4.5 V ERGLEICH DER P ROTHESENMODELLE I NTERAX / LCS
4.5.3 Vergleich der Druckmessungen
Auswirkungen einer niedrigen Konformität bei fixiertem Meniskallager drücken sich in wesentlich höheren Spitzendruckwerten und Druckschwankungen am Beispiel des Interax Standard-Inlays im Diagramm 3-22 aus.
Mit zunehmender Kongruenzerhöhung bei gleichzeitiger Vermeidung der Übertra-gung von Scherkräften auf den Tibiaknochen (Kapitel 1.3.1) durch die Konstruktion beweglicher Inlays konnte der Kontaktspitzendruck auf etwa 30% (MB, Ro) bis 15%
(Cl, Un) gesenkt werden. Mit der Inlaybeweglichkeit konnte das Problem der Tibia-plateaulockerung verringert werden, so daß bei Implantation moderner Designs der PE-Verschleiß im Vordergrund steht (Kapitel 1.3.3).
Doch nicht nur bezüglich der Lockerung, sondern auch im Hinblick auf den Kontakt-druck scheint diese Beweglichkeit Einflüsse zu haben (siehe Kapitel 4.4, Druckunter-schiede zwischen dem LCS Meniscal Bearing und dem Universal AP-Glide).
Dennoch läßt sich nicht anhand der Maximaldrücke allein der klinische Erfolg einer Knieprothese vorhersagen. So sehen Mc Namara et al. [101] in der durch Ver-schleißpartikel induzierten Osteolyse ein Hauptproblem heutiger Endoprothesen.
Der Polyethylenanteil jedoch wurde bei der Entwicklung vom LCS Meniscal Bearing zum Universal AP-Glide stark erhöht. Die Folgen der größeren Reibflächen (Ober-, Unterseite und Führungszapfen) könnten gegebenenfalls mehr Abriebmasse be-deuten. Das könnte sich möglicherweise nachteiliger auf die Standzeit auswirken, als der Vorteil der etwas geringeren Spitzendruckwerte einzubringen vermag.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß die jeweiligen Prothesenmodelle mit unter-schiedlichen Konzeptionen verschiedene Einflüsse auf die postoperative Stabilität des zu versorgenden Kniegelenks haben dürften, die nicht Bestandteil dieser Studie waren.
So mag der Vorteil der höheren Stabilität durch Unterdrückung der Inlaybewegung in AP-Richtung bei der Rotating Platform z.B. in einer frühzeitigen Lockerung als Folge höherer Scherkräfte oder im frühzeitigen Verschleiß infolge höherer Drücke resultie-ren. Welche Kombination von Inlaybewegung und Konformität optimal ist, kann au-ßerdem individuell vom zu versorgendem Kniegelenk abhängen. Diesbezüglich ist das Erkennen von Grundtendenzen ein Ziel klinischer Langzeitstudien.
5 Zusammenfassung
Zur Kraft-, Bewegungs- und Druckanalyse wurden LCS-Knieendoprothesen jeweils in acht physiologische rechte Kniegelenkspräparate implantiert. Bei gleicher Femur-komponente sind die Messungen am klassischen Meniscal Bearing-Tibakompo-nentensystem (PCR), dessen Nachfolger (Universal AP-Glide) sowie nach Resektion des hinteren Kreuzbandes an der Rotating Platform (PCS) durchgeführt worden.
Jedes Präparat wurde unter isokinetischen Bedingungen gegen konstante Momente bei 31 Nm und 39 Nm Belastung in einem Kniekinemator nach Plitz und Wirth unter-sucht. Durch Krafteinleitung an der Quadrizepssehne über eine spezielle Klammer konnten so Meßdaten der Extensionen von 120° bis zur vollen Streckung mit einer Frequenz von 10 Hz dynamisch aufgezeichnet werden.
Dabei wurden die Kraftdaten durch die Sensoren des Kniekinemators gewonnen. Die Bewegungsanalyse der mobilen Meniskallager erfolgte mit Hilfe eines Ultraschall-meßsystems (Zebris, Isny, Deutschland) und zur Druckmessung wurden Druck-meßfolien (Tekscan, Boston, USA) auf die Inlaykompartimente aufgebracht.
Neben der Untersuchung planmäßig implantierter Prothesenkomponenten in der Normalstellung wurden zusätzlich Varus- und Valgusfehlstellungen von 3,5° und 7°
berücksichtigt. In der Signifikanzprüfung (p<0,05) konnten die Meßergebnisse von sechs Kniepräparaten (ein Präparat für Vorversuch, ein weiteres wegen Ausfall eines Kraftmessers zerstört) mit dem U-Test für unverbundene Stichproben nach Wilcoxon, Mann und Whitney verglichen werden.
So lagen die erforderlichen Kräfte zur Überwindung des aufgebrachten Gegenmo-mentes bei der Rotating Platform im Maximalbereich signifikant höher. Auch die ge-messenen Spitzendruckwerte von 9,1 MPa waren signifikant größer, als bei Meniscal Bearing (4,5 MPa) oder Universal AP-Glide (3,7 MPa). In der Bewegunganalyse zeig-ten sich mit 4,0° im Mittel stärkere Rotationsbewegungen gegenüber dem Universal AP-Glide (3,5°) und zum Teil signifikante Unterschiede zu den Meniscal Bearing-Inlays (2,3° lateral und 3,3° medial). Im Vergleich der AP-Bewegung konnte ein ge-wisses Paradoxal Movement von 2,9 mm für das Universal AP-Glide und ein Roll Back von 1,3 mm bei der Meniscal Bearing-Prothese festgestellt werden.
Bereits unter Varus- / Valgusfehleinstellungen von 3,5° zeigten sich deutliche Verän-derungen des Druckbelastungsmusters und tendenziell veränderte Inlaybewegun-gen, die sich bei Fehlstellungen von 7° weiter verstärkten.
6 Ausblick
Mit den durchgeführten Versuchen konnten vergleichbare Ergebnisse zu anderen Studien bezüglich des Kraft-, Bewegungs- und Druckverhaltens verschiedener Knie-prothesen erzielt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse können zur Weiter- bezie-hungsweise Neuentwicklung von Knieprothesen beitragen.
Die in dieser Studie gezogenen Schlüsse aus den Bewegungs- und Druckmessun-gen lassen das Verfahren mit Erhalt des hinteren Kreuzbandes bei Opferung des vorderen fraglich erscheinen.
Meiner Auffassung nach liegt die Zukunft der Knieendoprothetik in der Entwicklung kreuzbanderhaltender (vorderes und hinteres) Prothesendesigns. Eine mögliche Lö-sung könnte das von mir entwickelte Prinzip des Transversalträger-Tibiaplateaus (TTTP) bieten (Anhang 8.4).
Einen anderen Ansatz bietet die Entwicklung von Knieprothesen, die nach Opferung beider Kreuzbänder (bei präoperativer Insuffizienz / Ruptur) die Funktion dieser im Hinblick auf Stabilität und Bewegungsablauf des Kniegelenks durch technische Ver-bindungen einzelner Komponenten unterstützen. Hier könnte ein gefedertes / ge-dämpftes Meniskallager zum Einsatz kommen (Anhang 8.5).
Bei der Implantation von PCR-Prothesen hingegen sollten die Knochenresektionen für den Extensions- und Flexionsspalt vor Resektion des vorderen Kreuzbandes er-folgen beziehungsweise festgelegt werden. Andernfalls ist eine physiologische Re-konstruktion der Gelenklinie kaum durchzuführen, da in diesem Falle unter Zug die Tibia durch das hintere Kreuzband nach vorn gezogen wird. Weil der femorale Ansatz des hinteren Kreuzbandes aber nicht mit dem Drehpunkt des Kniegelenks zusammenliegt, entstehen bei Extension und Flexion unterschiedliche Spaltmaße, die zu einem systematischen Fehler führen.
Durch den Umbau des Kniekinemators nach Plitz und Wirth konnten Erkenntnisse zur Auswirkung von Varus- / Valgusfehlstellungen gewonnen werden. Anhand dieser Ergebnisse wurden sowohl im Bewegungs- als auch im Druckverhalten schon bei Winkeländerungen von 3,5° deutlichere Abweichungen erkannt, als in der Studie von Stukenborg-Colsman et al. [142] durch falsche Rotationsausrichtung der Tibiapla-teaus. Bei der Implantation von Knieprothesen ist daher der Varus- / Valgusausrich-tung besondere BeachValgusausrich-tung zu schenken.
Im Vergleich der Druckergebnisse zeigten sich je nach Prothesendesign zum Teil über oder knapp an der Dauerverschleißgrenze liegende Druckbelastungen des Polyethylens, obwohl nur alltägliche Situationen wie Gehen oder Treppensteigen zugrundegelegt wurden (Stoßbelastungen wie sie z.B. beim Laufen oder Springen entstehen sind nicht berücksichtigt). Dieser Umstand trägt dazu bei, daß, solange noch kein wesentlich verbessertes Inlaymaterial zur Verfügung steht, die implantier-ten PE-Lager einer regelmäßigen Kontrolle unterzogen werden müssen.
Daher schlagen Engh et al. [49] zur Früherkennung von PE-Verschleiß jährliche ra-diologische Kontrollen vor.
Mintz et al. [105] halten eine arthroskopische Überwachung der PE-Flächen vor al-lem bei jungen, aktiven und schweren Patienten für angebracht.
Auf der anderen Seite erkannten Blunn et al. [22], daß Defekte im Polyethylen den Verschleiß zwar erhöhen, aber auch nach langer Implantationszeit (> 10 Jahre) Delaminationen aufgrund von Oxidation auftreten können, ohne daß zuvor Ober-flächendefekte beobachtet wurden.
Ich meine daher, daß ein frühzeitiger Wechsel von Meniskallagern nach festgelegter Implantationsdauer oder abgeschätzter Anzahl durchlaufener Bewegungszyklen durchaus sinnvoll zur Vermeidung katastrophaler Osteolysen oder Metallosen beitra-gen könnte.
Hier ist, wie Graham [63] bereits zur Problematik von verschlissenen Inlays anmerk-te, ein großer Vorteil in einem Prothesendesign zu sehen, daß die Möglichkeit zum Meniskallagertausch ohne Ausbau weiterer Komponenten bietet.
Um in Zukunft bessere Vergleichbarkeit zu Literaturwerten von axial belasteten Pro-thesen herstellen zu können, habe ich eine Zusatzvorrichtung für den Kniekinemator nach Plitz und Wirth entworfen, die im dynamischen Versuchsablauf eine unabhängig einstellbare axiale Belastung ermöglicht (Anhang 8.6).
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