Mechanical strength of antibiotic-impregnated bone cement on Day 0 and Day 15: a biomechanical study with Surgical Simplex P and teicoplanin

Abstract

Objectives: To determine the maximum amount of a specific antibiotic added to 40 g acrylic bone cement in terms of the effect on mechanical properties of the bone cement on Day 0 and after antibiotic release on Day 15. Methods: In an experimental design, eight teicoplanin doses (0, 400 mg, 800 mg, 1200 mg, 1600 mg, 2000 mg, 3200 mg and 4000 mg) were added to bone cement (Surgical Simplex P). Specimens were prepared using the third generation cementing technique to determine the compressive strength and four-point bending strength according to ASTM and ISO standards, respectively. For each concentration, 10 samples were prepared for Day 0 and Day 15. Mechanical tests were performed on Day 0 and after antibiotic leaching in water at 37° C on Day 15. 0 mg specimens served as controls and mechanical strengths for each antibiotic concentration on Day 0 and Day 15 were compared. Results: In compression tests, Day 0 samples showed no significant differences, whereas Day 15 samples starting with 800 mg exhibited significant decreases in compressive strength. However, the compressive strengths were above the minimum standard of 70 MPa set by ASTM at all concentrations and in all groups. Four-point bending tests demonstrated significant decreases in strength starting with 1200 mg in Day 0 samples, and with 400 mg in Day 15 samples. Four-point bending strengths of 2000 mg, 3200 mg, and 4000 mg samples decreased below, or approximated closely the minimum standard of 50 MPa set by ISO on Day 15. Conclusion: Our results suggest that the maximum amount of teicoplanin dose to be safely added to 40 g of Surgical Simplex P is 1600 mg when third generation cement mixing and application techniques are employed.

Keywords

• -

Antibiyotikli kemik çimentosunun 0 ve 15. günlerde mekanik dayanımı: Surgical Simplex P kemik çimentosu ve teikoplanin ile biyomekanik çalışma

Abstract

Amaç: Mekanik dayanım açısından 40 gr belirli bir kemik çimentosuna katılabilecek belirli bir antibiyotiğin maksimum dozu “0. gün” ve antibiyotik salınımı sonrası “15. gün” için araştırıldı. Çalışma planı: 40 g Surgical Simplex P kemik çimentosuna 0, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 3200 ve 4000 mg teikoplanin katılarak sekiz deney grubu oluşturuldu. Kompresyon ve dört nokta eğme mekanik dayanım testleri için üçüncü kuşak sement hazırlama ve uygulama koşullarında örnekler elde edildi. Her bir konsantrasyon için “0. gün” ve “15. gün” için 10’ar örnek oluşturuldu. Örneklerin mekanik dayanım testleri ASTM ve ISO standartlarına göre “0. gün” ve 37° C su banyosunda antibiyotik salınımı sonrası “15. gün”de yapıldı. Değişik antibiyotik konsantrasyonları 0 mg kontrol grubu ile, ayrıca aynı antibiyotik konsantrasyonlarının 0. gün ve 15. gün mekanik test sonuçları karşılaştırıldı. Sonuçlar: Kompresyon testlerinde “0. gün” grubu içinde anlamlı farklılık bulunmadı; “15. gün” grubunda ise 800 mg’den itibaren anlamlı dayanım azalması saptandı. Her iki grupta tüm konsantrasyonlarda elde edilen mekanik dayanım değerleri ASTM alt limiti olan 70 MPa’nın üzerindeydi. Dört nokta eğme testinde “0. gün” grubunda 1200 mg’den itibaren, “15. gün” grubunda ise 400 mg’den itibaren anlamlı dayanım azalması saptandı. “15. gün” grubundan 4000 mg ISO’nun alt limiti olan 50 MPa’nın altında kalırken, 3200 ve 2000 mg gruplarında 50 MPa’ya çok yakın sonuçlar elde edildi. Çıkarımlar: Deney sonuçları, üçüncü kuşak çimento hazırlama ve uygulama koşullarında, 40 gr Surgical Simplex P kemik çimentosuna güvenle katılabilecek en yüksek teikoplanin dozunun 1600 mg olduğunu gösterdi.

Keywords

• antibiotics/administration & dosage;bone cements;surface properties;stress, mechanical;teicoplanin/therapeutic use;tensile strength