Gelenkersatz: Metallpartikel können das Gehirn erreichen

Chronische Schmerzen in Hüfte, Knie oder Schulter machen häufig einen vollständigen Gelenkersatz erforderlich. Dieser Eingriff kann Schmerzen lindern und die Beweglichkeit wiederherstellen – doch bringt er möglicherweise weitere Gesundheitsrisiken mit sich?

Ein Forschungsteam des Rush University Medical Center in den USA knüpfte an frühere Untersuchungen an, die gezeigt hatten, dass Partikel künstlicher Gelenke in den Körper gelangen können. Insbesondere wollten die Forschenden klären, ob diese Partikel das Gehirn erreichen und dort möglicherweise zu kognitivem Abbau oder sogar Demenz beitragen könnten.

Die in Acta Biomaterialia veröffentlichten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Partikel infolge von Reibung oder Korrosion im Gelenk tatsächlich ins Gehirn gelangen können.

Das ist zwar bedenklich, Hinweise auf damit verbundene kognitive Probleme fanden sich jedoch nicht.

„Der vollständige Gelenkersatz zählt weiterhin zu den erfolgreichsten und lebensveränderndsten Eingriffen der modernen Medizin“, sagt der Maschinenbauingenieur Robin Pourzal vom Rush University Medical Center.

„Die Ergebnisse legen jedoch nahe, dass Abriebpartikel aus dem Implantat – besonders bei bestimmten Hüftprothesen mit beschleunigtem Verschleiß – über das Gelenk hinauswandern können und weiter untersucht werden sollten.“

Gelenkersatz und Metallpartikel im Gehirn

Für die Studie untersuchten die Forschenden gespendete Gehirne von 701 verstorbenen Teilnehmenden. 229 von ihnen hatten einen vollständigen Gelenkersatz erhalten.

„Seit Jahren wissen wir, dass sich Partikel im Gewebe rund um das Gelenk ablagern können. Dies ist jedoch die erste Studie, die im Gehirn abgelagerte Partikel untersucht“, erklärt Pourzal.

In vier Hirnregionen bestimmten sie die Mengen mehrerer Metalle, darunter Kobalt und Titan. Bei einer Teilmenge der Proben nutzten sie zusätzlich Elektronenmikroskopie, um einzelne Metallpartikel und ihre Zusammensetzung zu identifizieren.

„Implantate bestehen aus einer sehr spezifischen Kombination von Metallen wie Kobalt. Wenn diese gemeinsam in einem Partikel im Gehirn in exakt derselben Zusammensetzung wie im Implantat auftreten, wissen wir, dass sie aus keiner anderen Quelle stammen können“, sagt Pourzal.

Parallel dazu suchte das Team nach Auffälligkeiten bei den Proteinen Amyloid-Beta und Tau, den Kennzeichen der Alzheimer-Krankheit. Diese Daten wurden mit Ergebnissen kognitiver Leistungstests ergänzt, die vor dem Tod der Teilnehmenden durchgeführt worden waren.

Hüftprothesen, Kobalt und Blut-Hirn-Schranke

Das deutlichste Ergebnis betraf Hüftprothesen und Kobalt: Bei Personen mit diesem Eingriff lag die Konzentration des Metalls im Gehirn über die vier untersuchten Regionen hinweg im Durchschnitt um 8.9 Prozent höher.

Die Partikelanalyse legt nahe, dass zumindest ein Teil der aus Implantaten stammenden Abriebpartikel die Blut-Hirn-Schranke überwinden kann. Auf welchem Weg sie dorthin gelangten, wurde in der Studie allerdings nicht unmittelbar beobachtet.

Eine mögliche Erklärung wäre, dass die Blut-Hirn-Schranke im höheren Alter oder bei chronischen Entzündungen durchlässiger wird, als sie sein sollte. Denkbar ist auch, dass periphere Immunzellen die Metallpartikel ins Gehirn transportieren.

Nach Angaben der Forschenden muss dies noch genauer untersucht werden.

Ein Gelenkersatz an sich stand nicht mit stärker ausgeprägter Alzheimer-Pathologie in Zusammenhang. Gehirne mit höheren Kobaltkonzentrationen zeigten jedoch mehr Anzeichen der Alzheimer-Krankheit in Form von Proteinablagerungen.

„Kobalt war mit einer stärkeren Alzheimer-Krankheits-Pathologie im inferior-temporalen Cortex verbunden, auch nach Korrektur für andere bekannte Risikofaktoren der Alzheimer-Krankheit“, schreiben die Forschenden in ihrer veröffentlichten Arbeit.

„Es gab jedoch keine Korrelation mit kognitivem Abbau.“

Ein weiterer Zusammenhang in den Daten waren höhere Titanwerte in den Gehirnen von Menschen, die einen Gelenkersatz erhalten hatten.

Höhere gesamte Titankonzentrationen im Gehirn standen zudem mit einer schlechteren kognitiven Leistungsfähigkeit in Verbindung. Das Team weist jedoch darauf hin, dass Titan neben Implantaten auch aus anderen Quellen stammen kann, etwa aus Lebensmitteln und Medikamenten.

Grenzen der Studie und Nutzen von Gelenkersatz

Die Untersuchung liefert deutliche Hinweise darauf, dass Partikel aus Gelenkersatz tatsächlich ins Gehirn gelangen können. Dies muss jedoch durch künftige Forschung weiter vertieft werden.

Die kognitive Funktion der Teilnehmenden war zwar während ihres Lebens jährlich erfasst worden, die Metall- und neuropathologischen Analysen stellen jedoch nur eine einzelne Momentaufnahme der Gehirne nach dem Tod dar. Ein Beweis für Ursache und Wirkung liegt nicht vor, und verschiedene andere Faktoren könnten ebenfalls eine Rolle spielen.

Zudem müssen die Ergebnisse im richtigen Kontext betrachtet werden. Wie die Forschenden betonen, verbessern Gelenkersatz und die damit verbundene Schmerzreduktion nachweislich die Beweglichkeit und ermöglichen mehr soziale Kontakte – zwei Faktoren, die mit einem geringeren Demenzrisiko verbunden sind.

„Diese Ergebnisse rechtfertigen eine Beobachtung der möglichen Auswirkungen von Metallabrieb aus Implantaten auf die Gehirngesundheit“, schreiben die Forschenden.

Die Studie wurde in Acta Biomaterialia veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Rebecca Dyer auf seine Fakten geprüft und von Rebecca Dyer redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prozess, aber auch wir sind nur Menschen. Wenn Ihnen ein Fehler auffällt, lassen Sie es uns bitte wissen.