Sensitivität der Knie-Kontaktkraft bei Veränderungen der kinematischen und anatomischen Parameter
Trepczynski A, Kutzner I, Bergmann G, Heller MO, Pfitzner T, Duda GN
Fragestellung: Der Langzeiterfolg einer Knieendoprothese hängt unter anderem von der intraoperativen Positionierung der Prothese ab. Diese sollte idealerweise nicht zu einer postoperativen Erhöhung der Kniebelastung führen. Dazu ist wichtig zu verstehen, welche anatomischen Parameter die Kniebelastung wesentlich beeinflussen. Mit Hilfe von instrumentierten Implantaten kann die Belastung in vivo bestimmt werden. In Kombination mit muskuloskeletalen Modellen können dann auch wesentliche Einflussfaktoren auf die Kniebelastung abgeschätzt werden. Ziel war es, die Sensitivität der tibiofemoralen (TF)-Kontaktkraft auf anatomische Variationen in einer Gruppe von Patienten mit telemetrischen Implantaten zu untersuchen.
Methodik: Die Kinematik und Kinetik des Gehens und Treppensteigens wurde bei 9 Patienten mit telemetrischen Knie-Implantaten [1] erfasst. Basierend auf CT Daten, patientenspezifischen muskuloskeletalen Modellen und funktionellen Methoden wurde die skelettale Kinematik erfasst [2] und die wirkenden Muskel- und Gelenkbelastungen bestimmt. Die Modelle wurden anhand der in vivo Kniekontaktkräfte validiert und dann in ihren Parametern im Rahmen der publizierten anatomischen Variationen der Prothesenposition verändert. Alle Kräfte wurden zum Körpergewicht (KG) der Patienten normalisiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die in vivo gemessene und die berechnete maximale TF-Kraft stimmten in ihrer Charakteristik sehr gut überein (rel. Fehler von 14±14% beim Gehen, 12±9% beim Treppenabsteigen). Für Winkeländerungen unter 2° hatte die medio-laterale Körperneigung, ausgedrückt durch die Beinachse (Sprung- bis Hüftgelenk) den größten Einfluss auf die max. TF-Kraft (0.13±0.06 KG/° beim Gehen, 0.17±0.08 KG/° beim Treppenabsteigen). Auch die Varus/Valgus-Ausrichtung beeinflusste die Belastung (0.04±0.03 KG/° beim Gehen, 0.07±0.05 KG/° beim Treppenabsteigen). Verschiebungen der Patella hatten insbesondere beim Treppenabstieg einen starken Einfluss (0.04±0.03 KG/mm M-L, 0.04±0.02 KG/mm A-P).
Die Analysen zeigen den Einfluss der Varus/Valgus Positionierung im Kniegelenk auf die postoperative mechanische Belastung des Gelenkes. Innerhalb eines Fensters von ± 2-4 Grad scheint die Belastung nicht wesentlich beeinflusst zu werden (Abbildung 1 [Abb. 1]), während außerhalb dieses Fensters die Belastung zum Teil patientenspezifisch deutlich zunimmt. Diese Daten könnten in Zukunft für die präoperative Planung und intraoperative Entscheidungsfindung genutzt werden.
Literatur
1.Heinlein B, Graichen F, Bender A, Rohlmann A, Bergmann G. Design, calibration and pre-clinical testing of an instrumented tibial tray. J Biomech. 2007;40 Suppl 1:S4-10. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2007.02.014
2.Trepczynski A, Kutzner I, Kornaropoulos E, Taylor WR, Duda GN, Bergmann G, Heller MO. Patellofemoral joint contact forces during activities with high knee flexion. J Orthop Res. 2012 Mar;30(3):408-15. DOI: 10.1002/jor.21540
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-1137
doi: 10.3205/14dkou539, urn:nbn:de:0183-14dkou5396
Published: October 13, 2014
© 2014 Trepczynski et al.
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