Winkelbewegungen der Meniskallager

Eine Innenrotation der Meniskallager von Beugung nach Streckung bedeutete eine Außenrotation der Tibia gegenüber dem Femur (Screw Home, Kapitel 1.1.1)

Analog zu den starken Varianzen zwischen den jeweiligen Präparaten bei der AP-Translation traten diese auch bei der axialen Rotation auf, zumal die axialen Rotatio-nen für die LCS^ Meniscal Bearing-Meniskallager wegen der Führungen direkt ab-hängig von der AP-Translation waren (Kapitel 3.2.4).

Die Führungen sind auch verantwortlich für die signifikant geringeren Drehbewegun-gen der beiden Inlays ( 2,3° und 3,3°) geDrehbewegun-genüber der Rotating Platform (4,0°).

Diese wiederum zeigte stärkere Gesamtrotation als das Universal AP-Glide (3,3°), was den theoretischen Überlegungen entsprach, da hier ein Freiheitsgrad (axiale Rotation) die gesamte Beweglichkeit von zwei Freiheitsgraden (AP-Translation und axiale Rotation) kompensieren mußte.

Die als Mittelwert gemessenen 4,0° Innenrotation des Rotating Platform-Menis-kallagers gegenüber dem Tibiaplateau bedeuteten demnach einen Screw Home-Mechanismus, der vor allem im letzten Drittel des Versuchsablaufs nachvollzogen wurde (40° bis 0° Flexionswinkel). Damit lagen die Messungen in dem von Stiehl et al. [138] gemessenen Screw Home-Mechanismusbereich von positiv bis 9,6° und negativ bis 6,2° für diesen Prothesentyp.

Durch Valguseinstellungen drehten sich alle Inlays weiter nach außen, bei Varusein-stellungen weiter nach innen. Grundlage hierfür ist das Phänomen der geringeren Beweglichkeit des konlateralen Kompartimentes (Kapitel 4.3.1) bei gleichzeitiger weiter posterior liegendem Startpunkt, welches auch hier teilweise signifikant nach-gewiesen werden konnte.

So steigerte sich der Gesamtwinkel für die Rotating Platform zum einen durch das Festsetzten von 4,0° auf 4,9° und zum anderen durch 3,5° Varuseinstellung (weitere Innenrotation des Inlays bei der Startposition!) von 4,9° auf 6,2°. Sinngemäß nahm bei 3,5° Valguseinstellung (Außenrotation zu Beginn!) die Rotation stärker ab, da lateral größere Bewegungen in Normalstellung vorhanden waren. Bei der 7° Valgus-einstellung kam es schließlich zu einem ruckartigen Zurückdrehen des Inlays.

4.4 Druckmessung

Vorteile der Tekscan Druckmeßfolie gegenüber herkömmlichen Druckmeßsystemen sind im Kapitel 1.4.3 beschrieben. Dennoch können die gemessenen Druckwerte in einer absoluten Betrachtung nur eingeschränkt verwertet werden, da durch das Auf-bringen eines 0,1 mm dicken Meßsystems das Meßobjekt verändert wurde.

Vor allem im Extensionsbereich der hochkongruenten LCS^-Prothesen mit einem Verhältnis der Femurkomponentenradien zu Meniskallagerradien von 0,986 waren Abweichungen im Druckverhalten zu beobachten.

Durch das Aufkleben der Folien, deren jeweilige Stärke inklusive der Klebeschichten (Kapitel 2.5.4) den Femurkomponentenradien aufzuaddieren waren, ergab sich ein Radienverhältnis größer eins (1,004), deren Auswirkungen sich in einer gewissen Randbildung der Druckverteilung darstellte (Abbildung 3-3).

Diese Randbildung ist jedoch nicht überzubewerten, da sie nicht so ausgeprägt war, daß sie zur Erhöhung der Druckspitzen führte. Auf der anderen Seite führte diese Manipulation im Flexionsbereich zur Kongruenzerhöhung, so daß im Prinzip die Ra-dienverhältnisse im Versuch den reellen Verhältnissen um einige Flexionsgrade hin-terher liefen, bis es im vollen Extensionsbereich zur abweichenden Überkongruenz kam.

Weiters Problem durch das Aufkleben der plan konstruierten Druckmeßfolien auf die konkav gewölbten Inlayoberflächen zeigte sich in einer gewissen Faltenbildung am Rand des Kontaktbereiches. Durch Aufpressen der Folie in einer Materialtestmaschi-ne (MTS) direkt durch die FemurkompoMaterialtestmaschi-nente auf das Meniskallager bei eiMaterialtestmaschi-ner axialen Belastung von 1500 N konnte die Faltenbildung weitestgehend reduziert werden.

Mit Hilfe der Auswertungssoftware konnten restliche Beeinflussungen nahezu elimi-niert werden.

Der Vergleich bezüglich des Druckverhaltens innerhalb der Prothesenmodelle und zu anderen, unter ähnlichen Bedingungen gemessenen, Prothesenmodellen ist daher durchaus durchführbar, zumal auch die Absolutwerte kaum von Literaturangaben differierten (Kapitel 3.3.1).

Der Vergleich der Kontaktspitzendruckwerte innerhalb der drei LCS^ -Prothesen-modelle zeigte bei allen Versuchsreihen eine Abnahme der Spitzendruckwerte im letzten Drittel des Flexionsbereiches bis zur vollständigen Extension. Dieses Verhal-ten ist mit zunehmender Kongruenz in diesem Bereich zu begründen.

Da bei voller Extension kaum höhere Druckspitzen gemessen wurden, ist die hier beginnende Randbildung vernachlässigbar.

Der maximale Spitzendruck der Rotating Platform lag signifikant mit 9,1 MPa um mehr als 50% über den Spitzendruckwerten der anderen beiden Prothesenmodelle aber dennoch unter der Dauerbelastungsgrenze von 10 MPa (Kapitel 1.3.3).

Hier scheint die Ermöglichung von Inlaybewegungen in AP-Richtung entscheidenden Einfluß auf die entstehenden Kontaktspitzendruckwerte zu haben. So lag der Spit-zendruck der LCS^ Meniscal Bearing-Prothese mit 4,5 MPa klar unterhalb der Werte der Rotating Platform und der Verschleißgrenze, aber geringfügig über den Spitzen-druckwerten des Universal AP-Glide mit 3,7 MPa.

Dieser Unterschied, der immerhin trotz des schlechteren mechanischen Wirkungs-grades durch das Paradoxal Movement des Universal AP-Glide gegenüber dem Me-niscal Bearing entstand, kann mit der zwangloseren Bewegungsmöglichkeit in AP-Richtung des Universal AP-Glide begründet werden (Kapitel 4.3.1).

Im vorigen Kapitel ist die besondere Situation während der Knieflexion für die geführ-ten Meniscal Bearing-Inlays beschrieben. Durch die Annäherung der Meniskallager in mediolateraler Richtung kam es hier zur Verringerung der Kongruenz auch in trans-versaler Richtung und somit zu höheren Kontaktspitzendruckwerten.

In gleichem Maße, wie die Inlays von Beugung nach Streckung nach vorn gedrückt wurden, stieg die Kongruenz in transversaler Richtung und sank die Differenz zum Universal AP-Glide, so daß schließlich bei voller Extension kaum Druckdifferenzen mehr zu erkennen waren.

Beim Universal AP-Glide konnten die geringsten Druckschwankungen über den Fle-xionsbereich beobachtet werden und bei der Rotating Platform die stärksten.

Allgemein galten folgende Beziehungen: mit zunehmender Beweglichkeit der Inlays in sagittaler Richtung nahmen der Kontaktdruck als auch die Druckschwankungen ab.

Eine Erhöhung der Belastung auf 39 Nm Extensionsmoment bewirkte zum Teil eine geringe Erhöhung der Druckspitzen um bis zu 10%, die vor allem bei der Rotating Platform signifikant nachweisbar waren. Die Erklärung in der relativ geringen Druck-spitzenerhöhung ist in der Elastizität des Polyethylens zu suchen. Auch Bartel et al.

[16] stellten bei Belastungserhöhung von 1500 N auf 3000 N nur geringe Spitzen-druckerhöhung fest. Die Belastungserhöhung resultierte so in erster Linie in einer tendenziellen Kontaktflächenerhöhung (Kapitel 3.3.1), wie sie auch Szivek et al. [145]

in einer Studie feststellten.

Die relativ starken Veränderungen der Spitzendruckwerte durch das Festsetzen der Normalstellung im Flexionsbereich (Diagramm 3-18) entstanden vor allem durch den Einfluß der beiden Präparate P4 und P6 und sind wahrscheinlich auf leicht außenro-tierte Femurkomponenten beziehungsweise leicht außenroaußenro-tierten Femureinbau dieser Präparate in den Kinemator zurückzuführen. Eine Außenrotation bewirkte nach Anouchi et al. [11] eine Vergrößerung der Dimension der lateralen Kondyle, so daß bei Flexion eine Varusposition der Tibia relativ zum Femur entstand. Da diese Varusposition aber durch das Festsetzen unterdrückt wurde, entstanden höhere Be-lastungen lateral.

Im freien Versuchsablauf konnte dieser Fehler weitestgehend durch die uneinge-schränkte Bewegungsmöglichkeit der Tibia in Varus- / Valgusrichtung ausgeglichen werden, so daß es jeweils nur zu geringfügig höheren Drücken auf den lateralen Kompartimenten kam.

Analog zur Gegenmomenterhöhung reagierte die mehr belastete Seite auf Varus- / Valguseinstellungen mit Kontaktflächenvergrößerung (siehe oben). Die kontralaterale Seite wurde mit größerwerdenden Einstellwinkeln zum Teil vollständig entlastet. Er-kennbare leichte Spitzendruckerhöhungen waren nicht signifikant (Kapitel 3.3.3).

In einer theoretischen Untersuchung nach der Methode der Finiten Elemente stellten Bartel et al. [16] sogar fest, daß im Modell unter Varus- / Valgusbelastungen Spitzen-druckwerte abnehmen können, aber die Zugkräfte in der Peripherie zunehmen.

Daher sind die Veränderungen im Gesamtbild beider Kompartimente (deutliche Last-verlagerung bereits bei 3,5° Abweichung) schon bei geringgradigen Varus- / Valgus-fehlstellungen im Hinblick auf den Polyethylenverschleiß nicht zu vernachlässigen, obwohl sie sich nicht im Kontaktspitzendruck darstellten.

4.5 Vergleich der Prothesenmodelle Interax^ / LCS^