Viktigheten av forskjellig modularitet av polyetyleninnsatsen for tibial komponentmigrering og adaptiv beinremodellering etter usementert total kneartroplastikk ved bruk av trabekulær metallteknologi (TMT) Zimmer NexGen®, (monoblokk vs. modulær design)

Introduksjon Generelt er en primær TKA en holdbar og velfungerende løsning med en 10-års implantatoverlevelse på mer enn 90 % (Robertsson et al. 2001). Begge implantatene som skal testes i denne studien har et trabekulært metallbelegg av tibialkomponenten. Imidlertid har en annen produksjonsteknikk for bunnplaten med en med en monoblokk polyetyleninnsats og den andre en modulær polyetyleninnsats blitt brukt. Svikt sekundært til polyetylen-slitasje er rangert som en hyppig årsak til revisjon. Mange problemer har blitt identifisert som medvirkende til polyetylen slitasje; kvaliteten på polyetylenet, produksjonsprosessen, arten av tibial-femoral eller patellofemoral artikulasjon, kontaktområde, steriliseringsprosess og problemstillinger knyttet til modularitet (slitasje på baksiden) (Lombardi et al. 2004, Lombardi et al. 2008). Langsiktige kliniske studier har dokumentert suksessen til direkte kompresjonsstøpte monoblokk tibiale komponenter (Weber et al. 2002). Imidlertid er fordelene med modularitet allment anerkjent og inkluderer muligheten til å finjustere mykvevsbalansen etter implantasjon av metalliske enheter.

Nye teknikker utvikles og pasientenes krav til økt holdbarhet av implantatene øker. Svikt på grunn av aseptisk løsning av tibia-komponenten er fortsatt et av de ledende forløpene for revisjonskirurgi ved TKA (Sierra et al. 2004, Dansk Knearthroplasty Register, Årsrapport 2010). Det antas at begge implantatene, som er planlagt testet i denne studien, med det trabekulære overflatebelegget vil lette beininnvekst og sikre en bedre fiksering til vertsbenet, og dermed øke implantatets overlevelse og forbedre funksjonen til protesen.

Et av implantatene NexGen® , monoblock(TMT) har vært brukt til rutinemessig klinisk bruk i utlandet, men også i Danmark i noen år, og så langt har de kliniske resultatene vært gode (Bobyn et al. 2004). Det er gjort to randomiserte kontrollerte studier med RSA-måling av implantatet som viser lovende resultater med god stabil fiksering ved oppfølging mellom tolv og tjuefire måneder (Dunbar et al. 2009, Henricson et al. 2008).

Den andre typen protese er identisk, men har en modulær polyetylendesign av tibia-komponenten. Modulære design brukes hyppig i de fleste TKA design og har også vist gode langsiktige resultater. Imidlertid er det potensielle problemer knyttet til slitasje på baksiden og aseptisk løsning på grunn av polyetylen-fremmedlegemereaksjon (Lombardi et al. 2004, Lombardi et al. 2008, Weber et al. 2002).

Det er gjort tidligere randomiserte RSA-studier som evaluerer usementerte modulære TKA-design med gode resultater som viser stabil fiksering ved tolv og tjuefire måneder (Dunbar et al. 2008, Hansson et al. 2005, Hansson 2008).

TMT-belegget er en mikrostøping av det normale trabekulære beinet utført ved bruk av elementet Tantal (Ta-73). Fra tidligere erfaring er Tantal svært biokompatibelt, veldig sterkt og med stor motstandsdyktighet mot korrosjon (Black 1994). Trabekulært metall har en porøs struktur nær den til normalt trabekulært ben, og de biomekaniske egenskapene som f.eks. trykkstyrke og elastisitetsmodul er svært nær den for normalt trabekulært ben (Krygier et al. 1999, Zardiackas et al. 2001).

Disse egenskapene er årsaken til at trabekulært metall i løpet av det siste tiåret har blitt brukt til produksjon av forskjellige ortopediske implantater, og de tidlige kliniske resultatene så langt har vært svært lovende (Bobyn et al. 2004, Nasser & Poggie 2004, Nehme et al. 2004 , Nelson et al. 2003).

Kvantitative målinger av implantatmigrasjonen og adaptiv benremodellering av benet nær implantatene er generelt akseptert som egnede metoder for en objektiv evaluering av effekten av leddprotesekirurgi og har blitt foreslått som viktige undersøkelser som skal utføres før nye implantater distribueres for utbredt bruk (Bobyn et al. 2004, Petersen & Schrøder 2004, Østgaard & Nielsen 2004).

Svært små bevegelser mellom et implantat og beinet kan måles med spesielle RSA-røntgenbilder etter implantasjon av små (0,8-1,0 mm) Tantalmarkører festet til implantatet og i beinet (Selvik 1989), mens endringer i benmineral eller ben mineraltetthet (BMD) av beinet i nær relasjon til implantatet kan måles med DEXA (Glüer et al. 1990, Mazess & Barden 1988).

Mikrobevegelser med migrasjon av tibialkomponenten sees etter både sementert og usementert TKA og med ulike polyetylenmodaliteter i løpet av det første postoperative året. Deretter stabiliserer de fleste implantater seg, mens en minoritet migrerer kontinuerlig utover det første postoperative året (Ryd et al. 1995). Implantatene som fortsetter å migrere er de med høy risiko for senere aseptisk løsning. Flere studier har evaluert påvirkningen av ulike parametere som fikseringsmåte (sementert/usementert), overflatebelegg f.eks. hydroksyapatitt, metallegeringer og utforming av protesene på migrasjon av tibialkomponenten i primær TKA (Ryd 1986, Toksvig-Larsen 2000, Dunbar et al. 2008, Hansson et al. 2005, Hansson 2008 ), men om bruk av en modulær design vs. en monoblokk-design på en trabekulær metall (tantal) overflatebelegg vil resultere i at signifikante forskjeller fortsatt ikke er evaluert.

I studier som bruker forskjellige bentensitometriske teknikker for måling av endringer i benmineral i den proksimale tibia etter primær TKA, sees en signifikant reduksjon i BMD i de fleste studier (Hvid et al. 1988, Karbowski et al. 1999, Levitz et al. 1995, Petersen et al. 1995, Regnér et al. 1999). I noen av studiene når nedgangen i BMD 20 % - 36 % (Hvid et al. 1988, Levitz et al. 1995, Petersen et al. 1995, Regnér et al. 1999), men i andre studier forblir BMD uendret ( Bohr & Lund 1987, Li & Nilsson 2000, Spittlehouse et al. 1999) eller viser en mindre økning (Petersen et al. 2005).

Materialer og metoder Studiedesign En prospektiv randomisert studie hvor pasientene randomiseres også mottar en monoblokk tibial komponent med trabekulært metallbelegg (TMT Zimmer NexGen®) eller en modulær tibial komponent (TMT Zimmer NexGen®). Begge protesene er tilgjengelige og godkjent av FDA og CE. Den eneste forskjellen mellom implantatene er polyetyleninnsatsen (monoblokk vs. modulær).

Sted Operasjonene var opprinnelig planlagt utført ved Kneavdelingen, ortopedisk kirurgisk avdeling, Hørsholm sykehus. Imidlertid vil denne enheten i februar 2011 bli smeltet sammen med avdelingen for planlagt elektiv kirurgi Z, Gentofte sykehus, hvor mer enn 400 primære TKA vil bli utført hvert år. Det er planlagt at TKA-operasjonene skal utføres ved Gentofte sykehus, men en endelig beslutning kan ikke tas før ovennevnte fusjon er fullt implementert i begynnelsen av 2011.

RSA- og DEXA-fasilitetsundersøkelser vil bli utført ved Ortopedisk kirurgisk avdeling og Radiologisk avdeling, Rigshospitalet, København, Danmark.

Pasienter Deltakerne i studien er pasienter som er planlagt for en primær TKA ved bruk av vanlige indikasjoner for TKA ved Avdeling for planlagt elektiv kirurgi Z, Gentofte sykehus.

Kriterier for inkludering:

3. Alvorlig artrose i kneet med indikasjon for en TKA. 4. Alder mellom 40 og 70 år.

Ekskluderingskriterier:

1. Sykdommer som påvirker beinmetabolismen (osteoporose, Pagets sykdom, hyperparatyreoidisme etc.).
2. Pasienter anslås å ikke kunne forstå "Informasjon til pasienter" papirene eller ikke ønsker å delta i studien.

Operasjon Operasjonene utføres ved Avdeling for planlagt elektiv kirurgi Z, Gentofte sykehus av to erfarne TKA-kirurger som skal inngå i forskningsgruppen. Under operasjonen settes minimum 4 tantalmarkører (0,8 mm) inn i benet i den proksimale tibia og 6 markører settes inn i polyetyleninnsatsen. Intravenøs antibiotika (1,5 g cefuroksim) administreres tre ganger i løpet av den første dagen og natten av operasjonen og lavmolekylært heparin administreres for forebygging av dyp venetrombose og lungeemboli. Lokale analgetika (Naropin ®, Toradol ®) injiseres i kneleddet og i bløtvevet rundt kneet under operasjonen. Fysioterapi starter på operasjonsdagen og pasientene vil mobiliseres med full vektbæring ved hjelp av krykker.

Implantater Trabecular Metal Technology (TMT) Zimmer NexGen®, Monoblock Trabecular Metal Technology (TMT) Zimmer NexGen®, Modular Begge implantatene er implantater som holder bakre korsbånd. Bortsett fra de forskjellige innsatsene som brukes (modulært/monoblokk) er designene til de to implantatene identiske.

Patellaen blir stående uten overflate.

Forskningsplan

1. Klinisk undersøkelse utført preoperativt og med oppfølging etter ¼, 1 og 2 år med evaluering av knefunksjonen ved bruk av Knee Society's Knee Scoring System (Insall et al. 1989).
2. Konvensjonelle røntgenbilder (stående og vektbærende) tas preoperativt, postoperativt før pasientene skrives ut og etter 12 måneder med sikte på å evaluere knejustering, og for å få et utgangspunkt for en eventuell senere endring av plassering av TKA-komponentene og utvikling av osteolytiske lesjoner (Ewald 1989).
3. Klassifisering av graden av artrose fra preoperative røntgenbilder som estimerer Ahlbäck-skåren (Ahlbäck 1968).
4. DEXA-skanning utføres med en Norland XR-46 skanner. Skanninger utføres med sikte på å måle BMD av den proksimale delen av tibia i nær relasjon til tibialkomponenten, i distale femur og distale tibia bilateralt. De første skanningene utføres preoperativt (kun proksimal og distal tibia) ikke mer enn to uker før operasjon og postoperativt innen to uker etter operasjon og med oppfølging etter 3, 6, 12 og 24 måneder. Presisjonen av BMD-målingene av distale og proksimale tibia og distale femur vil bli estimert fra doble målinger av pasienter (n=12) inkludert i studien.
5. Spesielle røntgenbilder egnet for RSA-målinger av migrasjon av tibialkomponenten (Selvik 1989) utføres innen den første uken etter operasjonen og etter 3, 6, 12 og 24 måneder. Presisjonen av RSA-målingene er estimert fra dobbeltundersøkelser hos 12 pasienter i studien.
6. Pasientrapporterte utfallsmålinger. Det er også planlagt å be pasientene preoperativt og etter ¼, 1 og 2 år om å gjøre en pasientrapportert utfallsmåling ved bruk av Oxford kne-score (Dawson et al. 1998).
7. Langtidsoppfølging. Om mulig har vi til hensikt å gjøre også 5- og 10-års oppfølging inkludert alle ovennevnte parametere.

Beregninger av prøvestørrelse DEXA (endringer i BMD 0-2 år). Den forventede reduksjonen i BMD i den proksimale tibia etter innsetting av en usementert TKA er 20 %. I studien ønsker vi å kunne måle en signifikant forskjell (minimal relevant forskjell = MIREDIF) i endringer i BMD mellom de to gruppene på 7,5 %. Fra en tidligere publisert studie (Petersen et al. 2005) hvor BMD ble målt i den proksimale tibia hos pasienter med primær usementert TKA, estimerte vi et standardavvik (SD) av endringene i BMD som kunne brukes for å beregne prøvestørrelse i vår studere. I studien ble det sett en relativt stor forskjell i SD (5,59 %-12,40 %) i de ulike ROI, og derfor er våre beregninger basert på gjennomsnittsverdien fra de ulike ROI.

Ved å bruke Type I-feil = 5 % Type II-feil = 15 % og MIREDIF 7,5 % SD = 7,53 % Beregning resulterte i en prøvestørrelse på n = 18 i hver gruppe. RSA. Det finnes flere publiserte RSA-studier, og vi har valgt å bruke SD-verdiene fra en studie av Toksvig-Larsen et al.(2000). I den studien ble 4 forskjellige usementerte tibiale komponenter (n=62) undersøkt og spesifikasjonen av SD var veldig klar. SD brukt for beregning av utvalgsstørrelse ved 1 års oppfølging var svært høy fordi SD i en av de 4 gruppene var mye høyere enn i de andre gruppene.

Beregningen er imidlertid utført ved bruk av parameteren maksimal totalpunktbevegelse (MTPM) to år postoperativt, som har vist seg å være den beste prediktoren for senere aseptisk løsning av tibialkomponenten etter primær TKA (Ryd et al. 1995).

Ved hjelp av:

Type I feil = 5 % Type II feil = 15 % MIREDIF 0,6 mm SD = 0,7 mm Beregning resulterte i en prøvestørrelse på n = 24 i hver gruppe. I studien har vi planlagt å inkludere og randomisere (blokk-randomisering med 4 i hver blokk) totalt 60 pasienter. Dette vil sikre høy statistisk kraft selv om noen av deltakerne skulle falle fra underveis i studien.

Etiske hensyn Vi forventer ikke at pasientene som deltar i studien vil oppleve noen spesielle bivirkninger eller komplikasjoner direkte knyttet til bruken av de to ortopediske implantatene. Forskjellen mellom pasientene i de 2 gruppene forventes kun å være målbare ved bruk av svært presise teknikker som DEXA og RSA. Stråledose til pasientene fra både RSA- og DEXA-skanning er lav sammenlignet med mange konvensjonelle røntgenundersøkelser. Den totale akkumulerte stråledosen til en pasient som deltar i alle undersøkelser under studien er estimert til å være ca. 0,1 mSv. Tantal har vært brukt i mer enn 50 år og er et svært biokompatibelt materiale uten noen tendens til korrosjon (Black 1994). Tantalkuler for RSA har vært brukt spesielt i Sverige i flere kliniske studier i mer enn 20 år. Mer enn 20.000 perler har blitt implantert hos mer enn 2.000 pasienter og ingen bivirkninger fra Tantal-kuler er observert (Kärrholm 1989).

Forskningsprotokollen vil bli forelagt for godkjenning av Datatilsynet og Den vitenskapelige etiske komité i Københavns og Frederiksberg Kommuner. Alle pasienter vil motta både muntlig og skriftlig informasjon før informert samtykke til deltakelse innhentes.

Statistisk analyse Migrasjonen og endringene i BMD over tid vil bli analysert ved hjelp av gjentatt Student t-test for parede data og for parametere (MTPM) som per definisjon ikke er normalfordelt, vil en ikke-parametrisk test bli brukt. Forskjellen mellom migrasjon og endringer i BMD mellom de 2 gruppene vil bli evaluert ved Student t-test for upairede data.

Tidsramme Inkludering av pasientene (n=60) forventes å ta 1 år. Vi har planlagt å starte studiet i løpet av våren 2011. To år etter inkludering av siste pasient ville vi kunne analysere dataene og starte prosessen med sikte på å publisere dataene.

Publikasjoner Vi forventer at resultatene av denne protokollen (når 2 års oppfølging er fullført) sammen med en klinisk og radiologisk evaluering av pasientene som er operert med innsetting av usementert TKA ved bruk av Trabecular Metal Technology (TMT) Zimmer NexGen®, Modulær tibialkomponent ved Avdeling for ortopedisk kirurgi, Rigshospitalet vil resultere i en doktorgradsavhandling og minst 2-3 artikler i internasjonale ortopediske tidsskrifter.

Resultatene av denne protokollen vil bli publisert under alle omstendigheter.