Knochenzement

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 14. März 2024
Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Knochenzement stellt einen Zweikomponentenklebstoff dar, welcher vor der Anwendung durch Zusammenmischung eines Pulvers mit einer Flüssigkeit innerhalb kurzer Zeit entsteht. Er dient der elastischen Verankerung künstlicher Endoprothesen an den Knochen. Nach dem Einsetzen der Implantate sind die künstlichen Gelenke dank der Eigenschaften des Knochenzements sofort wieder normal belastbar.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Knochenzement?

Knochenzement ist ein Klebstoff, der künstliche Endoprothesen fest und elastisch mit dem Gelenk verbinden kann. Es handelt sich um ein Polymerisat aus Methylmethacrylat. Methylmethacrylat oder PMMA ist ein weitverbreiteter Werkstoff, der auch als Plexiglas bekannt ist. PMMA verbindet zwei Materialien sehr fest und ist gleichzeitig auch sehr elastisch. Genau diese Eigenschaften prädestinieren diesen Klebstoff für die stabile Verklebung von Komponenten, die einer ständigen mechanischen Belastung ausgesetzt sind. Das gilt im Besonderen für künstliche Gelenke.

Der Patient ist, abgesehen von der Erschöpfung durch die Operation, sofort nach dem Einsetzen des Implantates voll belastbar, da das Material neben seiner hohen Bindungsfähigkeit auch eine hohe Elastizität aufweist. Allerdings kann sich ein Wechsel des Implantates schwierig gestalten, da sich der Knochenzement nur schwer entfernen lässt.

Bereits seit Mitte des 20. Jahrhunderts wird Knochenzement erfolgreich beim Einbringen künstlicher Gelenke eingesetzt. Das gilt für sämtliche Gelenke wie Kniegelenk, Hüftgelenk, Ellenbogengelenk oder Schultergelenke. Heute kommt Knochenzement routinenmäßig zum Einsatz, da seine Handhabung in der klinischen Praxis bequem und einfach ist.

Formen, Arten & Typen

Knochenzement ist ein einheitliches Material, welches sich als Polymerisat aus Methylmethacrylat darstellt. Es entsteht durch eine exotherme Polymerisationsreaktion nach dem Zusammenmischen von zwei Komponenten, die als Binder und Härter bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um ein Pulver und eine Flüssigkeit. Die Flüssigkeit besteht aus einer Lösung des Monomers, während das Pulver die Aktivierungssubstanz enthält.

Die Polymerisation verläuft unter Wärmeentwicklung. Nach der Mischung der beiden Komponenten entsteht zunächst eine teigige Paste, die sich in eine elastische glasartige Substanz umwandelt. Diese Substanz stellt den eigentlichen Knochenzement dar.

Unterschiede in der Zusammensetzung des Knochenzements bestehen lediglich hinsichtlich der Hinzumischung von Antibiotika wie Gentamicin zur Verhinderung von örtlichen Infektionen an der Operationsstelle. Die Hinzugeben der Antibiotika wird individuell angepasst.

Des Weiteren enthält der Knochenzement auch unterschiedliche Anteile an sogenannten Kontrastmitteln, um diesen bei bildgebenden Verfahren wie Röntgenuntersuchungen darstellen zu können. Als Kontrastmittel werden unter anderem Bariumsulfat oder Zirkoniumdioxid eingesetzt.

Aufbau & Funktionsweise

Während der Operation wird der Knochenzement durch Zusammenmischung von Pulver und Flüssigkeit angerührt. Unter Wärmeentwicklung entsteht eine teigige Masse, die in die Knochen eingefüllt wird. Alle Hohlräume werden dabei mit dieser Masse versetzt und damit verschlossen. Danach erfolgt eine vorsichtige Einlassung der Prothese in diese teigige Substanz. Es kommt zu einer zunehmenden Steigerung der Viskosität, wobei die Zementmasse aushärtet und eine Matrix bildet. Damit wird das künstliche Gelenk dauerhaft fixiert. Der Zement ist dabei noch flexibel genug, um die mechanische Belastungsfähigkeit der Prothese zu gewährleisten.

Die Reaktionswärme bei der Zementbildung kann sich bis auf 70 Grad Celsius erhöhen. Der Organismus verträgt allerdings nur eine Temperatur von maximal 42 bis 46 Grad Celsius. Oberhalb dieser Temperatur kommt es zu einer Denaturierung von Körpereiweiß. Zur Gewährleistung dieser niedrigen Temperatur muss operativ so exakt vorgegangen werden, dass eine Anwendung von sehr dünnen Schichten des Knochenzements möglich wird. Bei einer Schicht unter fünf Millimetern ist die Wärmeabführung aufgrund der größeren Oberfläche ausreichend, um das umliegende Gewebe zu schonen. Die Wärmeableitung erfolgt außerdem auch über die große Prothesenoberfläche und über den Blutstrom.


Medizinischer & gesundheitlicher Nutzen

Der Einsatz von Knochenzement hat sich in der klinischen Praxis als sehr erfolgreich erwiesen. Die Patienten können nach der Operation wieder schnell remobilisiert werden. Die Prothese ist schnell voll belastbar. Das Material ist sehr stabil und haltbar, sodass die Langzeitergebnisse sehr gut sind. Auch die mechanische Belastbarkeit ist von Anfang an aufgrund der Elastizität des Knochenzements sehr hoch.

Vorteilhaft ist auch, dass vor der Anmischung der Komponenten dem Pulver Antibiotika zugesetzt werden können, die an der Operationsstelle Infektionen wirksam verhindern. Nach der Operation werden diese Wirkstoffe langsam freigesetzt und üben so einen örtlichen Einfluss aus. Die Freisetzung ist so gering, dass zwar eine lokale antibiotische Wirksamkeit gewährleistet ist, aber der gesamte Organismus nicht mit Antibiotika belastet wird. Nur bei einer bekannten Allergie gegen Antibiotika sollte die Gelenkoperation ohne Einsatz von Knochenzement erfolgen.

In seltenen Fällen kann es bei der Operation zu Blutdruck- und Sauerstoffsättigungsabfall kommen. Diskutiert wird dafür eine gefäßerweiternde Wirkung des Zements durch die Bildung von Gasen während der Polymerisation. Insgesamt gehört der Einsatz von Knochenzement aufgrund seiner hohen Erfolgsrate zur medizinischen Routine.

Wenn eine Prothese jedoch ausgetauscht werden muss, erweist sich Knochenzement oft als hartnäckig. Liegt keine Infektion vor, muss der Zement nicht vollständig entfernt werden. Im Falle einer Infektion ist ein radikaler Austausch des Knochenzements jedoch notwendig. Allerdings ist es nach heute vorliegenden Erkenntnissen einfacher, Zement zu entfernen, als gut in das Knochenbett eingewachsene zementfreie Prothesen auszutauschen.

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