Ændringer i knoglemineraldensitet i den proksimale femur 18 måneder efter total hoftealloplastik med Exeter-stem

Introduktion: Total hoftealloplastik (THA) forandrer belastningsmønsteret i den proksimale femur, idet belastningen reduceres omkring den proksimale del af stemmet og stiger omkring stemmets distale spids.

Formål: Formålet med studiet var at belyse forandringerne i knoglemineraltæthed (BMD) i den proksimale femur 18 måneder efter THA med cementeret Exeter-stem.

Materiale og metoder: Seksogtyve patienter (alle kvinder, 55-80 år), der fik foretaget THA med Exeter-stem, blev inkluderet i undersøgelsen. BMD blev målt i syv regioner omkring stemmet i henhold til Gruen et al vha. dual-energy X-ray-absorptiometry umiddelbart postoperativt samt 18 måneder senere. BMD blev desuden målt i den kontralaterale hofte samt i columna lumbalis.

Resultater: Alle alloplastikker fungerede problemfrit ved opfølgningen. Et signifikant fald i BMD på 7,4 ± 0,7% til 13,6 ± 2,0% af udgangsværdien blev påvist i zonerne 2, 3, 6 og 7 (p < 0,005). BMD var uændret i zonerne 1, 4 og 5, i modsidige hofte og i columna lumbalis. Den periprostetiske BMD faldt med 5,8 ± 1,3% (p < 0,005) over observationsperioden på 18 måneder.

Konklusion: THA med Exeter-stem medfører et signifikant fald i BMD. Dette er i samme størrelsesorden som ved andre typer af implantater og er formentlig en følge af det ændrede belastningsmønster i den proksimale femur. DXA er en god og reproducerbar metode til at monitorere ændringerne i den proksimale femur efter alloplastik.

Knogletab i den proksimale femur kan potentielt reducere funktionstiden af en total hoftealloplastik (THA) [1]. Der sker knogletab efter såvel ucementeret som cementeret THA, og både implantatets størrelse, materiale og fiksationsmetode synes at påvirke knogletabet [2, 3]. Endvidere er det forventeligt, at knoglemineraltætheden (BMD) vil stige i områder med højere belastning og falde i områder med lavere belastning. Som følge heraf vil knoglestyrken forandres i forskellige områder af den proksimale femur efter THA [4]. Dette kan have betydning for senere proteseløsning eller frakturer i den protesenære knogle. Med dual-energy-X-ray-absorptiometry (DXA) kan man påvise ændringer i BMD omkring implantatet [5, 6], og det er en veldokumenteret metode til monitorering af kortikal knogle efter THA [7, 8]. De fleste tidligere studier af periprostetisk BMD har omfattet patienter med ucementeret THA. Venesmaa et al [9] publicerede i 2003 et af de første studier om BMD-forandringerne omkring et cementeret stem og fandt, at de størst ændringer i BMD omkring stemmet indtraf inden for de første 6-12 måneder. Over de følgende år indtraf kun minimale ændringer. De største ændringer blev set i calcarområdet.

Der foreligger ikke studier, hvori man korrelerer BMD- ændringer med senere proteseløsninger.

I dette prospektive studie bestemte vi ændringerne i periprostetisk BMD i den proksimale femur 18 måneder efter cementeret THA med Exeter-stem. Exeter-stemmet har gennem længere tid været et af de hyppigst anvendte cementerede stem i Danmark [10].

Materiale og metoder

I alt 26 patienter (alle kvinder, 55-80 år), der fik foretaget cementeret primær THA på Middelfart Sygehus i perioden fra december 1998 til februar 2000, blev inkluderet i dette prospektive studie. I alle tilfælde var indikationen for THA primær hofteledsartrose. Patienter med andre sygdomme, der kunne påvirke knoglemetabolismen (f.eks. tyrotoksikose, hyperparatyroidisme, osteomalaci eller renal osteodystrofi), eller i behandling med bisfosfonat, D-vitamin, systemisk østrogen eller systemisk glukokortikoid blev ekskluderet. Ved operationen blev der anvendt posterolateral adgang uden trokanterosteotomi. Proteserne blev fikseret med Simplex-cement og andengenerationscementeringsteknik [11]. De anvendte femorale implantater var alle Exeter-stem, som er en kraveløs, dobbeltkonisk, cementeret protese. Alle patienter blev under instruktion fra en fysioterapeut tilladt fuld belastning fra første postoperative dag. BMD blev målt på den tiende postoperative dag (spændvidde 8-14 dage) samt efter 18 måneder (spændvidde 17-22 måneder) ved hjælp af DXA. Der blev anvendt en Hologic QDR 2000-skanner, og alle målinger blev udført af samme personale. Under skanningerne blev patienten lejret i rygleje. Femur blev fikseret i en neutral stilling vha. knæ- og fodstøtte, idet måleusikkerheden herved minimeres [12, 13].

Variationskoefficienten (CV) ved måling af BMD i hofte og lænd var 1,5%. Variationskoefficienten for BMD i collum af femur var 2,1% [14]. I skanningsfeltet på den opererede side indgik protese, cementkappe, knogle og bløddele. Vi anvendte metal-removal-software, der automatisk ekstraherer bløddele og protese, mens cementkappe og knogle ikke kan adskilles. Den protesenære knogle blev inddelt i syv regions of interest (ROIs) i henhold til Gruen et al 1979 [15] (Figur 1 ). På alle skanninger blev Gruenzonerne indlagt af samme person. Intra- og interobservatørvariansen på Gruenzonerne er beregnet ved dobbeltbestemmelse af 11 hofter (77 zoner) af hhv. samme og forskellig undersøger. Intra- og interobservatørvariansen var henholdsvis 1,0 ± 0,4% og 1,7 ± 0,7%. Den periprostetiske BMD blev tillige beregnet som et gennemsnit af BMD for zonerne 1-7. Eventuel migration af stemmet i observationsperioden blev målt vha. bestemmelse af afstanden fra toppen af trokanter major til stemmets spids. Den målte afstand blev sat i forhold til den kendte længde af femurstemmet for at eliminere usikkerheder med forskelle i størrelsesforhold på de enkelte skanninger. Endelig blev BMD bestemt i den kontralaterale hofte og lænderyggen, for at man herved kunne korrigere for det aldersbetingede knogletab [16].

Alle deltagere afgav skriftligt informeret samtykke inden inklusionen. Undersøgelsen var godkendt af Den Videnskabs-etiske Komité for Vejle og Fyns Amter.

Statistik

BMD-forandringer er angivet i procent. Wilcoxon matched-pairs signed-rank test blev anvendt til test for difference. p< 0,05 blev anset for at være signifikant.

Resultater

Der var ingen postoperative komplikationer, alle 26 patienter blev fulgt i den planlagte periode og alle havde en velfungerende alloplastik efter 18 måneder. BMD postoperativt samt efter 18 måneder ses i (Tabel 1 ). Et signifikant fald i BMD på 7,4 ± 0,7% til 13,6 ± 2,0% blev fundet i Gruenzonerne 2, 3, 6 og 7 (Figur 1) (p< 0,005). Den periprostetiske BMD faldt ligeledes signifikant med 5,8 ± 1,3% (p< 0,005). Der var ingen signifikante ændringer i BMD i zonerne 1, 4, 5, i den kontralaterale hofte eller i columna lumbalis. Der var ingen detekterbar stemmigration over de 18 måneder ved udmåling som anført under metoder.

Diskussion

I tidligere studier, designet til at detektere protesemigration med stereorøntgen, har man påvist, at Exeter-stemmet migrerer distalt med ca. 0,8 mm i det første postoperative år [17]. Som ovennævnt detekterer vi imidlertid ikke i dette studie nogen stemmigration over de 18 måneders observationstid. En migration af denne størrelsesorden kunne man dog heller ikke forvente at påvise med den anvendte metode, idet det er velkendt, at stemmigration med konventionel røntgen kun kan bestemmes med en nøjagtighed på 5 mm [18]. Stemmet må således antages at have migreret distalt i observationsperioden, og som følge heraf er Gruenzonerne, der defineres ud fra stemmets placering, ikke fuldstændig identiske postoperativt og efter 18 måneders followuptid. I det følgende ses der dog bort fra denne minimale migration.

Vore data viser, at indsættelsen af en Exeter-protese giver anledning til betydelige ændringer i BMD i den proksimale femur. Den periprostetiske BMD i vores studie faldt således med 5,8 ± 1,3% igennem observationsperioden på 18 måneder. Dette er af samme størrelsesorden som knogletabet ved andre proteser [9, 19]. Vi fandt desuden betydelige lokale variationer i knogletabet omkring protesen. I zonerne 2, 3, 6 og 7 fandt vi en signifikant reduktion i BMD på 7,4 ± 0,7% til 13,6 ± 2,0% efter 18 måneder (p< 0,005), idet faldet var størst i calcarområdet. Dette fund er ligeledes foreneligt med fundene i tidligere undersøgelser [9] og formentlig udtryk for, at reduceret belastning medfører øget knogleremodellering og dermed knogletab i disse områder efter THA. I zone 1 fandt vi den laveste absolutte BMD. Hverken her eller i zonerne 4 og 5 ved stemmets spids fandt vi signifikante forandringer i BMD. Dette er foreneligt med resultaterne af tidligere undersøgelser [9, 19], hvor knogletabet var størst i de proksimale zoner og aftog distalt. I enkelte undersøgelser har man sågar fundet øget BMD ved stemmets spids [19]. Man kan fortolke dette således, at zone 1 er en low stress-zone, og at forholdene her ændres minimalt ved THA.

Det har tidligere været anført, at knoglecement med dets forskellige komponenter giver artefakter i BMD-målinger [9]. Nogle forfattere har forsøgt at afgrænse cementkappen på DXA-skanningerne [7], mens andre grupper ikke har fundet dette muligt [4, 20]. Vi var ikke i stand til at skelne mellem knogle og cement i vores serie. Dette skyldes formentligt, at cementen under tryk presses ind i knoglevævet og giver anledning til en falsk forhøjet BMD. BMD i cementkappen ændrer sig dog ikke over tiden [6]. I longitudinelle studier vil ændringer i BMD således, uafhængigt af ovennævnte artefakt i udgangsværdien, være udtryk for reelle ændringer i den periprostetiske BMD.

I en undersøgelse af 17 patienter (ti kvinder og syv mænd), der blev fulgt gennem fem år efter cementeret THA, fandt Venesmaa et al [9] et signifikant større fald i periprostetisk BMD hos postmenopausale kvinder end hos aldersmatchede mænd (5% hos mænd mod 16% hos kvinder efter fem år). I flere studier har man fundet, at det postoperative knogletab efter THA var størst i de første 6-12 postoperative måneder, hvor-efter ændringerne i BMD nærmede sig det normale aldersbetingede knogletab på ca. 1% [16]. Den periprostetiske BMD faldt med 5,8% over 18 måneder (p< 0,005) hos vore patienter, der alle var kvinder. Dette adskilte sig ikke signifikant fra det observerede fald i kønsblandede kohorter og understøtter således ikke ovennævnte.

Konklusion

Vi konkluderer, at THA med Exeter-stem medfører et signifikant fald i periprostetisk BMD over tid. Dette er i samme størrelsesorden som ved andre typer implantater og er formentlig en følge af det ændrede belastningsmønster i den proksimale femur. DXA er en god og reproducerbar metode til at monitorere ændringerne i den proksimale femur efter alloplastik og kan anvendes i forbindelse med optimering af protesedesign.

Frank Damborg , Omøvænget 2, DK-5500 Middelfart. E-mail: damborg@dadlnet.dk

Antaget: 16. juni 2004

Interessekonflikter: Ingen angivet

Taksigelser: Tak til bioanalytiker Kirsten R. Westermann og bioanalytiker Anette Riis Madsen for teknisk bistand. DOS fonden samt Grethe og Sigurd Pedersens Fond takkes for økonomisk bistand.

1. Kobayashi S, Saito N, Horicuchi H et al. Poor bone quality or hip structure as risk factors affecting survival of total- hip arthroplasty. Lancet 2000;355:1499-504.
2. Huiskes R. The various stress patterns of press-fit, ingrown, and cemented femoral stems. Clin Orthop Res 1990;261:27-38.
3. Bobyn JD, Mortimer ES, Glassman AH et al. Producing and avoiding stress shielding: Laboratory and clinical observations of noncemented total hip arthroplasty. Clin Ortop 1992;274:79-96.
4. McCarthy CK, Steinberg GG, Agren M et al. Quantifying bone loss from the proximal femur after total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg (Br) 1991;73:774-8.
5. Kilgus DJ, Shimaoka EE, Tipton JS et al. Dual-energy x-ray absorptiometry mesurement of bone mineral density around porus-coated cementless femoral implants. J Bone Joint Surg (BR) 1993;75:279-87.
6. Kröger H, Miettinen H, Arnala I et al. Evaluation of periprosthetic bone using dual-energy x-ray absorptiometry. J Bone Miner Res 1996;10:1526-30.
7. Marchetti ME, Steinberg GG, Greene JM et al. A prospective study of prox-imal femur bone mass following cemented and uncemented hip arthroplasty. J Bone Miner Res 1996;11:1033-9.
8. Spittlehouse AJ, Smith TW, Eastell R. Bone loss around 2 different types of hip prostheses. J Arthroplasty 1998;13:422-7.
9. Venesmaa P, Kröger H, Jurvelin J et al. Periprosthetic bone loss after cemented total hip arthroplasty. Acta Orthop Scand 2003;74:31-6.
10. Lucht U. The Danish Hip Arthroplasty Register. Acta Orthop Scand 2000;71:433-9.
11. Kale AA, Delle Valle CJ, Frankel VH et al. Hip arthroplasty with a collared straight cobalt-chrome femoral stem using second-generation cementing technique: a 10-year average follow-up study. J Arthroplasty 2000;2:187-93.
12. Mortimer ES, Rosenthall L, Paterson I et al. Effect of rotation on peripros- thetic bone mineral measurements in a hip phantom. Clin Orthop 1996;324:269-74.
13. Cohen B, Rushton N. Accuracy of DEXA measurement of bone mineral density after total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg (Br) 1995;77:479-83.
14. Abrahamsen B, Torfeng CL, Barenholdt O et al. Standardisation of BMD T-scores in the first five years after the menopause. J Clin Densitom 2003;6:87-96.
15. Gruen TA, McNeice GM, Amstutz HC. Modes of failure of cemented stem-type femoral components. Clin Orthop Rel Res 1979;141:17-27.
16. Hannan MT, Felson DT, Dawson-Huges B et al. Risk factors for longitudinal bone loss in elderly men and women: Framingham osteoporosis study. J Bone Miner Res 2000;4:710-20.
17. Alfaro-Adrián J, Gill HS, Murray DW. Should total hip arthroplasty femoral components be designed to subside. J Arthroplasty 2001;16:598-606.
18. Malchau H, Kärrholm J, Xing Wang Y et al. Accuracy of migration analysis in hip arthroplasty. Acta Orthop Scand 1995;66:418-24.
19. Gehrchen PM. Quantitative measurements of adaptive bone remodelling in the proximal femur following uncemented total hip arthroplasty using dual energy X-ray absorptiometry. [disp.]. København: Københavns Universitet, 1999.
20. Cohen B, Rushton N. Bone remodelling in the proximal femur after Charnley total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg (Br) 1995;77:815-9.