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MedizinweltMedizinstudenten CharitePathologieBuchkapitelFremdmaterialimplantate

B978-3-437-42385-7.00049-9

10.1016/B978-3-437-42385-7.00049-9

978-3-437-42385-7

Elsevier GmbH

Aortobifemorale Kunststoff-Bypass-Prothese:GefäßeKunststoff-Bypass-ProtheseGefäßprotheseProthese bei verschließender Atherosklerose:GefäßprotheseAtherosklerose der Beckenarterien. a Fibrinreicher Parietalthrombus im Bereich der „Neointima“ (Pfeil). b Im Röntgenbild:AtheroskleroseRöntgenbild ist die erhebliche verkalkende Atherosklerose in den dorsal des Bypasses verbliebenen Abschnitten von Aorta und Iliakalgefäßen zu sehen.

Gefäßprothese:EinheilungEinheilungsphasen Prothese:Gefäßevon porösen Kunststoffprothesen nach Implantation als Gefäßersatz.

Zwei Herzschrittmachersonden im eröffneten rechten Herz. Fest im Myokard eingeheilte Katheterspitzen (Markierung). Teilweise graue fibröse Umscheidung der Katheter im Bereich von Ventrikel und Trikuspidalklappe (Pfeil). Frischer Thrombus an Anheftungsstellen im Vorhof oberhalb der Fossa ovalis (Doppelpfeil; 77-jähriger Mann).

Herzklappe:ProtheseHerzklappenprothesen. a Mechanische HerzklappenprothesenProthese:mechanische 2 Jahre nach Operation mit einer Kippscheibenprothese als Ersatz der Aortenklappe:ProtheseAortenklappe (links) und einer Scheibenprothese in Mitralklappenposition (rechts) bei einem 71-jährigen Mann. b Röntgenbild:HerzklappenprotheseRöntgenbild einer geöffneten Zweischeibenprothese aus dem Aortenklappenbereich.

Thrombose:HerzklappenprotheseThrombotische Auflagerungen mit starken Funktionseinschränkungen einer mechanischen AortenklappenprotheseHerzklappe:Prothese 6 Monate nach Operation (58-jähriger Mann).

Insuffiziente Bioprothese:insuffizienteBioprothese (Aortenklappe eines Schweins) als Ersatz der Mitralklappe 11 Jahre nach Implantation. Fibrose (grau) am Klappenring-Kunststoffmantel. Massive graugelbe Verkalkungen aller Taschen. a Aufsicht von oben. Entzündliche Perforation der Tasche links durch eine bakterielle Infektion (Pfeil). b Zugehöriges Röntgenbild mit Erfassung der streifigen Verkalkungen.

Totalendoprothese:HüfteHüfte:TotalendoprotheseTotalendoprothese der Hüfte (TEP) mit Prothesenkopf aus Porzellan und Metallschaft im eröffneten Markraum des Oberschenkels. Operation 3 Wochen vor dem Tod infolge rezidivierender Lungenembolien (66-jähriger Mann).

Explantiertes Polypropylen-Polypropylen-MeshMesh. a Polypropylen-Mesh im Rasterelektronenmikroskop. b Die mikroskopische Struktur des grobporigen Polypropylen-Netzes ist als Abdruck im Gewebe erkennbar. Das Netz ist bindegewebig durchbaut und fest integriert. Die Explantation erfolgte aufgrund einer Verlagerung des Meshes (66-jähriger Mann).

Fremdmaterialimplantate

F.A. Offner

R.M. Bohle ∗

∗

In der Vorauflage unter Mitarbeit von K.-M. Müller

  • 49.1

    Allgemeine Reaktionsmuster nach Fremdmaterialimplantation971

  • 49.2

    Blutgefäße, Liquordrainage972

  • 49.3

    Herz973

    • 49.3.1

      Schrittmacher973

    • 49.3.2

      Herzklappenprothesen974

  • 49.4

    Gelenke975

  • 49.5

    Mamma975

  • 49.6

    Bauchwand976

Zur Orientierung

Implantation:FremdmaterialFremdmaterialimplantationSchwerwiegende Funktionsstörungen – meist verbunden mit erheblichen Schmerzen – können durch Implantation von Prothesen aus Kunststoffen, Metalllegierungen oder denaturierten Organteilen einzelner Tierspezies behandelt werden. Zu den heute am häufigsten implantierten Ersatzmaterialien gehören:

  • •

    Metalllegierungen und Keramik zur endoprothetischen Behandlung von Hüftgelenks- oder Kniegelenksarthrosen (Cox- bzw. Gonarthrosen)

  • •

    gitterförmige, selbst expandierende Metall- (Nitinol-) und Kunststoffstents zur Therapie der koronaren Herzkrankheit, von Aortenaneurysmen oder von Stenosen des Bronchialsystems, des Ösophagus und der Gallengänge

  • •

    Kunststoffe zum Ersatz von Blutgefäßen, zum rekonstruktiven oder kosmetischen Organaufbau der Mamma oder zum Verschluss von Bauchwandbrüchen (Hernien)

Die stark gestiegene durchschnittliche Lebenserwartung hat dazu geführt, dass altersbedingte degenerative Veränderungen des Herz-Kreislauf- und Skelettsystems zugenommen haben. In vielen Fällen können sie durch operative und endovaskuläre Maßnahmen mit Fremdmaterialimplantaten kompensiert werden.

49.1

Allgemeine Reaktionsmuster nach Fremdmaterialimplantation

Fremdmaterialimplantation:ReaktionsmusterImplantierte Fremdkörper:implantierterFremdkörper führen immer zu einer biologischen Reaktion. Sie ist stark abhängig von der sog. Biokompatibilität des Fremdmaterials:

  • •

    Als chirurgische NahtmaterialNahtmaterialien werden heute vielfach Kunststoffe und biologische Produkte verwendet, die im Organismus aufgelöst bzw. durch Makrophagen vollständig abgebaut werden können.

  • •

    Bei Einschaltung von Fremdmaterial in den Blutkreislauf – Gefäßprothesen/Herzklappen – ist meist eine blutgerinnungshemmende Therapie notwendig.

  • •

    Nach Einsatz von Prothese:GelenkGelenkprotheseGelenkprothesen können Partikel des Implantationsmaterials durch Abrieb- und/oder Korrosionsprozesse in das periartikuläre Gewebe gelangen und Fremdkörperreaktion:GelenkprotheseFremdkörperreaktionen hervorrufen. Die Untersuchung von Synovialisgewebe und Knochenstrukturen ergibt daher wichtige Informationen zu besonderen Reaktionsmustern der Weichteil- und Knochenstrukturen auf die vorwiegend metallischen Fremdkörper.

  • •

    Beim Einsatz von Prothese:GefäßeGefäßprotheseGefäßprothesen sind überschießende Gewebereaktionen mit Entwicklung einer hyperplastischen Neointima oder z.B. eine fehlende endothelähnliche Innenauskleidung möglich. Die Aufarbeitung entsprechender Gefäßpräparate nach Stent-Implantation gibt wichtige Hinweise zur Pathogenese dieser Reaktionen. Aus den morphologischen Befunden zu Explantaten mit Restenosen als Folge einer z.B. überschießenden Myofibroblastenproliferation resultieren wichtige Informationen für die Entwicklung und Produktion von Stents und für evtl. zusätzlich notwenige Behandlungsmethoden.

  • •

    Die Dokumentation körpereigener Gewebereaktionen auf Implantate bei Brustrekonstruktionen oder Bauchwandverstärkungen im Rahmen der Hernienchirurgie sind auch unter Berücksichtigung möglicher Fragestellungen zu Regressansprüchen von Patienten von Bedeutung.

Besonders bedeutsam ist der Nachweis von Infektion:FremdmaterialimplantationInfektionen. Da Erreger an der Oberfläche von Implantaten in Form sehr resistenter, sog. Biofilme wachsen und in dieser Form mikrobiologisch kaum zu kultivieren sind, gelingt der Nachweis einer Implantatinfektion häufig nur histologisch an Gewebeproben.

49.2

Blutgefäße, Liquordrainage

Prothese:GefäßeGefäßprotheseFremdmaterialimplantation:BlutgefäßeBlutgefäße:ProthesenGefäßprothesen werden bevorzugt im Bereich von Aorta, Becken- und Beinarterien eingesetzt. Sie bestehen vorwiegend aus Dacron (Polyethylenterephthalat) und PTFE (Polytetrafluorethylen) und dienen der Überbrückung (Bypass) oder dem Ersatz atherosklerotischer, hochgradig stenosierter oder erweiterter (Aortenaneurysmen) Arterienabschnitte (Abb. 49.1). Zum Einsatz kommen sie auch bei der Anlage arteriovenöser Shunts, z.B. für wiederholte Dialysebehandlungen bei Niereninsuffizienz und als ventrikuloperitoneale oder –atriale Shunts zur Therapie des Hydrozephalus.
Einheilungsphasen von Gefäßprothesen
Gefäßprothese:EinheilungProthese:GefäßeEinheilungsphasen und Reaktionsmuster auf intravasal implantierte Kunststoff- und Metallprothesen – Stent:EinheilungStents – sind entscheidend von der Grunderkrankung abhängig (in der Regel fortgeschrittene atherosklerotische Läsionen). Voraussetzung für eine ausreichende Erweiterung von Stenosen, z.B. der Koronargefäße durch einen Metallstent, ist eine mindestens noch sektorförmig erhaltene Dehnbarkeit des entsprechenden Gefäßabschnitts. Im Idealfall kann die luminale Oberfläche von transformierten Neo-Endothelzellen überkleidet werden.
Das Reaktionsmuster auf die Implantation von Kunststoffgefäßen lässt sich in 3 Phasen unterteilen (Abb. 49.2):

  • •

    Phase 1 (Frühphase): Bis zu 2 Wochen nach Implantation wird die Prothese von Granulationsgewebe:GefäßprothesenGranulationsgewebe, bestehend aus Histiozyten, mehrkernigen Riesenzellen, proliferierenden Bindegewebezellen, Myofibroblasten und neu gebildeten Blutgefäßen, umgeben. Zellen des Granulationsgewebes wachsen zwischen den gestrickten oder gewebten Kunststofffibrillen der Prothese bis zur luminalen inneren Oberfläche vor und bilden extrazelluläre Matrix. Gleichzeitig gelangen aus dem Blutstrom Eiweißsubstanzen und Zellen zwischen das Maschenwerk der Prothese.

  • •

    Phase 2 (Organisationsphase): Bis zu 1 Monat nach Implantation dominiert eine fortschreitende bindegewebige Einscheidung des Fremdmaterials. Im äußeren bindegewebigen Prothesenmantel bleibt eine oft erhebliche zelluläre Fremdkörperreaktion bestehen. Der luminale innere Mantel wird auch als Neointima:GefäßprothesenNeointima bezeichnet. Entwicklung, Kontinuität und Zusammensetzung des inneren Mantels sind stark von örtlichen Kreislauffaktoren, Strömungsanomalien, z.B. verursacht durch thrombogene Wandunregelmäßigkeiten und Gerinnungsstörungen, abhängig.

  • •

    Phase 3 (Spätphase): Nach 6 Monaten bis zu vielen Jahren wird bei ausreichender Durchbauung der Prothese im Regelfall ein weitgehend stabiler Zustand erreicht (Abb. 49.1; Abb. 49.2). Der definitive Einbau der Prothese geht allerdings mit dem Verlust ihrer Elastizität einher. Dies ist bedingt durch die bindegewebige Durchbauung, aber auch durch Materialermüdung und langsame Degradation der elastischen Kunststoffbestandteile.

Komplikationen
Während der verschiedenen Einheilungsphasen können thrombotische Verschlüsse, Frühstenosen, sog. Intimahyperplasien und regressive Prothesenveränderungen bis hin zu echten Prothesenaneurysmen entstehen. Etwa 30% der operierten Patienten entwickeln im Bereich von Koronarstents bei fortbestehender Fremdkörperreaktion erneut Stenosen, die dann mit dem Verfahren der Katheter-Ballondilatation teilweise wieder eröffnet werden können.

49.3

Herz

49.3.1

Schrittmacher

SchrittmacherHerz:SchrittmacherFremdmaterialimplantation:HerzBatterien von Herzschrittmachern werden im Regelfall in den Weichteilen der Thoraxwand implantiert. Die durch das venöse System über die obere Hohlvene und den rechten Vorhof bis in den rechten Ventrikel eingeführten Schrittmachersonden werden bis in das subendokardiale Myokard vorgeschoben. Sie sind an ihrer Spitze mit feinen Häkchen versehen. Dort kommt es zu einer kleinherdigen, narbigen, festen Verankerung der Sondenspitzen. Im Verlauf des Katheters durch Vorhof- und Venenregionen bilden sich strangförmige, vom Endokard ausgehende Fibrosierungen, die zu einer partiellen Fixierung der Schrittmachersonden führen können (Abb. 49.3).

49.3.2

Herzklappenprothesen

Typen
Prothese:HerzklappeHerzklappe:ProtheseIn den USA werden jährlich ca. 30.000 Herzklappen implantiert – mechanische Klappen und sog. Bioprothesen:

  • •

    Mechanische ProthesenProthese:mechanische: Aus pyrolytischem Karbon bestehende Klappen sind über Bügel an einem Klappenring aus Metalllegierungen, z.B. Kobaltchrom, befestigt. Das Metall ist mit Polyestermanschetten ummantelt. Nach Form und Funktion kommen u.a. Kippscheiben- oder Zweischeibenprothesen zum Einsatz (Abb. 49.4).

  • •

    Bioprothese:HerzklappeBioprothesen: Man verwendet Herzklappen von Schweinen nach Glutaraldehydfixierung oder auch körpereigenes Material, z.B. vom Perikard. Das biologische Material wird auf vorgefertigte Rahmen mit basalen Metallringen und pfeilerartigen Kunststoffbögen befestigt.

Verlauf und Komplikationen
Mechanische ProthesenProthese:mechanische erfordern eine lebenslange Hemmung der Blutgerinnung, um Funktionsstörungen der Klappen durch die Anlagerung thrombotischen Materials sowie daraus resultierende Embolien im großen Kreislauf zu verhindern (Abb. 49.5). Funktionsstörungen können auch auftreten, wenn die eingenähten Metall- oder Kunststoffringe in der Klappenebene ausreißen (sog. paravalvuläres Leck). Derartige Defekte treten v.a. dann auf, wenn an den Klappenringen (Anulus fibrosus) im höheren Alter ausgedehnte Verkalkungen (KlappenringskleroseKlappenringsklerose) vorliegen.
Bei Bioprothese:KomplikationenBioprothesen können die durch die vorausgegangene Glutaraldehydfixierung partiell denaturierten Kollagenfasern verkalken. Wegen dieser teilweise sehr ausgedehnten und schon nach wenigen Jahren einsetzenden Verkalkungen werden Bioprothesen bevorzugt älteren Patienten implantiert. Verschleiß, Klappenschrumpfung, Pfeilerausrisse am Rahmen und Klappenperforationen können zur Klappeninsuffizienz führen (Abb. 49.6). Über thrombotische Auflagerungen mit Bakterienbesiedlung sind Klappenentzündungen auch im biologischen Fremdmaterial der transplantierten Prothesen möglich.

49.4

Gelenke

Endoprothetischer Gelenkersatz
Prothese:GelenkGelenk:EndoprotheseFremdmaterialimplantation:GelenkeSchwerwiegende Arthrosen oder entzündliche Gelenkveränderungen, vor allem der Hüft- oder Kniegelenke, werden immer häufiger durch Implantation von Fremdmaterial behandelt. Bevorzugt kommen Prothesen aus Stahl, Titan-Aluminium-Vanadium-Legierungen oder Molybdänlegierungen, die mit Kunststoffkomponenten (Polyethylen) binden, zum Einsatz (Abb. 49.7).
Fixation
Die Fixation der Implantate erfolgt durch Einzementierung mit Polymethylmetacrylat oder „zementfrei“ durch Einwachsen des umliegenden Knochengewebes in spezielle poröse Implantatoberflächen. Nach Einzementierung entwickeln sich innerhalb weniger Tage ein Granulationsgewebe und schließlich eine chronisch entzündlich infiltrierte bindegewebige Pseudomembran, die das Implantat umgibt.
Komplikationen
Lockerungen sind die häufigste Ursache für ein Implantatversagen und erfordern einen Wechsel des Implantats. Verantwortlich sind der progrediente Abrieb von Implantatbestandteilen aus verschiedenen Metallen, Kunststoffen, Keramik u.a. und/oder Mikrobewegungen zwischen Implantat und Knochen mit verstärkter Knochenresorption. Selten kommt es zur Implantatinfektion (meist Staphylococcus epidermidisStaphylococcus:epidermidis oder Staphylococcus aureusStaphylococcus:aureus). Durch mechanischen Abrieb und Korrosionsprozesse gelangen im Lauf der Zeit Abriebpartikel (Metalle, Zement, Polyethylen) in das periartikuläre Gewebe. Sie finden sich im Interstitium, in Histiozyten oder Riesenzellen. Gelegentlich rufen sie granulomatöse Pseudotumoren hervor.
Typische Komplikationen nach Hüftprothesen sind Verknöcherungen in den periartikulären Weichteilen unter dem Bild der heterotopen Ossifikation.

49.5

Mamma

Implantate
Mamma:FremdmaterialimplantationFremdmaterialimplantation:MammaImplantate werden zur Brustrekonstruktion (nach Amputation) oder aus kosmetischen Gründen zum Brustaufbau (Mammaaugmentation) eingesetzt. Die Außenhülle der Implantate besteht aus SilikonimplantatSilikon (Silikonelastomer), die Füllung aus Silikongel oder Kochsalzlösung. Die Implantation erfolgt entweder unter den M. pectoralis (retromuskulär) oder unter das Brustdrüsengewebe (retroglandulär). Am Implantationsort kommt es zunächst zu einer entzündlichen Infiltration durch Makrophagen und Lymphozyten, danach zu zunehmender Fibrosierung mit Ausbildung einer das Fremdmaterial umschließenden Bindegewebemembran („Kapsel“).
Komplikationen
Infektionen (meist Staphylokokken) treten selten und in der Regel unmittelbar postoperativ auf. Plötzliche oder kaum merkbare („stille“) Rupturen können zur Schrumpfung des Implantats und zum Austritt des Füllmaterials in das umgebende Gewebe mit konsekutiver Ausbildung von Fremdkörpergranulom:SilikonimplantatFremdkörpergranulomen führen. Ursache für Rupturen sind Alterungsprozesse der Silikonhülle, Traumen oder Kapselkontrakturen. Letztere sind die häufigste Komplikation (4–8%) und führen je nach Schweregrad zu einer erheblichen Verfestigung und Deformierung der Brust. Seltenere Nebenwirkungen sind eine Druckatrophie des Brustdrüsengewebes oder eine Galaktorrhö.

49.6

Bauchwand

Fremdmaterialimplantation:BauchwandBauchwand:FremdmaterialimplantationIn der Hernie:KunststoffnetzHernienchirurgie werden zur Verstärkung der Bauchwand immer häufiger chirurgische Kunststoffnetze verwendet. Weltweit werden derzeit pro Jahr mehr als 2 Millionen derartiger Netze (Meshes) aus Polypropylen-MeshPolypropylen, Polyester oder Polytetrafluorethylen (PTFE) implantiert. Nach Implantation durchwächst Granulationsgewebe das maschenförmige Netz aus Kunststofffibrillen. Es dient dann als bindegewebig durchgebaute Membran zur Verstärkung von Weichteilstrukturen (Abb. 49.8). Komplikationen umfassen Mesh-Infektionen (oft durch Staphylococcus epidermidis) oder Verlagerungen und Schrumpfungen des Netzes, die zu narbigen Kontrakturen oder Einrollungen führen und dann korrigierende Operationen erfordern.

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