im Serum statistisch signifikant ist (p = 0,00). Der Grund kann die ständige zyklische Belastung der Prothese aufgrund der normalen Funktion sein. Obwohl der Auflageflächenkontakt bei bilateralen Prothesen größer ist als bei einer einseitigen Gruppe und die beobachteten Werte eher bei der bilateralen Gruppe liegen, ist der Unterschied statistisch nicht signifikant. Ähnliche Ergebnisse wurden auch in der Literatur dokumentiert44,45.

Die Herstellung der Prothese und die Art der verwendeten Legierung haben Einfluss auf das korrosive Verhalten der Prothese. In der orthopädischen Literatur führt eine unterschiedliche Metallzusammensetzung an der Kopf-Hals-Verbindung zu einer stärkeren Freisetzung von Serummetallionen. Der Winkel des Femurkopfes in Bezug auf den Hals spielt auch eine Rolle bei der Freisetzung von Serum-Kobalt-, Chrom- und Titanionen46. Für die Kiefergelenkprothese wird diese kategorische Gestaltung jedoch nicht beachtet.

Wenn der Zeittrend über ein Jahr hinweg beobachtet wurde, kann der Anstieg der Titanionen im Serum, der zwei- bis dreimal so hoch ist wie im präoperativen Zeitraum, auf die anfängliche Abnutzungsphase der Prothese zurückzuführen sein47. Gemäß der Arbeit von Tipper et al.47 gibt es im Laufe der Lebensdauer einer Prothese zwei Phasen des Verschleißes: den anfänglichen Verschleiß im ersten Lebensjahr der Prothese in Funktion, danach kommt es zu einem dauerhaften Verschleiß. Die zweite Verschleißphase beginnt, wenn sich die Prothese lockert und der Metallionenspiegel im Serum ansteigt. Die anfängliche Verschleißphase kann die Einlaufphase der Prothese bezeichnen, die besagt, dass der simulierende Effekt einer zyklischen Belastung auf die Prothese zur Freisetzung von Metallionen infolge von Abrieb führt48. Die zweite Verschleißphase lässt auf eine korrosive Erosion der Prothese schließen48.

In der vorliegenden Studie hatte bei jedem Follow-up-Level keiner der Patienten Serumtitanionenspiegel, die die berichteten hohen Werte an Metallionen erreichten, wie in Studien von Bradberry et al.3 erwähnt, und alle in die Studie aufgenommenen Patienten haben dies eine voll funktionsfähige Prothese ohne Anzeichen und Symptome vor Ort zu haben.

Die Ergebnisse unserer Studie deuten darauf hin, dass eine positive Korrelation zwischen der Einlaufphase der Kiefergelenk-TJR und den Serummetallionenspiegeln besteht, was mit den Ergebnissen einer Studie von Heisel et al. übereinstimmt. nach einer Hüftmetallerneuerungsarthroplastik48.

Kürzlich führten Onoriobe et al.49 eine Studie in der US-Bevölkerung durch und kamen zu dem Schluss, dass die Nachfrage nach Kiefergelenk-Totalersatz bis zum Jahr 2030 um 58 % steigen wird. Die vorliegende Studie soll eine Vorstellung davon geben, was mit Metall passiert Ionenfreisetzung in diesen Gelenken nach der Implantation in den Patienten. Die Autoren werden die Patienten jährlich über einen langen Zeitraum beobachten, um nach Anzeichen und Symptomen einer Metallose zu suchen. Das Design einer Längsschnittstudie wie unseres hat den Vorteil, dass es Änderungsmuster und Dynamiken der Titanionenspiegel im Laufe der Zeit untersucht. Zu den Einschränkungen zählen jedoch eine kleine Anzahl analysierter Probanden und eine kurze Nachbeobachtungszeit. Auch die Auswirkung von Trinkwasser auf den Serumionenspiegel wurde bei den Patienten nicht untersucht. Die präoperativen Serumionenspiegel dienen jedoch als Kontrolle. Der Nachteil dieser Studie ist die geringe Stichprobengröße und die geringere Nachverfolgung. Es handelt sich um eine vorläufige Studie, die darauf abzielt, den Trend der Serumtitanionenspiegel bei 3D-gedruckten Kiefergelenk-TJR-Patienten im Laufe der Zeit zu ermitteln und festzustellen, ob erhöhte Serumtitanspiegel mit irgendwelchen Anzeichen und Symptomen verbunden sind. Weitere Untersuchungen mit einer großen Stichprobengröße und längeren Nachuntersuchungen werden empfohlen.

Diese vorläufige Untersuchung kam zu dem Schluss, dass der Titanionenspiegel im Serum nach einer Kiefergelenks-TJR anstieg. Die Titanionen im Serum zeigten bis zur letzten Nachuntersuchung nach einem Jahr weiterhin erhöhte Werte. Dieser anfängliche Anstieg des Titanionenspiegels im Serum ist auf die anfängliche Abnutzungsphase der Prothese zurückzuführen, die sich über ein Jahr bemerkbar macht. Obwohl die Ti-Ionen im systemischen Kreislauf ausgewaschen werden, verursachen sie keine unerwünschten systemischen oder lokalen Komplikationen. Weitere Studien mit großen Stichproben und Langzeit-Follow-up sind erforderlich, um die schädlichen Auswirkungen patientenspezifischer Kiefergelenk-TJR auf den menschlichen Körper zu ermitteln.

Die zur Reproduktion dieser Ergebnisse erforderlichen Roh-/verarbeiteten Daten sind in Tabelle 1 aufgeführt.

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Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, All India Institute of Medical Sciences, Neu-Delhi, 110029, Indien

Garima Khandelwal, Ajoy Roychoudhury und Ongkila Bhutia

Abteilung für Anatomie, All India Institute of Medical Sciences, Neu-Delhi, 110029, Indien

A. Shariff

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AR: Konzeptualisierung, Methodik, Visualisierung, Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten. GK: Datenkuration, Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung. AS: Untersuchung. OB: Aufsicht.

Korrespondenz mit Ajoy Roychoudhury.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Khandelwal, G., Roychoudhury, A., Bhutia, O. et al. Längsschnittüberwachung des Titanionenspiegels im Serum bei Patienten mit einheimischem 3D-gedrucktem Kiefergelenk-Totalersatz. Sci Rep 13, 7275 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33229-5

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Eingegangen: 22. Oktober 2022

Angenommen: 10. April 2023

Veröffentlicht: 04. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33229-5

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