Analyse des elastischen Verformungsverhaltens zementfreier Standardschaftprothesen unter axialer Varusbelastung und Einflussnahme der Schaftdesignkomponente auf die primäre Kippstabilität

Abstract

Der voranschreitende demographische Wandel und die damit assoziierten steigenden Diagnoseraten arthrotisch degenerativer Gelenkerkrankungen, stehen in direktem Zusammenhang mit den Implantationszahlen der vergangenen Jahre. Da die Wiederherstellung der größtmöglichen anatomisch-mechanischen sowie soziokulturellen Funktionalität und somit die Lebensqualität im Vordergrund der Behandlung steht, muss die ausgewählte Prothese dieses in sich und ihrer Performance unter Belastung vereinigen können. Aktuell stehen in Deutschland einem Operateur hierzu mehr als 50 zementfreie Hüftschaftmodelle zur Auswahl. In dem in dieser Arbeit dargestellten Forschungsprojekt wurde die Kippstabilität in drei unterschiedlichen, handelsüblichen Standardschäften, unter Aufbringen von Varus-Valgus-Belastung, in vitro analysiert. Ein gesondertes Augenmerk wurde zudem auf das jeweilige Schaftdesign, in dieser Arbeit über das Flächenträgheitsmoment definiert, und dessen potenziellen Einfluss auf das primäre Verankerungs- und elastische Verformungsverhalten gelegt. Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurden drei Standardschaftprothesen je Prothesendesigns (CLS® Spotorno®, EcoFit®, TrendHip®) standardisiert, in fünf Sawbone- Knochen implantiert. Die Messung erfolgte nach standardisiertem Messprotokoll, unter Aufbringung eines medio-lateralen Kippmomentes, in einem nicht destruktiven Bereich von 3,5 Nm. Mit einem berührungslosen Messsystem, bestehend aus neun Wirbelstromsensoren, wurden die translativen Mikrorelativbewegungen auf neun unterschiedlichen Messpunkthöhen, sowohl an der Prothese, als auch am Knochen erfasst. Das zu den jeweiligen Messpunkten zugehörige Flächenträgheitsmoment wurde über einen zuvor angefertigten CT-Scan der jeweiligen Prothese und der nachfolgenden Übertragungen der Daten im Maßstab 1:1 generiert. Die anschließende statistische Auswertung erfolgte mittels eines generalisierten linearen Modells und eines Kruskal-Wallis-Tests, wobei ein p-Wert von < 0,05 als signifikant erachtet wurde. Alle drei Prothesendesigns präsentierten eine suffiziente Primärstabilität unter Kippbelastung im nicht destruktiven Belastungsbereich und fixierten hauptsächlich im meta-diaphysären Femurschaft. Eine lineare Approximierung der Relativbewegung an den physiologischen Belastungsbereich ist, trotz in diesem Fall deutlichem Übersteigen distaler Messwerte über eine Grenze von 150 µm, kritisch zu bewerten. Allgemein zeigte sich, dass keine der untersuchten Messhöhen, einen signifikanten Unterschied zwischen den Prothesen, bezüglich der gemessenen Mikrorelativbewegungen, unter Inbezugnahme Einbeziehung des Flächenträgheitsmomentes, aufwiesen. Einzig die Gruppe des CLS®- Spotorno®- Schaftes und des EcoFit®- Schaftes unterschieden sich bezüglich ihres Flächenträgheitsmomentes signifikant, mit p = .002 bei gleichzeitig ausreichender Primärstabilität beider Prothesen. Auf Basis dieser Forschungsarbeit lässt sich vermuten, dass aktuell keine Veränderungen an den bestehenden Schaftdesigns vorgenommen werden müssen, um spezifisch den Belastungen unter Varusmomenten gerecht zu werden, da die bestehenden Designs womöglich primär über die durch Rotationsbelastung entstehenden mechanischen Reize zu einer suffizienten Fixierung im Prothesen-Knochen- Verbund führen und infolgedessen erst tertiär eine Fixierung in Varus-Valgus-Ebene erreicht werden kann. Das Flächenträgheitsmoment scheint hierbei keinen wesentlichen Einfluss auf die Mikrorelativbewegung unter Kippbelastung zu nehmen, solange es sich in einem gewissen Rahmen befindet. Somit können keine klaren Empfehlungen, eines spezifisch zu präferierenden Schaftdesigns, ausgesprochen werden.