6.3Antwoorden op de vragen
(…)
3. Vrijkomen deeltjes - situatie in 2004
a.
a) wat was in januari 2004 de stand van de wetenschap op het gebied van de kennis van het vrijkomen van (chroom- en) kobaltdeeltjes (en/of ionen) ten gevolge van wrijving en/of slijtage ten gevolge van het gebruik in MoM heupprothesen? Gaarne toelichten ten aanzien van hoeveelheid, omvang van de deeltjes etc.
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: Potential adverse reactions to metal debris and metal ions are complex. The potential for cytotoxicity (tissue necrosis) and osteolysis has been investigated as it has for other types of debris. In addition, adverse immunological reactions and hypersensitivity reactions to metal particles and ions are relevant. A particular factor is the patient-specific response to metal particles and metal debris. By 2004 the orthopaedic community had the benefit of the clinical experience provided by the Sulzer Metasul MoM bearings (Scholes 2000, Rieker 2002, Rieker 2004) (10 years plus) and the more limited experience of the Ultima, a Johnson and Johnson MoM hip introduced in 1998.
A paper describing the systematic consequences of wear debris clinically by Jacobs et al in 2001 reviewed the accrued knowledge at the time as part of a publication for the American Academy of Orthopaedic Surgeons. Jacobs states that whilst toxicology of the elements that are commonly used in orthopaedic implants was well established, this applied to soluble forms of the elements and may not apply to the chemical species resulting from the degradation of prosthetic implants.
It is further discussed with reference to a previous study (Jacobs et al 2000) that there is an increased prevalence of metal sensitivity among patients with loose prostheses. It is further stated that it is unclear whether metal sensitivity causes implant loosening or implant loosening results in the development of metal sensitivity.
Patient-specific adverse immunological reactions, as identified by Jacobs, are more complex and will be addressed by other experts. A few patients may be highly sensitive to cobalt and chromium metal particles, which prompts a so-called hypersensitivity reaction. As has been seen this can occur at low levels of metal wear.
The Leeds group under John Fisher had previously shown with transmission electron microscopy (Tipper 1999, Firkins 2001) that wear debris from MoM bearings, articulating under the normal conditions, produced metal particles approximately 20 to 40nm in diameter. With wear rates of 0.1 to 1 mm3 per million cycles, this created an estimate of wear particle numbers of between 1013 and 1014 per million cycles or per mm3. It was reported at the time by the Leeds group and others that this number was much greater than the number of particles produced by a conventional metal on-polyethylene hip greater than for polyethylene. This is now known to be wrong as subsequent work on polyethylene, with a higher resolution Field Emission Gun Scanning Electron Microscope (FEG SEM) (Richards 2008, Lapcikova 2009) confirms that similar numbers of metal and polyethylene particles are generated. This allowed the estimation of the total number of polyethylene particles generated, using techniques that were as sensitive as those for metal and ceramic debris.
Even though the total wear volume of CoC bearings is small (0.1mm3/million cycles), the small size of the wear particles at 10nm means that there are 1,000,000 billion or 1015 particles per mm3 of debris, or 1014 in 0.1mm3 (Tipper 2002, Hatton 2003). This is the highest level of particle numbers of any bearing and yet this bearing produces the lowest levels of biological reactions. This demonstrates that counting particle numbers for different materials is not sufficient to characterise adverse reactions to different types of wear debris.
It is important to understand the cytotoxicity and osteolytic potential of relevant metal wear debris given the reservations outlined by Jacobs that implant debris species may not by as cytotoxic as soluble elemental material (Jacobs 2001). An initial study by Germain et al studied the effect of different types of metal particles and showed cytotoxic effects with artificially high concentrations of the very small (tens of nanometre size) particles (Germain 2003). Later studies using realistic volumetric concentrations of less than 5um3 per cell, consistent with clinical wear rates of less than 1 mm3 per million cycles, such as was being encountered in lab simulator testing, and clinical metal ion levels of less than 10ppb, cytotoxic effects were not found in vitro. The metal particles were found not to cause the release of inflammatory cytokines from macrophages.
Macdonald in 2003 discusses the need for standardised techniques and protocols to be used for measurement of ion levels and suggests that this inhibits the ability for comparison between studies from different centres. In my own work on standards I know that this very topic was still under discussion in 2013 and that there was debate over methods and reference levels throughout the period post 2009. Another paper by MacDonald published in December 2004 sums up the state of knowledge of the time. MacDonald suggests that risks related to metal ions in relation to ‘biological concerns’ are ‘theoretical, but not proven’ at this time (MacDonald 2004). The paper goes on to state that other issues such as relating to hypersensitivity remain unresolved as at that point there were no long-term follow-up studies relating to the new generation of metal-on-metal hips as was also the case with crosslinked polyethylene or ceramic-on-ceramic prostheses. A further study by Campbell also states that ‘the long-term biological effects of metallic ions remain unknown’ at this time (Campbell 2004).
What is clear is that in 2004 there was an acknowledgement that there was a theoretical risk associated with metallic ions and that these could be produced in a wear or corrosion process. At this time it would appear that there was a great deal of research being carried out to characterise wear debris, create better wear simulation and try and understand the clinical effects of these implants. It is also clear at this time that these efforts in some way stood apart from each other and it would only be in ensuing years, with the development of new technologies and understandings that these would begin to come together to form a more holistic understanding.
b) maakte het, naar de stand van de wetenschap toen, verschil of de MoM-heupprothese was voorzien van een kleine dan wel een grote kop? Zo ja, in welk opzicht?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: In the period up to 2004 there was a general view that larger diameter components had design and biomechanical advantages compared to the smaller total hip replacements that had been used for some time. The research and various lab studies appeared to back this up and there was a push towards components with a size more akin to the geometry of the natural hip. This is what drove the development of hip resurfacing in the 1990s leading to the introduction of the Birmingham Hip Resurfacing in 1997.
A paper by Smith (Smith 2001) suggested that prostheses with a larger head size (in this case 36mm) performed better in a wear test than those of a smaller diameter. The study looked at the performance of prostheses of a variety of sizes (16-36mm) in a standard simulated walking cycle test run under standardised conditions.
A study by Clarke looking at serum ion levels in MoM patients compared the results from patients with resurfacing components with those from patients with 28mm total hip replacements (Clarke 2003). The study concluded that the larger diameter bearings resulted in a greater systemic exposure of cobalt and chromium ions than bearings of small diameter and that this ‘may be of relevance for potential long-term side-effects.’
However a study by Dowson a year later suggested that the way forward was to have as large diameter as possible with the smallest achievable clearance to achieve the best possible lubrication regime (Dowson 2004).
It can be seen at this juncture the engineering outlook regarding metal-on-metal hip prostheses in general was optimistic. Research tended to indicate that larger diameter bearings had the advantage of better lubrication, a more natural geometry and a lessened likelihood of dislocation. There was even evidence from studies that larger bearings may wear less than conventional sized total hip prostheses.
c) maakte het, naar de stand van de wetenschap toen, verschil of de MoM-heupprothese was voorzien van een (titanium) steel? Zo ja, in welk opzicht?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: In the period prior to 2004 there had been some studies that detailed the possibility of corrosion at the modular taper interface between the femoral stem and head components of total hip replacement. This was not necessarily considered as an issue relating specifically to metal-on-metal hips at this time but rather a general issue affecting all modular junctions.
A study by Lieberman in 1994 tested cobalt chrome (CoCr) head components with both CoCr and titanium stem components. It was noted that there was evidence of corrosion and fretting in a small number of the CoCr/Ti couples but the conclusion given here was that far from this being an issue of material combination this was related to the mismatch in taper angle and that better manufacturing could help to negate this (Lieberman 1994). A further theoretical study by Shareef suggested that the tolerance and angle mismatch was a key factor in the micromotion that could induce fretting and that this could create an unsymmetric effect that was sensitive to any angular variation (Shareef 1996). A seminal work by Goldberg in 2002 reviewed 231 retrieved modular implants created a scoring system still used today to qualitatively assess the level of corrosion and fretting on the component taper surfaces. In this study it was found that neck and head corrosion and fretting scores were were significantly higher for mixed alloy versus similar alloy couples. Moderate to severe corrosion was observed in 28% of the heads of similar alloy couples and 42% of the heads of mixed alloy couples. A mechanically assisted crevice corrosion mechanism is described in the study and a suggestion is made that more a more rigid or thicker neck of the femoral stem may help to suppress this issue (Goldberg 2002). A further study by Goldberg and Gilbert that successfully simulated the crevice corrosion process looked at the effect on different combinations of components and found that the fretting and corrosion behaviour of similar- and mixed-alloy taper couples were similar (Goldberg 2003). This agreed with the findings of a study by the same group from 1995 which looked at 148 retrieved hips and found similar levels of corrosion in CoCr/CoCr and CoCr/Ti taper junctions (Gilbert 1995).
At this stage whilst there were suggestions that there could be corrosion in the case of a CoCr/Ti taper surface this was not a settled opinion. It was clear that there was some contradiction between what was achievable in the laboratory and what was being observed in a few clinical studies.
If I assume that part of this question relates to the inclusion of a titanium femoral sleeve component.
From research and scouring the literature I have been unable to find any mention of this as a factor in wear in the period prior to January 2004.
d) waren er, naar de stand van de wetenschap toen, afwijkende gegevens (ten opzichte van
vergelijkbare prothesen van andere fabrikanten) bekend van de door Biomet op de markt gebrachte MoM-heupprothesen? Zo ja, in welk opzicht?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: The M2a metal-on-metal hip manufactured by Biomet was similar in design philosophy to other metal-on-metal total hip prostheses that were on the market or coming to market around the same time. The metal head, liner and metal shell combination of components was a similar configuration to that already used by DePuy in its Ultima bearing among others. Initial clinical results of the M2a were published by Lombardi and showed enough to be recommended such that it ‘may represent a viable alternative for THA in younger, higher demand patients’ (Lombardi 2001). This chimes with other literature of the time and also various studies published over the ensuing 7+ years that recommended metal-on-metal bearings as a solution for younger patients.
The same year a simulator study was detailed by Scholes which showed a Biomet metal-on-metal bearing having a wear rate that was ‘consistent with other simulator studies’ showing that there was a similar level of wear performance to other contemporary metal-on-metal prostheses (Scholes 2001). Generally speaking in this period there were no engineering studies that differentiated metal-on-metal hips manufactured by Biomet from contemporary hips provided by other manufacturers.
(e) Wat was bekend omtrent de aard van de tests (t.a.v. kwaliteit, duurzaamheid etc.) die de producenten van de MoM-prothesen in het algemeen, en de bij eisers geplaatste typen MoMheupprothesen in het bijzonder, ten aanzien van hun producten hebben uitgevoerd (of laten uitvoeren) voorafgaand aan de introductie daarvan op de markt? In hoeverre en vanaf welk moment waren de resultaten van deze tests bekend?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: I am not in a position to comment directly on the timeline of disclosure of test results for a particular company or for the orthopaedic industry in general as this would require insight that cannot be gained from the limited remit that I have been given, i.e. to limit my investigation to the available literature. As such I have concentrated on the development of testing methods for the assessment of metal-on-metal hip prostheses and the timeline thereof.
The development of wear simulators, which have generally tested wear on the basis of the standard walking cycle whereby components are in a standard or ‘correct’ position, has been the basis for pre-clinical testing of hip prostheses since the early 1990s. This has been reflected in the standardization work at international level in this area with testing standards established for this activity since 2002 when the original version of ISO 14242-1 was published. Those simulators, and the available standard testing profiles, did not predict results for variations in surgical positioning of components.
In 2003 Nassut et al detailed the importance of resting periods within the simulation process and suggested that in moving away from constant motion simulation this may be more relevant to real human activity (Nassut 2003). This builds on work by Roter et al who suggest that this could be of particular importance in the case of metal-on-metal hips (Roter 2002). This work makes preliminary suggestions in this direction which are then taken on and developed further in later years. It is fair to say that in the period running up to 2004 there was a spurt of development in wear simulation but that efforts were often hampered to some degree by the available hardware and software capability at the time to perform controlled tests that went beyond normal parameters.
f) indien u van oordeel bent dat bepaalde bijzonderheden op het gebied van persoonskenmerken van de patiënt (zoals leeftijd, gewicht, medicijngebruik), de plaatsing door de chirurg en/of het gebruik van groot belang zijn voor de beantwoording van de vragen a tot en met d , wilt u dat dan nader, zo concreet mogelijk, toelichten?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: Positioning of components is an important factor for in vivo clinical wear rates. Variation in the position of the acetabular cup can cause the femoral head to come in contact and apply load against the edge of the cup, rather than through the opposing acetabular bearing. This is termed ‘edge loading’. This reduces the conformity of articulation, reduces the area of the bearing contact, substantially increases contact stress and reduces the effectiveness of the lubrication. All of these factors act to increase wear and/or fatigue in all types of bearings. Variations in positioning are not only possible with different surgical techniques, but also with differing patient anatomies.
Before 2004, it was recognised that surgical positioning could impact on wear. The analysis of the impact of surgical positioning in different circumstances and for the alternative bearings could not be addressed pre-clinically. As explained above, the available testing was designed to compare materials in standard conditions.
Over the last 16 years new simulation machines and methods have been developed in addition to the ongoing assessment and analysis of clinical experience. These testing and analysis standards are in constant development as technology improves and becomes more sophisticated allowing for more detailed investigation. As such it has only been relatively recently that a standard approach to these issues has been arrived at. The latest ISO standard in this area which now details methods for assessing edge wear was published in 2018 (ISO 14242-4: 2018) and similarly, there is ASTM standard guide on the conditions for pre-clinical testing which now includes assessment of edge loading due to
steep inclination of components (ASTM F3018-17).
There are two relevant types of variation in component positioning: first, rotational and second translational. These interact and are shown in Figure 1.
Figure 1. Effect of positioning on edge loading of head on rim of cup. (ASTM 2016)
The rotational position of the cup is defined as the inclination of the cup in the medial-lateral plane and the version of the cup in the transverse plane, i.e. its rotation about a vertical axis. These can be determined from plain x-rays. Both angles can be measured radiographically. Some caution is required in the interpretation of x-rays given the impact of patient positioning and other variables. It is nevertheless a well-established practice.
A so-called safe zone for rotational positioning of the cup has been long defined and is widely recognized (Lewinnek 1978). The safe zone defines parameters within which neck impingement and dislocation can be avoided, although this has been more recently called into question (Abdel 2016). The measurements are 30 to 50 degrees of inclination and 5 to 25 degrees of version and it has long been part of surgical training to place the cup within these ranges. However it is recognized that abnormal anatomy or degeneration might prevent this. It should be noted that from a mechanical perspective the safe zone is not defined to avoid edge contact and loading of the head on the rim of the cup (Wang 2012), but rather to avoid impingement and dislocation as previously stated. Indeed it is true that there is a level of negative interaction between these situations. In the case of a cup with a steeper inclination angle but lying within the safe zone, whilst this may reduce the risk of impingement, it increases the risk of direct edge loading of the head on the rim of the cup.
Translational positioning or offset between the centre of the head and the cup is less well-defined or understood. It concerns the distance between the centre of the head and the centre of the cup. It cannot be assessed radiographically on single imaging. The cup can constrain the head, in which case the head would appear to be concentric with the cup on x-ray, even if it is not from a biomechanical perspective. This can be solved by use of bilateral x-rays to determine any mismatch of the head/cup centres by comparison with position of the natural hip. Translational positioning of the head and cup has three components: medial-lateral, vertical and anterior-posterior. The position of the cup can be seen radiographically in terms of its medial and vertical position by comparison with the contralateral natural hip on an AP (antero-posterior) x-ray. It should be noted that the measurement of any translation variation is not a routine clinical practice.
Cups can be placed medially and/or vertically to the natural hip centre. The femoral stem and head can be placed at the position of the natural femoral head, but may be offset or mismatched with the position of the implanted cup centre. The offset of the stem and head can be varied to allow the head to be centred on the cup. The surgeon has options for stem and offset which can be chosen before surgery or intraoperatively depending on the modularity of the system. These can allow offset to be adjusted in the range of 1 to 10mm, potentially to achieve concentricity within a range of offset of 0 to 4 mm. In selecting the offset, the surgeon must also consider abnormal anatomies, leg length discrepancy, joint laxity and potential for dislocation.
Figure 2. Medialized cup leading to translational surgical offset deficiency and edge loading.
This is important as if there is a mismatch between the centres of the head and cup, separation of the head and cup can occur during patient movements. Measurement of this mechanism is complex. The dynamic separation of the head and cup centres during patient activity has been measured using fluoroscopy. This technique has a resolution of 1mm and can detect edge loading. However, microseparation of less than 1mm can also occur and cause edge loading, but these are not easily detected. Further complexity is added as dynamic separation is not only dependent on the relative translational positioning of the head and cup, but also on the rotational positioning of the cup, the design of the cup, the swing phase load and the tension in the reconstructed soft tissues.
These features can be important variables in the function of the joint and the incidence and severity of edge loading. Dynamic separation and micro-separation may occur with every step or loading cycle and so impact significantly on wear, rim damage to the cup and stripe wear of the head. Micro-separation and lower levels of dynamic separation may not be felt by the patient. This can be distinguished from head/neck impingement which occur less frequently, can lead to dislocation and is felt by the patient.
Work by Fisher et al in 2000-2003 aimed to develop methods to investigate the impact on edge loading and wear with reference to one variable at a time by initially looking at ceramic-on-ceramic bearings. CoC bearings were chosen as a clear pattern of edge loading in the form of stripe wear on the femoral head and rim wear had been found in retrieved components (Nevelos 2000, Nevelos 2001, Hatton 2002).
Simulation studies were undertaken which altered component positioning away from the ‘normal’ position described in ISO 14242-1. Increasing the inclination angle of the acetabular cup (to 60 degrees) did not increase wear and did not produce the stripe wear found on retrieved femoral heads on up to 50% of clinical retrievals. Stripe wear was found on approximately 50 to 80% of retrievals, although it was not likely to be the cause of revision.
A study by Nevelos et al found that by mismatching the centres of the head and the cup in 28mm CoC bearings (i.e., translational malpositioning) this produced dynamic separation, edge loading, stripe wear on the femoral head and also rim wear on the acetabular insert. A simulation with micro-separation of 0.5mm during the walking cycle produced stripe wear (1 to 2 mm3 per million cycles) consistent with that found in retrievals (Nevelos 2000). It also produced bimodal wear particle distribution as found in retrieved tissues associated with edge loading and stripe wear (Nevelos 2000, Hatton 2002). The extent of micro-separation was fixed at approximately 0.5 mm in these studies, as it produced the extent of stripe damage also found in retrievals. This level of stripe wear (1 to 2 mm3/ million cycles) would not be the cause of a revision. The simulations did not replicate the worst cases of edge loading found clinically nor did they simulate the combined impact of rotational and translational positioning. These new test methods were subsequently applied to MoM bearings.
In 2004 a study by Williams et al showed that for testing with fixed level (0.5mm) micro-separation, as expected, 28mm MoM bearings showed increased wear above the range of 0.4 to 1 mm3 per million cycles for standard testing; increasing marginally to approximately 1.4mm3 per million cycles (Williams 2004).
4.Vrijkomen deeltjes - situatie in 2009
Wilt u de onder 3 a tot en met f vermelde vragen ook beantwoorden voor de situatie in december 2009?
(a) In December 2009, what was the state of the art regarding the knowledge in the area of (chromium and) cobalt particle (and/or ion) release as a consequence of friction and/or wear resulting from the use in MoM hip prostheses? Please explain quantities, particle size, etc.
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: Over the ensuing 5 years 2004-2009 there was a great deal of interest in the performance of metalon- metal hips and short and intermediate term results were starting to become available for some implant designs beyond those of the Ultima and Metasul.
A study in 2004 by Buscher which investigated the material microstructure of explanted bearings using electron microscopy suggested that the ‘dominating mechanism of particle generation for metal-on-metal joints is surface fatigue’ (Buscher 2004).
A study by Korovessis suggested evidence of a connection between loosening of metal-on-metal implants and hypersensitivity to debris. This study largely reinforced the conclusions of a study by Willert (Willert 2005) and gave similar conclusions to those that came after in that it was postulated that longer-term studies would be required to better understand this mechanism (Korovessis 2006).
Cobb and Schmalzreid looked at a variety of different implant designs and suggested that experience of hypersensitivity reactions to debris from metal-on-metal implants was rare and that such bearings ‘have a favourable benefit to risk ratio’ (Cobb 2006). This study goes on to suggest that poorly engineered implants, malpositioning or impingement may cause wear such that ion levels are raised and could cause tissue necrosis.
A further study by Bowsher showed that by using a ‘more aggressive’ simulation protocol more wear and more wear particles were produced suggesting that more active MoM patients may exhibit a greater level of ion release (Bowsher 2006).
A paper by McMinn showed described in detail the development of the modern metal-on-metal resurfacing prosthesis and details evidence of an initial period of ‘bedding in’ wear for the implant in which ion levels become raised and then fell back to a ‘low steady state’ phase (McMinn 2006). The suggestion here is that ion release is not a linear process and in the cohort of patients and implant studied there is no systematic effect of this ion release.
Brown et al suggested that hypersensitive reactions can be influenced by the nature of the wear particles. Combinations of 10 nanometre size particles and micron size particles at high concentrations were found to sensitise mice but individual 10 nanometre size particles did not (Brown 2007). This appears to suggest that these reactions are complex in nature. It is possible that edge loading and high wear, i.e. much greater than 2mm3 per year, with micron size as well as nanometre size particles, may over time sensitise patients, making them more vulnerable to adverse immunological reactions. This is currently not proven. At these higher levels of wear, other adverse reactions to metal debris may also occur.
Brown et al went on to study the effect to particle size in more depth (Brown 2013, Brown 2006, Brown 2007). It was also found that with edge loading and micro-separation, MoM bearings also produced larger micron size wear particles alike in size to some of the larger polymeric debris particles seen in conventional metal-on-polyethylene bearing pairs.
It is claimed that metal wear debris is considerably smaller than conventional polyethylene debris. This is not correct. This view was initially held as a result of the inability of existing technology to detect the smaller polyethylene particles. The development of higher resolution Field Emission Gun Scanning Electron Microscopes (FEG SEM) enabled detection of polyethylene particles at higher resolution for the first time (Richards 2008, Lapcikova 2009). This identified nanometre size polyethylene particles with a median size range of 30 to 40 nm, and a similar number of particles to that produced with MoM prostheses. All three alternate bearing materials produce nanometre size particles (particle sizes in tens of nanometres (10 to 40 nm), sub-micron particles and particles greater than one micron.
A 2008 paper by Campbell et al investigating the connection between metal sensitivity with pain and early failure suggests that whilst there was a direct relationship between serum cobalt and lymphocyte reactivity that ‘no direct cause and effect between blood metal ion levels and implant failure has yet been established’ (Campbell 2008).
A further review by Kim et al (Kim 2008) agreed with a study by Delaunay (Delaunay 2008) that metalon- need for long term follow-up studies to ‘possible long-term deleterious effects associated with the dissemination of metallic ions’ and that there was ‘concern for increased metal ion levels and hypersensitivity reactions’. Again this acknowledges that scientific debate had concerns in this area but that there was no conclusive evidence as to what extent this would be a problem.
The seminal study by Pandit describing pseudotumours in relation to a small number of patients who had undergone metal-on-metal hip resurfacing procedures, suggested that whilst wear particles were found in every case there was a weak correlation between the presence of pseudotumour and steep inclination angles. This would imply that there was a weak correlation with wear as some of the affected patients had well positioned bearings (Pandit 2008). Again Pandit highlights the need for longer term follow up and raises the possibility of hypersensitivity response as a factor.
Jacobs in February 2009 states that the intermediate results from metal-on-metal bearings ‘have been favourable’ but that there are ‘lingering concerns regarding biological consequences of metal release from these bearings’ and that there would need to be follow-up to determine the ability of the patient to tolerate ‘chronic elevations of cobalt and chromium in the long term’. This suggests that whilst there is concern regarding the presence of ions in patients there is still a gap in the knowledge over what level of risk this poses (Jacobs 2009).
By 2009 short and intermediate term follow-up studies were starting to become available but there was still much debate. On the one hand the intermediate results were described as ‘favourable’ (Jacobs 2009), but on the other there was clear unease that the effect of metal debris was not well understood. At this point it was unclear as to whether some of the more alarming events being seen, such as pseudotumour and tissue necrosis, were a minority event or not. This drove the call for more long-term follow-up studies to be performed.
It was also true at this point, that the connection between wear and metal ions was not well understood. There was great debate in the period of 2009-2016 over how to measure wear. This was important to understand as the metal-on-metal bearings as a whole had performed well in lab testing where they had been incredibly low wearing when compared to metal-on-polyethylene prostheses. The mode of thought at the time was that by determining how much a hip had ‘worn’ this would provide evidence as to how well it had performed in service. As a result many centres started to research methods for doing just such analysis and started to collect retrieved hips to see if a statistical measure of a clinically relevant level of wear could be determined. Once this had been determined this would allow for a connection to be made between the volume of material lost in the wear process and the prevalence of metal ions and tissue reaction. To my knowledge this has still not been achieved.
As there was much debate on the approach to take in the area of wear analysis efforts were made to product a standard approach. This was led through the F04 Medical Devices Committee of ASTM International and culminated in a Standard Guide for Characterization of Wear from the Articulating Surfaces in Retrieved Metal-on-Metal and other Hard-on-Hard Hip Prostheses (ASTM 2014). Such is the difficulty in producing a method that is amenable to all, this standard is still undergoing review and now (in 2020) is still in the process of progressing towards acceptance as a full Standard.
(b) In the state of the art at the time, did it make a difference whether the MoM hip prosthesis was provided with a small, alternatively a large head? If so, in what respect?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: An in vitro study by Rieker et al in 2005 (Rieker 2005) showed that ‘longer running-in periods and higher amounts of running-in wear were associated with larger clearances’ for large diameter metal-on-metal prostheses, agreeing with the observations previously reported by Dowson in 2004. A further paper by Dowson compiling observations from 100 different tests across 8 different centres concluded that for a ‘minimum wear and wear rate the diameter of the femoral component should be as large as possible, while the clearance should be as small as is practicable’. It is fair to say that there appears to have been a consensus that from a tribological perspective, larger diameter bearings had advantages.
A 2006 study by Witzleb et al reported elevated ion levels in hip resurfacing (Birmingham Hip Resurfacing) patients when compared to those patients in the study with a 28mm Metasul metal-on-metal total hip. The reasons given for the difference included the relative size of the bearing surfaces and consequent larger surface area ‘which may lead to increased ion release’. The article goes on to state that longitudinal studies are required to better understand this phenomenon and that this would be needed to ‘evaluate any chronic adverse effects on the system’ and that this was not currently known.
Affatato performed a comparative study in which different size Conserve metal-on-metal implants underwent wear simulator testing (28, 36 and 54mm in diameter). In this study it was found that the 28mm implants had almost double the wear of the larger components. It was further observed that ‘the similarity in the wear performances of the larger configurations supports the presence of a threshold diameter that ensures good wear behaviour’ (Affatato 2007). This is another example of an in vitro study that suggested that larger diameter components had preferential tribological properties when compared to standard sized total hip replacement components.
Quesada in 2008 summarises the state of literature at that time in terms of the pros and cons of metal-on-metal resurfacing implants, which by definition are larger diameter components. Listed advantages include ‘possible lower dislocation rates, more range-of-motion, more normal gait pattern, increased activity levels’. Disadvantages included ‘femoral neck fractures, and concerns about the effects of metal ions’. The paper concludes that there is a need for ‘evaluation of longer-term outcomes’. Moroni investigated whether or not there was a difference in serum metal ions between a group of patients with hip resurfacings (average diameter 48mm) versus a group of patients with 28 mm diameter metal-on- metal total hip prostheses. The study found that there were no differences in ion levels between the two groups but that there were gender specific factors that should be considered and followed up (Moroni 2008).
A paper by Langton et al in 2008 concentrating on the DePuy ASR prosthesis examined 76 consecutive patients. The study showed that in this cohort the patients with a bearing of <51mm diameter had higher concentrations of blood metal ions and that this correlated strongly to the position of the acetabular component. This was not the case with those patients with a larger diameter prosthesis, suggesting that larger bearing diameters may be less sensitive to cup position than smaller bearings. The paper concludes however that the accurate positioning of the acetabular component intra-operatively is crucial to reduce the concentration of metal ions in the blood after MoM hip arthroplasty. This was another example of a paper centred on a particular bearing in this case the DePuy ASR so there was much debate within the scientific community at the time as to how much of a general point could be made from this and how much was related to other design features of the particular prosthesis studied, such as hip coverage angle which was a particular concern in the case of the ASR (Langton 2008).
Leslie et al performed a simulator study looking at differences between 39mm and 55mm resurfacing components in which the wear results were found to ‘support previous findings showing that increasing the femoral head size decreased volumetric bedding in wear’. It was further found that ‘ion levels measured suggest both bearing sizes have similar initial wear rates’ (Leslie 2008). Whilst this study looked at essentially two implant sizes that would later be classed as ‘large’ the message is clearly supportive of previous in vitro studies that larger diameter bearings perform well in standardised tribological tests.
Immediately post 2009, a great deal of engineering literature regarding metal-on-metal hip failures initially concentrated on the DePuy ASR implant and indeed many researchers including the aforementioned Langton were at pains to suggest that failures were implant and design specific, with a particular focus on ASR.
In a much later study, Lavigne showed that ‘metal ion release differs greatly between various total hip arthroplasty implants with a large-diameter femoral head’. This study showed clear variance between different implants from different manufacturers, concluding that design factors are key to understanding what are ‘favourable characteristics’ (Lavigne 2011).
c) In the state of the art at the time, did it make a difference whether the MoM hip prosthesis was provided with a (titanium) If so, in what respect?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: A clinical study by Hallam in 2004 detailed 9 patients with well-fixed titanium stems which were found to have an elevated pH level at the tip of the taper on revision. The study concluded that the mode of failure was crevice corrosion that led to physical symptoms (Hallam 2004).
An article by Virtanen explores the mechanisms by which corrosion can occur in an implanted environment and explains the galvanic corrosion of CoCr/Ti taper interfaces as being clinically relevant (Virtanen 2008).
An industrial study by Mroczkowski investigated the connection between assembly load and taper corrosion. The study found that the assembly load and the environment both play a role in the initial stability of the taper junction. It was also suggested that results were comparable for both mixed and similar alloy couples (Mroczkowski 2006). Nassutt further showed that if the force used in the taper junction was insufficient this could lead to a rotational loosening (Nassut 2006). A later study by Heiney explored the method by which this load should be applied and made suggestions for surgical implantation technique to improve taper stability (Heiney 2009). This was still a hot topic in 2013 when I took part in an experiment run by Ceramtec to gauge the range of forces applied through implantation at a specially created exhibit at the American Academy of Orthopaedic Surgeons in Chicago.
A number of studies at this time looked at modular neck components – not something that I have been asked to investigate directly. One such clinical retrieval study suggested that in the case of these particular types of hip replacement there could be significant corrosion associated with Ti6Al4V modular interfaces (Rodrigues 2009) perhaps as a result of hydrogen embrittlement. However a further experimental study looking at 5 different designs of such components suggested that titanium release was very low and no ‘excessive’ corrosion was detected (Kretzer 2009) showing that there was no consensus on the issue at this time.
A study by Urban presented at the Orthopaedic Research Society Annual Meeting in 2007 detailed crevice corrosion in clinically retrieved components which comprised 3 designs of cementless devices with a titanium femoral stem and titanium proximal sleeve. The corrosion was described as ‘severe’ and little evidence of fretting was found. There was also evidence of etching of the CoCr taper counterface. The components were found to be have areas of severe etching and pitting resulting in ‘release of Ti ions’ (Urban 2007).
Lavigne in 2011 investigated whole blood metal ions in four types of metal-on-metal hip replacement. In this study it was found that patients with Biomet implants had the lowest level of blood ions of the cohort. It was also determined that the titanium adapter sleeve in the Biomet implant was an ‘unlikely contributor to the release of cobalt ions’ (Lavigne 2011).
A great deal of research time and effort has subsequently been made in the direction of better understanding taper junctions. Since 2010 there have been innumerable studies looking at the characterisation of taper surfaces and further efforts to understand the fretting and corrosion mechanisms as they pertain to the in vivo environment. Much of this has been as a result of improvements in technology and availability of better analysis tools. This has led to standardisation efforts in this direction and has directly led to the formulation of universal guidance for the assessment of such junctions that allows for quantitative analysis to be made (ASTM 2016).
(d) In the state of the art at the time, were diverging (compared to comparable prostheses from other manufacturers) details known about MoM hip prostheses put on the market by Biomet? If so, in what respect?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: A paper from October 2004 by Lombardi detailing mid-term results for the Biomet M2a metal-onmetal hip suggests that the bearing is suitable for active patients and that there were no concerning effects in the studied cohort (Lombardi 2004). This conclusion is broadly in line with other studies of contemporary metal-on-metal bearings from other manufacturers at this time.
A 2004 clinical study by Cuckler looking at the effect of bearing diameter on wear used Biomet components including the M2a and concluded that ‘larger diameter MOM femoral heads present the possibility of reduced risk of dislocation, with reduced wear of the articular couple’ (Cuckler 2004), a conclusion that was in line with observations made by others such as Dowson at the same time in regard to other metal-on-metal hips (Dowson 2004).
A study by Rasquinha compared the ‘steady state serum metal levels’ in forty patients who had different material combination implants. The implants were a combination of Biomet and Zimmer products implanted with titanium Biomet stems. Whilst it was found that the patients with metal-on-metal bearings had higher levels of cobalt and chromium in their blood when compared to the metal-polyethylene cohorts the serum titanium levels ‘were not significantly different’ to those in the other cohorts (metal/polyethylene and ceramic/polyethylene) (Rasquinha 2006).
A study by Ziljstra and colleagues created a randomised trial comprising a total of 200 hips that aimed to compare the Biomet Stanmore metal-on-metal hip with its metal-on-polyethylene counterpart. At five year follow-up it was shown for these cases that both cohorts had similar outcomes and survivability (Ziljstra 2009).
Glyn-Jones in 2009 described the risk factors relating to the likelihood of the development of pseudotumour as a result of hip resurfacing. The study looked at 1419 prostheses implanted in 1224 patients and found a rate of revision for pseudotumour of 1.8% overall, although the risk was found to be considerably higher for women than men. Within this cohort around 9% were Biomet Recap prostheses, but none of these required a revision for pseudotumour and indeed at the point of the study the Recap patients had a remarkable 100% survival rate (Glyn-Jones 2009).
It can be seen that by the end of 2009, while questions were clearly starting to be asked regarding metal-on-metal hips in general, any issues that were beginning to be identified were still being researched and there were certainly no issues that could be uniquely identified in regard to Biomet prostheses as they perhaps had for other implants and manufacturers.
(e) What was known about the nature of the tests (as to quality, durability etc.) that producers of MoM prostheses in general, and of the types of MoM hip prostheses placed in the claimants in particular, would carry out or would cause to be carried out prior to those products’ introduction on the market? To what extent and from what moment on where the results of those tests known?
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: As stated previously, I am not in a position to comment directly on the timeline of disclosure of test results for a particular company or for the orthopaedic industry in general as this would require insight that cannot be gained from the limited remit that I have been given, i.e. to limit my investigation to the available literature. As such I have concentrated on the development of testing methods for the assessment of metal-on-metal hip prostheses and the timeline thereof.
Several studies have been detailed in the previous section that investigate various prostheses using standard wear profiles (Dowson 2004, Rieker 2005, Affatato 2007, Leslie 2008) to measure their performance against the ‘baseline’ ISO standard simulator walking cycle. This was standard practice at the time although there were some efforts to test components more aggressively and with reference to other ‘activities’.
A study by Bowsher in 2006 detailed a ‘severe gait’ simulation that showed a ten-fold increase in wear when compared with a normal walking cycle giving wear values of up to 3.9 mm3 per million cycles. The test showed that the activity level of the patient could adversely affect the wear performance of the prosthesis (Bowsher 2006). It was further noted that the ‘severe gait’ cycle produced an increase in larger needle shaped wear particles.
Brown in 2007 investigated the effect of microseparation on the generation of wear debris in metal-onpolyethylene prostheses. This particular test suggested that there was no noticeable difference between debris produced in this mechanism when compared with standard testing conditions (Brown 2007).
This method was then used in a study by Leslie et al in 2009 that showed in some MoM bearing designs, a combination of increased angle and a fixed level of micro-separation produced a substantial increase in the severity of edge loading and stripe wear, approaching 10mm3 per million cycles in one case (Leslie 2009).
It was true that by 2009 there were efforts to investigate and simulate beyond using optimally positioned components and standard test profiles. Both Williams and Angadji investigated the effect of steep inclination angles on the level of wear seen in simulation tests (Williams 2009, Angadji 2009). It is important to note that even in 2009 the description of some of the terminology now in common use was still in debate. I myself attended the annual meeting of the renowned London Implant Retrieval Centre (LIRC) who were then based at Imperial College, London as I was acting as consultant on their measurement and characterisation methods and protocols. At this meeting I clearly remember the term ALVAL being discussed and there was debate over what in fact the acronym could stand for. This was also before the term ARMD (adverse reaction to metal debris) came into use in any sense as coined by Langton in 2010. Even then there was debate over its usage in the biomedical engineering community for a couple of years. Another meeting which I attended and presented at the Royal College of Surgeons at the end of 2011 reinforced this as there was much debate over the correct use of terminology and what could be characterised as ARMD as this was being used as a catch all term, something that was being discussed in regard to registry data in the UK at this time.
(f) Should you feel that specific details, such as personal characteristics of patients (e.g. age, weight, medication use), the placing by the surgeon and/or the use are of great significance for the answers to questions (a) through (d) above, then please explain this in more detail, as specifically as possible.
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: At this time, clinical studies of large diameter MoM bearings in hip resurfacing prostheses were published with evidence of increased ion levels (and wear) associated with increased cup inclination; retrievals showed evidence of edge loading with increased wear (Brodner 2003, Grubl 2007, De Hann 2008, Morlock 2008). Resurfacing bearings could be implanted at steeper angles to avoid femoral neck impingement and fracture. Some surface replacements prostheses, such as the DePuy ASR, had a subhemispherical geometry which influenced the effect of rotational positioning on edge contact. Subhemispherical surface replacements provided a greater range of motion, but increased the risk of edge loading and its severity. Further, Monobloc surface replacements did not allow intraoperative adjustment of the components to avoid translational positioning or offset mismatch.
Figure 3. A sub hemispherical cup and effect on contact mechanics and edge loading.
Other clinical studies supported the importance of cup positioning. Clinical studies (Walter 2008, Morlock 2008) discussed the interpretation of noises/sounds (clicking, popping and clunking) generated from hard-on-hard hip prostheses. They considered the association between offset deficiency, laxity, edge loading and temporary or time dependent separation of the bearing centres (head and cup).
A further study by Siebel showed that there was a ‘learning curve’ effect with the new generation of implants and that as experience was gained by surgeons there was a lower rate of failure (Siebel 2006). This observation was also made by the same group when examining failure modes for hip resurfacings (Morlock 2006). So it can be seen that at this time there was an acknowledgement that a number of failures relating to surgical unfamiliarity would be inevitable and indeed should be expected (and be design independent).
A study by Williams compared simulated wear results from components implanted at a ‘steep’ angle of 55° to a ‘standard’ angle of 45°. The study also investigated the influence of wear on a lateral position of the femoral head. It was found that the increased cup angle and a lateral head position both did lead to and increase in wear and that the ‘microlaterization’ of the head itself produced a five-fold increase in wear in this test (Williams 2008).
A further study by Angadji simulated various different implantation angles and showed that ‘larger cup inclination angles not only move the position of the wear scar but also, more significantly in MoM bearings, increase the wear rates and total wear volume generated’ agreeing with the situation that had been seen clinically (Angadji 2009).
A study by Hart looked detailed three resurfacing case studies and concluded that ‘the position of the component may influence the risk of failure of a MOM hip because suboptimal acetabular version may cause impingement, and inclination angles greater than 50° may cause high rates of wear’. This was based on a series of 16 patients who were reporting pain in which 13 had implants that were implanted at angles outside of the Lewinnek ‘safe zone’ (Hart 2009). This agreed with previous work completed by the same group (Hart 2008).
5.Vrijkomen deeltjes - veranderde stand van de wetenschap tussen 2004 en 2009
a. Indien er verschillen zijn tussen de beantwoording van de vragen 3 a tot en met f en die van vraag 4, wilt u dan, zo nauwkeurig mogelijk aangeven wanneer, hoe en eventueel waarom de verandering tot stand gekomen is? Graag specifieke publicaties, congressen etc. vermelden.
[ [afkorting naam deskundige 03] ]: The change in state-of-art in regards to particle release in the period 2004-2009 compared to the period immediately prior has already been detailed in the detailed responses to question 4.
6. Gedrag deeltjes in het lichaam
a.
a) wat was in januari 2004 de stand van de wetenschap op het gebied van de kennis van het gedrag van vrijgekomen kobaltdeeltjes (en/of ionen) als bedoeld in vraag 3 in het lichaam? Gaarne zo gedetailleerd mogelijk toelichten ten aanzien van verplaatsing van deeltjes, opname in de bloedbaan, neerslag in de weefsels etc.
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: Voor wat betreft het voorkomen van kobalt en chroom in serum en urine van patiënten met heupprotheses wordt door één van de andere deskundigen reeds een overzicht gegeven van studies die hiernaar onderzoek verricht hebben. Opgemerkt dient te worden dat deze studies vanuit oogpunt van toxicokinetiek als anekdotisch beschouwd moeten worden. Het betreffen altijd puntmetingen die een aantal maanden of jaren na de implantatie van de heupprothese hebben plaatsgevonden.
Eén van de vroegste publicaties omtrent de problemen met kobalt bij MoM heupprotheses
stamt uit 1975 door Jones et al. Hierin wordt enerzijds beschreven dat verhoogde kobaltconcentraties teruggevonden kunnen worden in de urine, lever en nieren van patiënten, terwijl eveneens necrose verschijnselen in het weefsel rond de protheses werden gevonden (Jones et al., 1975)
Voor wat betreft het gedrag van metaaldeeltjes in het omringende bindweefsel van de MoM heupprothese biedt het uitgebreidere overzichtsartikel van Doorn ook voldoende duidelijkheid (Doorn et al., 1996). In dit artikel wordt ook al verwezen naar een aantal studies op het gebied van cytotoxiciteit en immunotoxiciteit. Deze studie illustreert ook duidelijk dat de metaaldeeltjes of ionen zich kunnen ophopen in het rond de heupprothese ontstane bindweefsel. Naast de ophoping van chroom en kobalt in het bindweefsel zijn uit deze periode ook onderzoeken bekend, waaruit blijkt dat accumulatie kan plaatsvinden in de lever, milt en het beenmerg (Case et al., 1994; Gray et al., 1989; Langkamer et al., 1992; Revell, 1982). Daarnaast wordt met name de accumulatie van chroom en kobalt in lymfeklieren door meerdere auteurs als zorgelijk gezien (Case et al., 1994; Doorn et al., 1996).
b) wat was in januari 2004 de stand van de wetenschap op het gebied van de kennis van het gedrag van vrijgekomen chroomdeeltjes (en/of ionen) in het lichaam? Gaarne zo gedetailleerd mogelijk toelichten ten aanzien van verplaatsing van deeltjes, opname in de bloedbaan, neerslag in de weefsels etc.
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: zie het antwoord en de beschouwing hierboven bij vraag 6 a.
c) maakte het, naar de stand van de wetenschap toen, verschil of in de heup ook een (titanium) steel was geplaatst? Zo ja, in welk opzicht?
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: Urban et al melden een sterk verhoogde concentraties Ti in serum die ongeveer factor 1000 is, terwijl ook deeltjes gedetecteerd worden in de lever. Hiervoor wordt gesuggereerd dat deze deeltjes uit de legering met Al-Ti komen (Urban
et al., 2000). Ook Kasai en medewerkers meldt dat er Ti kan vrijkomen en ophopen in serum en haar bij patiënten met een Ti-Al rugprothese (Kasai
et al., 2003)
De meest gedetailleerde vergelijkende studie komt echter van Lavigne et al (buiten gevraagde periode). Zowel Co, Cr als Ti zijn bij vier verschillende heupprotheses (kop 50 mm) 2 jaar later nog verhoogd. Het verschil tussen de protheses is ongeveer een factor 2 tot 3 voor chroom. Ten opzichte van de preoperatieve concentraties wordt de grootste toename in bloed echter gezien voor kobalt.
Voor dit metaal bedraagt de toenamen circa één tot twee ordegroottes, afhankelijk van het merk. De toename in deze twee jaar van titanium in het bloed is beduidend lager dan voor chroom en kobalt (Lavigne
et al., 2011).
Figuur XX. De toename in bloed van kobalt en titanium bij patiënten met MoM heupprotheses.
d) waren er, naar de stand van de wetenschap toen, afwijkende gegevens bekend van de deeltjes afkomstig van door Biomet op de markt gebrachte MoM-heupprothesen? Zo ja, in welk opzicht?
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: In de toxicologische literatuur zijn geen artikelen teruggevonden die specifiek betrekking hebben op de door Biomet geproduceerde MoM heupprotheses en causale aanwijzingen voor gezondheidsschade.
e) indien u van oordeel bent dat bepaalde bijzonderheden op het gebied van persoonskenmerken van de patiënt (zoals leeftijd, gewicht, medicijngebruik), de plaatsing door de chirurg en/of het gebruik van groot belang zijn voor de beantwoording van de vragen a tot en met d, wilt u dat dan nader, zo concreet mogelijk, toelichten?
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: Er worden in de genoemde periode geen bijzonder fysiologische of genetische eigenschappen gemeld, die ertoe kunnen leiden dat er een specifieke groep patiënten is die een verhoogd risico op toxische bijwerkingen van kobalt of chroom zouden hebben. Wel wordt zorg uitgesproken over de risico's van deze implantaten bij jonge patiënten i.v.m. de langere "lag" periode van het ontstaan van mogelijke carcinomen. Terugkijkend moet echter geconcludeerd worden dat de vorming van carcinomen door MoM heupprothesen als niet relevant beschouwd kan worden.
Daarnaast zou kobalt bij sterk verhoogde concentraties kunnen leiden tot hypothyreoïdie,
polyneuropathie, aantasting van oog- en gehoorzenuwen en cardiomyopathie (Dijkman et al., 2012).
Binnen de bestudeerde periodes zijn echter geen duidelijke aanwijzingen gevonden dat deze gezondheidsproblemen zich voordeden bij MoM protheses.
7.Gedrag deeltjes - situatie in 2009
Wilt u de onder 6 a tot en met e vermelde vragen ook beantwoorden voor de situatie in december 2009?
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: Hieronder wordt een overzicht gegeven van de aanvullende en toxicologisch relevante informatie die is gepubliceerd in de periode 2004-2009.
In 2004 wordt door Fisher et al een uitgebreid onderzoek gepubliceerd, waarin een
vergelijking gemaakt wordt tussen het vrijkomen van chroom, kobalt, molybdeen en titanium. De hoofdconclusies van deze gedetailleerde experimentele studie met zowel MoM als heupprotheses met vijf verschillende coatings beschrijft éénduidig dat bij kunstofcoating tenminste een factor twintig minder deeltjes vrijkomen dan bij een MoM prothese. In deze studie is eveneens onderzocht in hoeverre titanium kan vrijkomen door slijtage bij coatings met dit metaal. Eventuele titanium ionen waren echter niet meetbaar (Fisher
et al., 2004).
In 2006 volgt een publicatie door Learmonth et al waarin opnieuw melding gemaakt wordt van het feit dat bij MoM protheses slijtage deeltjes voorkomen. Hierbij wordt gesteld dat het aantal vrijgekomen deeltjes bij protheses met een polyethyleen lagering 20 – 100 lager liggen dan bij die van MoM. In deze abstract wordt echter geen melding gemaakt van fysisch-chemische verschillen tussen beide typen heupprotheses. Ofschoon de gehaltes van kobalt en chromium in serum en urine van patiënten met MoM protheses verhoogd zijn, concluderen de auteurs dat er geen epidemiologische bewijzen zijn dat dergelijke verhogingen tot carcinogeniteit kunnen leiden (Learmonth
et al., 2006). Naar aanleiding van de zorgen over carcinogeniteit van kobalt en chroom bestudeerden ook Witzleb et al. de gehaltes in serum tot twee jaar na het plaatsen van de heupprotheses. Twee jaar na de plaatsing van de prothese waren de serum concentraties van chroom en kobalt nog steeds significant verhoogd in het serum (Witzleb
et al., 2006)
Moroni et al publiceren in 2008 een eveneens een studie waarin gekeken werd naar het
verschil in chroom, kobalt en molybdeen gehaltes in serum en het gebruik van twee verschillend kop diameters. Uit deze studie blijkt dat de gehaltes van deze drie metalen na twee jaar nog steeds verhoogd waren in beide soorten protheses t.o.v. de controlegroep. Er werd echter geen statistisch verschil gevonden tussen de protheses met verschillende kopgrootte. Wel werden er sekse afhankelijke verschillen gevonden, die gerelateerd leken te zijn aan de kopgrootte van de prothese. In dit geval hadden vrouwen met een grote prothese kop een hoger chroomgehalte dan mannen, terwijl mannen hogere kobalt concentraties hadden in de groep met een kleine prothesekop (Moroni
et al., 2008). De oorzaak hiervoor is m.i. niet duidelijk.
Voor wat betreft het verschil in vrijkomen van kobalt en chroom van prothese koppen met
verschillende groottes (28 en 50 mm) is er in de wetenschappelijke literatuur tijdens beide
tijdsperiodes geen vergelijkende studie gevonden. Wel is door Brodner et al bij prothesekoppen van 28 mm een toename van kobalt gevonden van een factor 6 tot 20 (mediaan, 75 percentiel) gedurende een studieperiode van vijf jaar (Brodner
et al., 2003). Deze resultaten kunnen wel vergeleken worden met een latere studie van Lavigne et al, die echter wel buiten de gevraagde evaluatieperiodes valt (Lavigne, et al., 2011). Deze studie vond in een tweejarige periode een toename in serum kobalt gehaltes van ca. 8 tot 30x voor vier verschillende heupprotheses met een 50 mm kop. Eén van deze protheses was van Biomet en hiervoor was de toename in bloed het minst, ca. 8x. Vergelijking van beide studies geeft wel aan dat het verschil voor kobalt in toename van postoperatieve achtergrondconcentraties tussen 28 en 50 mm prothese koppen als vergelijkbaar beschouwd kunnen worden (Brodner, et al., 2003; Lavigne, et al., 2011)
8.Gedrag deeltje s- veranderde stand van de wetenschap tussen 2004 en 2009
Indien er verschillen zijn tussen de beantwoording van de vragen 6 a tot en met e en die van de vraag 7, wilt u dan, zo nauwkeurig mogelijk aangeven wanneer, hoe en eventueel waarom de verandering tot stand gekomen is? Graag specifieke publicaties, congressen etc. vermelden.
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: Bij vraag 6 is reeds aangegeven welke toxicologisch relevante informatie over het vrijkomen van deeltjes in de periode 2004-2009 is vrijgekomen en in hoeverre deze de inzichten hierover t.o.v. de periode 2004 heeft veranderd.
9.Gezondheidseffecten - situatie in 2004
a. wat was in januari 2004 de stand van de wetenschap op het gebied van de kennis van het effect op de gezondheid van vrijgekomen kobaltdeeltjes (en/of ionen) als bedoeld in vraag 3 en 6 in het lichaam? Gaarne zo gedetailleerd mogelijk toelichten ten aanzien van meetbare en/of waarneembare effecten, zoals pseudo-tumoren.
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: De toxicologische en kankerverwekkende eigenschappen van zowel kobalt als chroom worden reeds ver voor 2004 in de wetenschappelijke literatuur bediscussieerd en geëvalueerd.
Voor wat betreft toxicologische effecten, inclusief carcinogeniteit, moet het overzichtsartikel van Sunderman uit 1989 beschouwd worden als een “landmark” artikel, waarin de mogelijke risico’s van metaalprotheses duidelijke benoemd worden. Ofschoon deze literatuurstudie niet uitsluitend betrekking heeft op kobalt en chroom, maar ook andere metalen zoals nikkel, wordt duidelijk gewaarschuwd voor het risico van tumorvorming van met name osteosarcoma’s (Sunderman, 1989).
Bij deze conclusies van Sunderman moet echter wel opgemerkt worden, dat het artikel geschreven is aan het begin van de bezorgdheid over de mogelijke gezondheidsschadelijke effecten van MoM protheses. In de daaropvolgende twintig jaar verbeterden de inzichten in de schadelijke werking van metalen zoals kobalt en chroom, die vrijkomen bij de wrijvingen van deze MoM protheses. Retrospectief is dit artikel belangrijk omdat het de potentiele risico’s voor de gezondheid van deze MoM protheses duidelijk benoemd en als zodanig een goede aanleiding was of had moeten zijn voor verder gedetailleerd onderzoek (Sunderman, 1989)
In 1990 komen Léonard et al echter tot de conclusie dat er geen aanleiding is om kobaltionen als kankerverwekkend te beschouwen (Leonard
et al., 1990). Ofschoon bij rattenstudies na injectie van kobalt lokaal bepaalde tumoren gevormd worden, wordt deze manier van blootstelling voor de mens m.i. terecht als niet relevant gezien. Wel wordt in deze periode ook beperkt onderzoek gedaan naar de mogelijkheid tot longkanker bij beroepsmatige blootstelling via de ademhaling, maar hiervoor is geen toename in incidentie zien. De algemene conclusie van deze auteurs is dat kobalt(ionen) geen sterk kankerverwekkende stof is/zijn, maar de wetenschappelijke kennis hierover op dat moment nog beperkt is (Leonard, et al., 1990). Daarnaast dient opgemerkt te worden dat ten tijde van deze studie weinig of nauwelijks of geen specifiek interesse is naar kobalt blootstelling via MoM heupprotheses.
In 1996 publiceerden Visuri et al een Finse studie waarin gekeken werd naar het voorkomen van een breed scala van kankervormen bij patiënten met zowel MoM als Polyethylene-on-Metal heupprotheses. Bij een gemiddelde follow up tijd van 12 tot 15 jaar kon voor geen enkele kankervorm een verhoogd risico bij deze patiënten worden gevonden (Visuri
et al., 1996).
In datzelfde jaar vindt ook een bijeenkomst van deskundigen plaats waaruit een consensus
document voortkomt over de (mogelijke) risico’s van MoM heupprotheses. De deelnemende deskundigen concluderen dat er op dat moment nog onvoldoende epidemiologische informatie beschikbaar is over het mogelijk kankerverwekkende effect van MoM protheses. I.v.m. dit tekort aan wetenschappelijke informatie en de bijbehorende onzekerheid concluderen zij dat met name jonge patiënten met MoM protheses voor een langere periode (20 jaar of meer) gevolgd moeten worden. Dit speciaal i.v.m. de onzekerheid over de kankerverwekkende eigenschappen van de deeltjes of ionen. Tevens wordt aangegeven dat bij deze MoM protheses metaalionen en/of metaaldeeltjes vrij kunnen komen en kunnen leiden tot lokale immunologische effecten (Amstutz
et al., 1996).
Aanzienlijk meer toxicologische en epidemiologische informatie is reeds bekend uit de jaren 1970 en 1980 over de mogelijk kankerverwekkende eigenschappen van chroom. Chroom komt voor in verschillende ionenvormen, hoofdzakelijk chroom 6+ en chroom 3+ ionen. Het is met name chroom 6+ dat bij de mens kankerverwekkend is, Met name het veroorzaken van longkanker via inhalatie wordt als één van de belangrijkste risico’s gezien. Het kankerverwekkende chroom 6+ wordt in het lichaam grotendeels omgezet naar chroom 3+, waarvan deze laatste vorm aanzienlijk minder of geen toxische eigenschappen bezit. Over het algemeen gaat de toxicologie er van uit dat chroom 3+ geen (sterke) kankerverwekkende eigenschappen bij de mens heeft. Opgemerkt moet hierbij wel worden dat in de periode voor 2004 het meeste onderzoek naar de toxiciteit en carcinogeniteit van chroom 6+ is uitgevoerde bij mensen die beroepsmatige blootstelling via de ademhaling en huid kregen. Een uitgebreide tijdslijn over de ontwikkeling van de wetenschappelijke kennis omtrent chroom 6+ tot op heden kan worden teruggevonden in de rapporten van het RIVM
.Deze literatuurstudies hebben plaatsgevonden i.v.m. de gezondheidsrisico’s van chroom 6+ blootstelling bij Nederlandse militairen (Hessel
et al., 2020).
Naast de meer algemene toxicologische kennis omtrent de risico’s van kobalt en chroom voor de mens met name via beroepsmatige blootstelling zijn er voor 2004 een aantal wetenschappelijk artikelen gepubliceerd die direct betrekking hadden op de mogelijk gezondheidsschadelijke effecten van MoM heupprotheses.
In 1992 publiceren Beyersmann et al het eerste uitgebreide artikel over de mogelijk effecten van kobalt op het DNA. Deze zgn. genotoxische eigenschappen van kobalt zijn onderzocht in een scala van (in vitro) testen, waaruit vast is komen te staan dat kobalt inderdaad schade kan aanrichten aan het DNA (Beyersmann
et al., 1992). Wel dient opgemerkt te worden dat deze schade aan het genetische materiaal niet éénduidig in alle in vitro testen kon worden geconstateerd. Deze schade aan het DNA door kobalt kan in theorie tot mutageniteit leiden en eveneens de initiatie van tumorvorming zijn. De auteurs constateren verder dat het herstelproces van DNA-schade in de cel door kobalt negatief beïnvloed kan worden door vermindering van cellulaire reparatieprocessen. Zelfs indien kobalt zelf geen direct kankerverwekkende eigenschappen in de humane cel heeft, dan kan de combinatie met andere kankerverwekkende stoffen zoals bijv. chroom 6+ tot een versterking van de tumor vorming leiden (Beyersmann, et al., 1992)
Nordberg beschrijft eveneens welke gezondheidsschadelijke effecten aan kobalt zouden
moeten worden toegeschreven. Op grond van de op dat moment bestaande wetenschappelijke kennis wordt gesteld dat kobalt effecten kan veroorzaken aan de ademhalingswegen (via inademing), het weefsel dat betrokken is bij de vorming en transport van het bloed, het hart en de schildklier. Tevens concluderen deze auteurs dat de wetenschappelijke informatie over de kankerverwekkende eigenschappen van kobalt op dat moment ontoereikend is om de risico’s hiervan goed in te kunnen schatten (Nordberg, 1994) Met name het onderliggende werkingsmechanisme waarmee kobalt kan bijdragen aan een toename van kanker wordt in 1998 nogmaals bediscussieerd door Hartwig et al. Hun conclusie is dat met name de remming van het DNA-reparatie mechanismen door kobalt nadelig beïnvloed wordt (Hartwig, 1998). De toxicologische implicaties zijn wederom dat bij een opgelopen DNA-schade door een andere stof gelijktijdige blootstelling aan kobalt tot een indirecte verhoogde tumorincidentie kan
leiden.
Naar aanleiding van de onzekerheden die bestaan in deze tijdsperiode over de
kankerverwekkende eigenschappen van kobalt wordt door Lison et al een overzichtsartikel
gepubliceerd (Lison
et al., 2001). Uit dit artikel blijkt duidelijk een voortschrijdend inzicht in de (indirecte) kankerverwekkende eigenschappen van kobalt. De auteurs concluderen dat directe DNA-schade veroorzaakt kan worden door de (harde) metaaldeeltjes van kobalt, terwijl de (oplosbare) kobaltionen het eerdergenoemde DNA-reparatie mechanisme kunnen verstoren. Geconstateerd wordt verder dat met name voor kobaltoxides er te weinig informatie beschikbaar is om de risico’s van MoM protheses adequaat te kunnen inschatten (Lison, et al., 2001).
Ook in 2002 worden nog eens twee overzichtsartikelen gepubliceerd waarin voor kobalt
opnieuw wordt ingegaan op het verstoren van het DNA-reparatie mechanisme en de mogelijkheid om in combinatie met direct kankerverwekkende verbindingen een verhoogde tumorvorming te stimuleren (Hartwig
et al., 2002; Kawanishi
et al., 2002)
b. wat was in januari 2004 de stand van de wetenschap op het gebied van de kennis van het effect op de gezondheid van vrijgekomen chroomdeeltjes (en/of ionen) als bedoeld in vraag 3 en 6 in het lichaam? Gaarne zo gedetailleerd mogelijk toelichten ten aanzien van meetbare en/of waarneembare effecten, zoals pseudotumoren.
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: Deze informatie is reeds meegenomen in de beantwoording van vraag 9a.
c) maakte het, naar de stand van de wetenschap toen, verschil of in de heup ook een (titanium) steel was geplaatst? Zo ja, in welk opzicht?
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: In de periode voor 2004 wordt in beperkte mate aandacht besteed aan protheses met titanium legeringen.
Door Kasai et al wordt tot 5 jaar na prothese implantatie een verhoogde titanium concentratie teruggevonden in het bloed van patiënten. Dit onderzoek geeft duidelijk aan dat ook bij titanium legeringen deeltjes en/of ionen van dit metaal kunnen vrijkomen en zich door het lichaam kunnen verspreiden (Kasai, et al., 2003)
Op dit punt kan ook met name een studie door Stea et al genoemd worden. Hierin werd
gekeken naar genetische schade aan de witte bloedlichaampjes bij patiënten met titanium-aluminiumvanadium legeringen. Met name bij de patiënten met protheses bestaande uit titanium legeringen werd een statistisch relevante verhoging van genetisch schade in de witte bloedlichaampjes gevonden. Voor protheses met kobalt-chroom legering werd weliswaar enige schade aan de witte bloedlichaampjes gevonden, maar dit was niet significant verschillend t.o.v. de controle groep (Stea
et al., 2000)
d) waren er, naar de stand van de wetenschap toen, afwijkende gegevens bekend van de deeltjes afkomstig van door Biomet op de markt gebrachte MoM-heupprothesen? Zo ja, in welk opzicht?
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: In de door mij toxicologisch relevant literatuur zijn geen specifieke opmerkingen gevonden die terug te voeren zijn op de protheses gemaakt door Biomet. Steeds is er in algemene zin sprake van MoM of synthetisch op metaal protheses. Deze protheses zijn primair bestudeert op het vrijkomen en de biologische/toxicologische effecten van kobalt, chroom en soms titanium.
e) indien u van oordeel bent dat bepaalde bijzonderheden op het gebied van persoonskenmerken van de patiënt (zoals leeftijd, gewicht, medicijngebruik), de plaatsing door de chirurg en/of het gebruik van groot belang zijn voor de beantwoording van de vragen a tot en met d , wilt u dat dan nader, zo concreet mogelijk, toelichten?
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: Vanuit toxicologisch en epidemiologisch oogpunt wordt in deze periode al wel duidelijk benadrukt dat met name jongere patiënten met heupprotheses gedurende een lange tijd medisch gevolgd zouden moeten worden. Dit is met name gebaseerd op de lange tijdsperiode, bijv. 20 jaar, waarna zich tumoren zouden kunnen manifesteren.
Wilt u de onder 9 a tot en met e vermelde vragen ook beantwoorden voor de situatie in december 2009?
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: In 2004 publiceert Huk et al een in vitro studie met macrofagen (een soort witte bloedcellen), waarin specifiek gekeken wordt naar de toxiciteit van kobalt en chroom ionen. De eerder gesuggereerde gezondheidsproblemen bij MoM protheses liggen ten grondslag aan het uitvoeren van deze studie. In deze studie worden twee verschillende toxicologische werkingsmechanismen gevonden. Kort na blootstelling (24 u) van deze cellen aan deze metalen blijkt geprogrammeerde celdood (apoptose) op te treden, terwijl na een langere blootstelling cel sterfte door necrose wordt gevonden. De resultaten van deze studie bevestigen in feite de toxicologische kennis van voor 2004, maar meer in mechanistisch detail (Huk et al., 2004).
Datzelfde jaar onderzoekt Williams et al het verschil in in vitro cel toxiciteit bij macrofagen en bindweefselcellen tussen kobalt-chroom protheses en die met een chroom-nitride coating. Dit onderzoek toont aan dat kobalt-chroom legering meer toxisch was dan met een chroom-nitride coating. Daarnaast bleken macrofagen een hogere gevoeligheid voor cel toxiciteit te vertonen dan bindweefselcellen (fibroblasten) (Williams et al., 2004).
In 2005 bestuderen Davies et al bestuderen specifiek de DNA-schade die door synoviale
(gewrichts) vloeistof veroorzaakt kan worden in bindweefselcellen. Deze synoviale vloeistof is afkomstig van patiënten met verschillende typen heupprotheses. Zowel van kobalt-chroom MoM als kobalt-chroom met polyethyleen protheses wordt DNA-schade in deze cellen aangetoond na blootstelling aan de synoviale vloeistof. In aansluiting op de hierboven al genoemde studies suggereren de auteurs ook n.a.v. deze studie dat de combinatie chroom-kobalt een synergistische werking heeft op DNA-schade. Dit effect wordt weergegeven in onderstaande figuur. Tevens onderzoeken zij of corrosie van chroom-kobalt legering mogelijk kan leiden tot DNA schade, hetgeen
ook het geval blijkt te zijn (Davies et al., 2005).
Jakobsen en medewerkers publiceren in 2007 een proefdierstudie met ratten = waarin
specifiek gekeken werd naar het vrijkomen van metaalionen van kobalt-chroom-molybdeen implantaten. Uit dit onderzoek blijkt dat macrofagen waarschijnlijk in staat zijn om metalen op te nemen van de legeringen en dat deze metalen kunnen accumuleren in de lever en nieren van deze ratten. Dat een dergelijke accumulatie van metalen in de lever ook tot een biologische reactie kan leiden wordt aangetoond door de activatie van bepaalde eiwitten (metallothionines) die ontstaan bij cellulaire blootstelling aan metaalionen (Jakobsen et al., 2007). Ofschoon het hier om een proefdierstudie gaat, kan er gezien het geconstateerde werkingsmechanisme van worden uitgegaan, dat ook voor de mens dit een voor de hand liggende route is om metalen op te nemen van MoM
protheses en verder transport naar de lever en de nieren.
Figuur XX. Effecten van DNA-schade op bindweefselcellen door synoviale vloeistof van patiënten met CoCr heupprotheses (Davies 2005)
Antoniou et al heeft in 2008 onderzocht of de verhoogde bloedconcentraties van kobalt en
chroom tot 1 jaar na het plaatsen van de prothese kon leiden tot een oxidatieve stress in het bloed van patiënten. Hiervoor konden echter geen veranderingen gevonden worden t.o.v. de controle situatie voor zowel 28 als 36 mm kop protheses (Antoniou
et al., 2008).
Door Mabilleau et al wordt in 2008 een uitgebreid overzichtsartikel gepubliceerd waarin nader wordt ingegaan op de belangrijkste gezondheidsschadelijke effecten die bij MoM protheses kunnen ontstaan. Het ontstaan van woekerend bindweefsel, de afbraak van omringend bindweefsel en optredende immunologische reacties worden nader beschreven en bediscussieerd. Op het gebied van immunologische reacties wordt onderkend dat het zowel kan gaan om lokale reacties rond de prothese als systemische reacties. Deze auteurs laten verder in het midden welke onderliggend
werkingsmechanismen verantwoordelijk zijn voor deze effecten, maar in hun overzichtsartikel nemen zij wel een gedetailleerd figuur over de mogelijk werkingsmechanismen (zie fig. XX). Daarnaast merken zij op dat gezien de mogelijk lange latentietijd bij de vorming van tumoren, hiervoor medische screening moet plaatsvinden bij patiënten (Mabilleau
et al., 2008) Wanneer met de huidige toxicologische kennis gekeken wordt naar het betreffende figuur met werkingsmechanismes van kobalt en chroom, moet er geconcludeerd worden dat in de periode 2004-2009 deze wetenschappelijke kennis reeds vergevorderd was.
Figuur XX. Voorgesteld werkingsmechanisme van kobalt en chroom bij weefselschade rond MoM
heupprotheses (Mabilleau, et al., 2008)
In datzelfde jaar publiceren Pandit et al een artikel waar in het voorkomen van pseudotumoren rond de kop van de protheses nader wordt beschreven. Zij schatten dat bij ongeveer 1% van deze patiënten deze pseudotumoren binnen een periode van vijf jaar kunnen ontstaan. Als meest waarschijnlijke reden suggereren deze auteurs dat deze pseudotumoren ontstaan door metaaldeeltjes mogelijk in combinatie met een overgevoeligheid voor de aanwezige metalen (Pandit et al., 2008). Deze overgevoeligheid via immunologische reactie in het weefsel rond de kop MoM protheses wordt eveneens bediscussieerd in een artikel van Willert et al. Hierin wordt uitgebreid ingegaan op de rol van T en B lymfocyten en de rol van deze witte bloedlichaampjes bij het ontstaan van een immunologische reactie in het lichaam (Willert et al., 2005).
Een ander uitgebreid “landmark” overzichtsartikel wordt in 2008 gepubliceerd door Keegan et al in het gezaghebbende tijdschrift Critical Reviews in Toxicology. In dit artikel is specifiek aandacht voor de risico’s van kobalt en chroom bij MoM type heupprotheses. Zover kan worden overzien, bevat dit overzichtsartikel een zeer grondige analyse van de stand van de wetenschap tot dan toe.
Samenvattend komen deze auteurs tot de volgende relevante conclusies (Keegan et al., 2008):
i. i) Chroom en kobalt deeltjes kunnen worden aangetroffen in cellen en vloeistoffen rond de
protheses met concentraties, die veel hoger kunnen zijn dan in controle omstandigheden.
ii) In de cellen wordt chroom 3+ aangetroffen en dit is relevant omdat met name de chroom
6+ vorm als veel toxischer en kankerverwekkend wordt beschouwd. Het aangetroffen
chroom 3+ kan echter wel een degradatie product zijn van het chroom 6+ in de cel.
Tijdens de degradatie van chroom 6+ naar chroom 3+ in de cel treedt een cel schade op
[Opm. MvdB].
iii) Er is een duidelijke relatie tussen deeltjesgrootte en toxiciteit, waarbij de kleinere
metaaldeeltjes in het algemeen toxischer zijn.
iv) De metaaldeeltjes of hun ionen kunnen een ontstekingsreactie veroorzaken in het
(bind)weefsel rond de prothese en in dit proces worden macrofagen geactiveerd.
v) Het uit elkaar vallen van botweefsel (osteolyse) wordt gemedieerd door de hierboven
beschreven ontstekingsreactie waarbij de ontstane immuun eiwitten (w.o. chemokines)
een belangrijke rol spelen.
vi) Er zijn geen epidemiologische aanwijzingen gevonden dat in het weefsel rond de prothese een verhoogde vorming van kwaadaardige tumorvorming (met name sarcoma’s) optreedt.
vii) Een overzicht van de verschillende studies die onderzocht hebben of MoM protheses
kunnen leiden tot een verhoogd kankerrisico geeft aan dat ervoor tenminste 14
uitgevoerde studies bij de mens geen aanwijzingen zijn voor een verhoogde incidentie
van kwaadaardige tumoren.
viii) Genetische schade aan verschillende soorten cellen is voor MoM protheses aangetoond, maar dit leidt klaarblijkelijk niet tot een verhoogde kankerincidentie bij patiënten (zie punt vii)
In 2009 worden nog twee in vitro studies gepubliceerd, die het toxisch effect van zowel kobalt als chroom bestuderen in osteoblasten (cellen die botweefsel opbouwen). Queally et al toont aan dat kobalt ionen een ontstekingsreactie veroorzaken in deze cellen, waarbij diversen ontstekingseiwitten (bijv. interleukine-8) geïnduceerd worden. Ook de algemene cel functie die noodzakelijk is om vanuit deze cellen botweefsel te laten vormen wordt door kobalt significant verstoord. Op grond van deze resultaten wordt geconcludeerd dat kobalt ionen duidelijk het proces verstoren van nieuw botweefselvorming (Queally et al., 2009). Ragunathan voert een vergelijkbare in vitro studie uit met osteoblasten maar dan met chroom 6+. Ofschoon niet dezelfde biologische of (immuno)toxicologische eindpunten zijn gebruikt als voor de bovenstaande kobalt door Queally et al, blijkt chroom 6+ de functionaliteit (gezondheid) van osteoblasten duidelijke nadelig te kunnen beïnvloeden (Raghunathan et al., 2009)
11.Gezondheidseffecten - veranderde stand van de wetenschap tussen 2004 en 2009
Indien er verschillen zijn tussen de beantwoording van de vragen 9 a tot en met e en die van vraag 10, wilt u dan, zo nauwkeurig mogelijk aangeven wanneer, hoe en eventueel waarom de verandering tot stand gekomen is? Graag specifieke publicaties, congressen etc. vermelden.
[ [afkorting naam deskundige 02] ]: Zie eigen beschouwing.
12. Specifiek voor de orthopedische deskundigen:
(a) Bestond er in de periode januari 2004-december 2009 een protocol of anderszins
overeenstemming binnen de orthopedische beroepsgroep omtrent het plaatsen van MoMheupprothesen, van Biomet en/of haar concurrenten? Wat hielden die in?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: Er bestond in deze periode 2004-2009 geen protocol of anderszins overeenstemming specifiek gericht op het plaatsen van MoM-prothesen. Wel is in die periode onder auspiciën van de Orde (later: Federatie) van Medisch Specialisten en geïnitieerd door de Nederlandse Orthopaedische Vereniging (NOV) in 2006 de Richtlijn Diagnostiek en behandeling van heup- en knieartrose tot stand gekomen. Hierin zijn 2 aanbevelingen opgenomen omtrent de keuze van gewrichtvervangende implantaten in het algemeen (dus ook MoM-prothesen):
“De werkgroep adviseert om de keuze voor een heupprothese (zowel gecementeerd
ongecementeerd) te laten bepalen door de goed gedocumenteerde langere termijneffectiviteit en de (directe en indirecte) kosten. Hierbij kan een goed gedocumenteerde gecementeerde prothese als “standaardbehandeling” worden beschouwd waartegen andere mogelijkheden worden afgezet. Onder goed gedocumenteerde langere termijn effectiviteit” wordt verstaan: in peer reviewed tijdschrift gepubliceerde klinische follow-up met 10-jaars overlevingsduur > 90%.”
“Voor de introductie van nieuwe, niet “goed gedocumenteerde” of gewijzigde prothesen wordt het volgende 4 stappenplan geadviseerd:
1. preklinisch onderzoek (laboratoriumtests),
2. een kleine serie operaties geëvalueerd middels radiostereometrie (een techniek waarbij met behulp van markers vroege verplaatsingen van de prothese in de orde van grootte van
micrometers kan worden opgespoord),
3. een gerandomiseerd klinisch onderzoek met vergelijking met een goed gedocumenteerde prothese (n>100), en tenslotte
4. Bewaking van de klinische resultaten middels een implantaatregistratie.”
Deze richtlijn is in 2006 tijdens een algemene ledenvergadering van de NOV vastgesteld. Bovendien is deze aanbeveling overgenomen in de Richtlijnen Totale Heup Prothese in 2010 en 2018 (https://richtlijnendatabase.nl/richtlijn/totale_heupprothese_thp/operatietechnische_aspecten_bij_thp.html). Richtlijnen bevatten geen wettelijke voorschriften, maar aanbevelingen die zoveel mogelijk op wetenschappelijk bewijs gebaseerd zijn. Zorgverleners kunnen echter op basis van hun professionele autonomie zo nodig in individuele gevallen afwijken van de richtlijn wat dan bij voorkeur beargumenteerd en gedocumenteerd wordt.
In de richtlijn uit 2006 worden prothesen met een metaal-op-metaal lagering, en resurfacing prothesen weliswaar genoemd maar er waren nog onvoldoende wetenschappelijke studies beschikbaar op basis waarvan een specifieke aanbeveling kon worden gegeven.
(b) Wat zijn in het algemeen de gevolgen van een heupoperatie waarbij een MoM-heupprothese wordtgeplaatst voor de gezondheid, wat betreft beweging, pijn, letsel, risico's en neveneffecten etc.? Waardoor worden die gevolgen veroorzaakt?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: De indicatie voor een gewricht vervangende operatie van de heup wordt meestal gevormd door een combinatie van pijn, stijfheid en radiologische artrose. Dat geldt ook voor de MoM heupprothesen. Elke operatie kan gepaard gaan met risico’s en complicaties waarvan bij een heupvervanging de belangrijkste zijn: infectie, luxatie (de heupprothese gaat uit de kom), beenlengteverschil en zenuwbeschadiging. Het merendeel van de patiënten is na de operatie en na de meestal korte revalidatie van enkele weken pijnvrij met een toegenomen beweeglijkheid van de heup. In de algemene praktijk is het een van de meest dankbare ingrepen waardoor patiënten zich herboren kunnen voelen.
MoM-heupprothesen blijken gecompliceerd te kunnen worden door verhoogde metaalwaarden (kobalt en chroom) in het bloed en door weke delen reacties (pseudotumoren) rondom de prothese die kunnen leiden tot pijn, beschadigingen van spieren, kapsels en bot. Hier wordt elders in dit advies op ingegaan.
(c) Kunt u aangeven wanneer de MoM-prothese in het algemeen (met kleine respectievelijk grote kop), respectievelijk de bij eisers geplaatste MoM-typen heupprothesen, (in Nederland) zijn geïntroduceerd?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: De 1e MoM resurfacing prothese is in 2001 geplaatst (productie Cluster I, memo
Implantatenwerkgroep Spierings). Ik weet niet van welke firma dit implantaat afkomstig was. Ik neem aan dat de firma Biomet zelf het beste kan aangeven wanneer de bij eisers geplaatste typen in Nederland zijn geïntroduceerd. Datzelfde geldt voor de MoM prothese met de grote kop.
Heupprothesen met een kleine kop en een metaallagering waren al veel langer op de markt. Volgens De Steiger et al. (2018) zijn MoM prothesen met een kleine kop sedert 1983 op de markt gekomen.
Volgens Schmidt et al. (1996), medewerkers van de producent van het meest bekende type (Metasul), zouden wereldwijd tussen 1988 en 1995 40.000 zijn geplaatst. Dat weerspiegelt een beperkt gebruik.
(d) In hoeverre verschilden de MoM prothesen van de heupprothesen die toen op de markt waren?
Zie ook paragraaf 6.2.
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: De meest gebruikte heupprothesen in de periode 2004-2009 betroffen een gecementeerde of ongecementeerde femursteel, een gecementeerde of ongecementeerde acetabulum cup van polyethyleen en een metalen of keramische kop met een diameter van (22,) 28 of 32 mm; zo bestaat er dan een metaal-op-polyethyleen (MoP) of keramiek-op- polyethyleen (CoP) lagering.
Er waren 3 typen MoM-prothesen:
1. De conventionele totale heupprothese met een gecementeerde of ongecementeerde femursteel, een metalen kop van 28 of 32 mm en een acetabulum component van polyethyleen waarin een metalen binnenbekleding was geplaatst, resulterend in een metaal-op-metaallagering.
2. De conventionele totale heupprothese met een (meestal ongecementeerde) femursteel waarop een grote metalen kop (diameter >36mm) werd geplaatst die articuleerde met een metalen, ongecementeerde acetabulum cup van een bijpassend formaat.
3. De resurfacing prothese waarbij een soort metalen halve bol werd geplaatst over de
schoongemaakte oorspronkelijke heupkop met een diameter >36mm die articuleerde met een metalen, ongecementeerde acetabulum cup van een bijpassend formaat.
(e) Welke problemen of nadelen van de toentertijd (op de onder (c) genoemde momenten) bestaande heupprothesen zouden volgens de producenten opgelost worden met de MoM-heupprothese in het algemeen (met grote respectievelijk kleine kop) en met de bij eisers geplaatste typen MoMheupprothesen in het bijzonder?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: Het gebruik van een metaal-op-metaal lagering was erop gericht om de slijtage te
verminderen en daarmee de duurzaamheid c.q. overleving van de prothese te vergroten. Het gebruikelijke materiaal voor de acetabulum cup bestond uit polyethyleen. Slijtage van het polyethyleen tijdens dagelijks gebruik is de belangrijkste oorzaak van loslating van de prothese onderdelen en osteolyse (botverlies) op langere termijn. Bij elke stap met een totale heupprothese worden ongeveer 1 miljoen slijt deeltjes polyethyleen gegenereerd. Uitgaande van gemiddeld 1 miljoen stappen per jaar leidt dit tot 1012 slijt deeltjes per jaar. Hierdoor kan een cellulaire reactie worden opgewekt die osteolyse veroorzaakt. Men sprak wel van “particle disease”. Metaal is slijtagevaster. Een oplossing werd gevormd door de polyethyleencup van een metalen binnenbekleding te voorzien en dat leidde tot de ontwikkeling van de MoM prothesen met een kleine kop. Echter kleine kopdiameters gaan gepaard met een grotere kans op luxatie van de prothese dus er bestond ook behoefte aan prothesen met een grotere kop. Door geringe slijtage van metaal in vergelijking met polyethyleen konden daarmee wel grotere kopdiameters wordt toegepast waardoor het luxatierisico afnam en er minder osteolyse zou optreden. Dit leidde enerzijds tot de zogenaamde resurfacing prothesen en anderzijds tot de conventionele heupprothese met de grote kop. Als voordeel van de resurfacing prothese werd bovendien gezien dat uitsluitend de oppervlakte van de femurkop door een implantaat werd vervangen en de kern van de kop gespaard bleef. Vooral voor de jonge leeftijdscategorie werd een dergelijke botsparende operatie als voordelig gezien met het oog op latere revisies. Samenvattend hadden de MoM prothesen volgens de producenten een of meer van de volgende voordelen:
• Slijtage vaste lagering waardoor hoger activiteitenniveau mogelijk was;
• Grotere kopdiameter waardoor minder luxatie risico;
• Meer anatomische, botsparende operatietechniek bij de resurfacing prothese.
(f) Kunt u aangeven of, en zo ja, vanaf welk moment, het binnen de beroepsgroep van orthopedisch chirurgen (in Nederland) niet langer geaccepteerd is om een MoM-heupprothese te plaatsen? Kunt u aangeven hoe daarover door vakgenoten buiten Nederland wordt gedacht? In hoeverre en waarom worden bepaalde MoM-heupprothesen nog steeds geplaatst in Nederland dan wel in andere landen?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: De
eerste waarschuwingaan de leden van de Nederlandse Orthopaedische Vereniging dateert van medio 2011 op de website van de vereniging, later bekrachtigd middels een brief van de voorzitter (zie bijlagen). Het advies was om terughoudend te zijn met het plaatsen van MoM heupprothesen, en bij onvoldoende kennis over de resultaten vanuit nationale implantatenregisters deze prothesen alleen te plaatsen binnen het kader van wetenschappelijk onderzoek. Bovendien was het advies om patiënten bij wie in het verleden een MoM heupprothese was geplaatst op de hoogte te stellen en op te roepen voor een jaarlijkse gerichte controle met lichamelijke onderzoek, röntgendiagnostiek en/of andere onderzoeken zoals echo, CT of MRI, en laboratoriumonderzoek naar kobalt en chroom concentraties in het bloed. Op 15-01-2012 verscheen een
aangescherpt adviesdat erop neerkwam om de toepassing van alle MoM prothesen met grote koppen (>36 mm) incl. resurfacing prothesen op te schorten. Het gebruik is daarna snel afgenomen zoals uit onderstaande grafiek uit de jaarrapportage 2018 van de Landelijke Registratie Orthopedische Implantaten blijkt:
Werelwijd hebben de zorgen over de effecten van MoM prothesen geleid tot allerlei follow-up protocollen; Pijls et al. (2019) geven een overzicht van Europese landen:
Men ziet in veel nationale registers een (scherpe) daling van het aantal MoM implantaten sedert 2012. In hoeverre hierbij richtlijnen van de overheid of van de beroepsvereniging zijn gevolgd kan ik niet achterhalen. In een aantal landen worden nog wel resurfacing heupprothesen geplaatst maar het gaat vaak om <1% van het totaal aantal heupvervangingen. Soms wordt hieraan in de media aandacht besteed, zoals vorig jaar bij een bekende tennisser. Waarschijnlijk gaat het hier om prothesetypen die een goede 10-jaars overleving lieten zien met een overeenkomstig ODEP keurmerk (Orthopaedic Data Evaluation Panel, http://www.odep.org.uk/Home.aspx) zoals de BHR, en om geselecteerde patiënten, met name mannen <55 jaar.
(g) Is het binnen de beroepsgroep van orthopedisch chirurgen gebruikelijk (geworden) om na het plaatsen van een MoM-heupprothese de gehaltes chroom en/of kobalt in het bloed respectievelijk het bloedserum, respectievelijk het weefsel van de patiënt te meten? Zo ja:
(i) vanaf welk moment werd een dergelijke controle gebruikelijk?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: Medio 2011 werd het advies gegeven om jaarlijks serumbepalingen van kobalt en chroom te gaan verrichten bij alle patiënten met een MoM prothese met een kopdiameter > 36mm. Dit maakte deel uit van een heel stroomschema voor de follow-up (zie bijgaande Adviezen van de NOV).
(ii) vanaf welk moment na het plaatsen van de heupprothese worden genoemde gehaltes gemeten, met welke frequentie en op welke manier?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: Het onder (i) gegeven advies viel samen met het advies om terughoudendheid te betrachten dan wel het gebruik van MoM prothesen helemaal op te schorten; in de praktijk werden dus patiënten voor controle opgeroepen na een periode van 1-10 jaar na plaatsing van de prothese. Het ging om een jaarlijkse bepaling van kobalt en evt. chroom in het serum. Per augustus 2015 werd geadviseerd om de controles niet te beperken tot de eerste 5 jaar na plaatsing, maar zolang de prothese zich in het lichaam bevond. Bij herhaalde controles zonder afwijkingen konden de controles echter om de 2 à 3 jaar gaan plaatsvinden.
(iii) Worden binnen de beroepsgroep van orthopedisch chirurgen grenswaarden gehanteerd voor het gehalte chroom en /of kobalt in het bloed, respectievelijk het bloedserum, respectievelijk het weefsel van de patiënt? Zo ja, welke en vanaf welk moment? Zijn die grenswaarden in de loop van de tijd aangepast en zo ja, op welke manier en (telkens) vanaf welk moment en door welke instantie?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: Zie advies per 01-08-2015. De grenswaarden zijn sedert de eerste adviezen uit 2011 niet gewijzigd, en werden opgesteld door de Werkgroep Heup van de NOV:
13. Aanvullend:
a.
a) wat was in de periode januari 2004-december 2009 bekend over het ontstaan van pseudotumoren? Wat is daarover nu bekend? Kunnen pseudotumoren ook ontstaan bij gebruik van heupprothesen van andere materialen dan MoM?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: Allereerst een opmerking over de verschillende terminologieën. Pseudotumor betekent schijngezwel. In het kader van deze zaak gaat het vooral om weefselreacties door afbraakproducten van prothesemateriaal. Bij metaalafbraakproducten is Adverse Reaction to Metal Debris (ARMD) een juiste term. Wanneer metaal niet de bewezen oorzaak is dan zou Adverse Local Tissue Reaction (ALTR) een betere term zijn. Omdat in oude en nieuwe literatuur alle termen terecht of onterecht door elkaar gebruikt worden, blijft hier de term pseudotumor gebruikt worden.
Vanaf de zeventiger jaren zijn er “casuïstische” mededelingen verschenen in de literatuur over min of meer destructieve weefsels nabij (oude generatie) MoM prothesen waarin gespeculeerd werd over overgevoeligheidsreacties op metaal (cobalt) (Jones et al. 1975, Svensson et al. 1988). Willert et al. (2005) publiceerden waarschijnlijk als eersten systematisch histologisch onderzoek naar het weefsel dat werd aangetroffen rondom pijnlijke (nieuwe generatie) MoM prothesen bij revisie operaties. Zij postuleerden een door lymfocyten gedomineerde overgevoeligheidsreactie die zich onderscheidde van de weke delen reacties rondom de oude generatie MoM prothesen, en introduceerden de term ALVAL, aseptic lymphocytic vasculitis-associated lesion. Die term betreft dus het histologisch beeld onder de microscoop. Pandit et al. (2008) schatte het voorkomen van pseudotumoren op 1% van alle resurfacing prothesen en suggereerde een toxische reactie op een overmatige hoeveelheid metaal slijtage deeltjes, of een overgevoeligheidsreactie op een normale hoeveelheid deeltjes. Mabilleau et al. (2008) – overigens uit dezelfde kliniek in Engeland als Pandit – geven een overzicht van de tot dan gepubliceerde artikelen over pseudotumoren bij MoM prothesen:
Op basis van de dan beschikbare literatuur kunnen zij het exacte biologische mechanisme dat tot pseudotumoren leidt niet geven, maar een individueel wisselende, door lymfocyten gemedieerd type IV-overgevoeligheidsreactie op metaal slijtagedeeltjes lijkt een belangrijke rol te spelen. Hierdoor worden andere celgebonden reacties in gang gezet leidend tot weefseldestructie en botafbraak. Door de wisselende intensiteit van het proces kunnen pseudotumoren aanwezig zijn zonder klachten of verschijnselen, of juist tot veel pijn en weefseldestructie en botverlies leiden. Volgens een overzicht in het standaardwerk The Hip van Cashman et al. (2015) komen pseudotumoren voor bij 0,1%-4% van de patiënten met een MoM prothese, en vaker bij vrouwen (6%-13%), terwijl asymptomatische pseudotumoren zouden zijn beschreven tot wel bij 36% van de patiënten. Bij resurfacing prothesen is het metaal afkomstig van het lager tussen kop en kom, bij MoM prothesen met een grote kop tevens van de verbinding tussen de kop en de femursteel (de al eerder genoemde taper).
Ook bij andere lagers zijn pseudotumoren beschreven (Cluster I productie B27), in een Engels implantaten register in 7,5% van de gereviseerde prothesen, met name bij de 36mm metaal-op polyethyleen implantaten. Mogelijk wordt dit veroorzaakt door corrosie van de taper, de verbinding tussen kop en steel. Hoe groter de kop (36mm versus 28mm) hoe groter de torsiekrachten op de verbinding die tot corrosie kunnen leiden. Het aantal “stille” pseudotumoren bij andere lagers (dat alleen bij beeldvormende diagnostiek wordt gezien) is wellicht hoger, in een onderzoek van Bisseling et al. (2015) 18%. Of het in deze studies ook om een daadwerkelijke ALVAL ging is niet bekend.
Samenvattend blijft de exacte oorzaak van pseudotumoren onduidelijk. Het lijkt te gaan om een complex samenspel tussen implantaat gerelateerde factoren (eigenschappen van het MoM lager en taper), chirurgische aspecten (malpositie van prothesedelen) en patiëntgebonden factoren (allergische constitutie).
(b) Waren er in de periode 2004-2009 problemen bekend met de toen reeds bestaande alternatieven voor een MoM-heupprothese, die de MoM-heupprothese in het algemeen en de bij eisers geplaatste typen MoM-heupprothesen in het bijzonder niet kennen, en zo ja, welke?
[ [afkorting naam deskundige 01] ]: Zoals elders in dit advies reeds aangegeven was een belangrijk argument voor een MoM prothese de slijtage vastheid van het metaal ten opzichte van polyethyleen waardoor een langere overleving van de prothese verwacht werd. Overigens bedroeg de gemiddelde overleving van een metaal of keramiek-op-polyethyleen in deze periode reeds meer dan 90% na 10 jaar. Toepassing van metaal maakte grotere kopdiameters mogelijk waardoor het risico op een van de meest frequente complicaties n.l. postoperatieve luxatie van de MoP prothese verminderd zou worden.
Een andere slijtvaste lagering werd gevormd door keramiek-op-keramiek welke echter gecompliceerd kon worden door breuken van het keramiek, en om die reden minder universeel werd toegepast.
14. Wilt u verder nog iets opmerken dat u voor een goede beoordeling door de rechtbank van de geschillen tussen partijen van belang acht?