Z Orthop Ihre Grenzgeb 2001; 139(1): 3-7
DOI: 10.1055/s-2001-11863
ÜBERSICHT

Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Gelenkmechanik und das Design moderner Knieprothesen - Zeit zum Umdenken!

Joint Mechanics and the Design of Modern Knee Arthroplasty Components - Time to Think Again!H.  Schroeder-Boersch
  • Orthopädische Universitätsklinik Mannheim
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Publication Date:
31 December 2001 (online)

Zusammenfassung.

Ziel und Methode: In Form eines Übersichtsartikels sollen die in den letzten Jahren gewonnenen Erkenntnisse zur Mechanik des Kniegelenkes dargestellt werden. Diese neuen Erkenntnisse lassen es ratsam erscheinen, die Designmerkmale moderner Knieprothesensysteme kritisch zu hinterfragen. Ergebnisse: Nach diesen neueren Erkenntnissen findet bei der Beugung des Kniegelenkes keine wesentliche Roll-Gleit-Bewegung statt, sondern eine Rotationsbewegung der Tibia. Die Achse für diese Rotation liegt nicht zentral im Kniegelenk im Bereich der Eminentia interkondylaris, sondern sie verläuft bei intaktem vorderen Kreuzband durch den medialen Gelenkabschnitt. Bei fehlendem vorderen Kreuzband, z. B. nach Implantation einer Knietotalprothese, liegt die Drehachse hingegen im lateralen Kompartment. Weiterhin ist die Form des posterioren Femurkondylus nicht polyradiär spiralförmig, sondern rund. Schlussfolgerung: Es müssen Rotationsbewegungen zwischen Femur- und Tibiakomponente möglich sein. Man benötigt eine asymmetrische Oberfläche des Polyethylen-Inlays, da medial andere Bewegungen stattfinden als lateral. Man kann konstruktionstechnisch ein rundes posteriores Femurkondyl für eine hohe Kongruenz verwenden. Der Operateur sollte die neueren Erkenntnisse in die Entscheidung bei der Wahl seines Prothesensystems einfließen lassen. Eine nähere Analyse der modernen Prothesendesigns mit mobilem oder fixiertem Inlay zeigt, dass einige Systeme diese neuen Erkenntnisse zur Kinematik, zumindest teilweise, schon berücksichtigt haben.

Aim and method: This review article summarises new knowledge about knee kinematics and induces a new discussion about the design of total knee arthroplasty (TKA) components. Results: According to these new observations, knee flexion is not linked to femoral rollback but to a rotational movement between tibia and femur. The axis of this rotation is situated in the medial compartment of the knee when an intact anterior craciate ligament is present and not centrally through the tibial spines. In case of ACL insufficiency, such as that following TKA, the center of rotation shifts into the lateral compartment. Furthermore, the form of the posterior femoral condyle is not elliptical but round. Conclusion: Rotational movements between femoral component and tibial baseplate with the polyethylene-inlay have to be possible. One needs an asymmetric surface of the polyethylene-inlay, because different movements occur in the medial compartment than in the lateral compartment. The option to construct the posterior femoral condyle with a single radius allows a high congruency with the articulating inlay. The surgeon should let the new findings influence his choice of a TKA system. A closer analysis of modern prosthetic designs with either fixed or mobile bearings reveals that a few systems have already incorporated some of the new kinematic aspects of the knee.

Literatur

  • 01 Banks  S A, Markovich  G D, Hodge  W A. The mechanics of knee replacements during gait. In vivo fluoroscopic analysis of two designs.  Am J Knee Surg. 1997;;  10 (4) 261-267
  • 02 Banks  S A, Markovich  G D, Hodge  W A. In vivo kinematics of cruciate-retaining and -substituting knee arthroplasties.  J Arthroplasty. 1997;;  12 (3) 297-304
  • 03 Buechel  F F, Pappas  M J, Makris  G. Evaluation of contact stress in metal-backed patellar replacements. A predictor of survivorship.  Clin Orthop. 1991;;  273 190-197
  • 04 Dennis  D A, Komistek  R D, Colwell Jr  C E, Ranawat  C S, Scott  R D, Thornhill  T S, Lapp  M A. In vivo anteroposterior femorotibial translation of total knee arthroplasty: a multicenter analysis.  Clin Orthop. 1998;;  356 47-57
  • 05 Huang  C H, Young  T H, Lee  Y T, Jan  J S, Cheng  C K. Polyethylene failure in New Jersey low-contact stress total knee arthroplasty.  J Biomed Mater Res. 1998;;  39 (1) 153-160
  • 06 Harman  M K, Markovich  G D, Banks  S A, Hodge  W A. Wear patterns on tibial plateaus from varus and valgus osteoarthritic knees.  Clin Orthop. 1998;;  352 149-158
  • 07 Harman  M K, Banks  S A, Natarajan  R, Andriacchi  T P, Hodge  W A. Direct Comparison of In-Vivo Kinematics and Wear on Retrieved TKA Polyethylene Inserts from the Same Subject Group. AAOS Annual Meeting 1999 Anaheim, CA; Paper 256
  • 08 Kapandji  I A. Funktionelle Anatomie der Gelenke.  Band 2: Untere Extremität. Erstausgabe 1965. Aktuell in: Otte, P., Schlegel, K.-F., Bücherei des Orthopäden, Band 47 Ferdinand Enke Verlag Stuttgart; 1985
  • 09 Kärrholm  J, Brandsson  S, Freeman  M AR. Tibiofemoral movement 4: changes of axial tibial rotation caused by forced rotation at the weight-bearing knee studies by RSA.  J Bone Joint Surg Br. 2000;;  82 (8) 1201-1203
  • 10 Komistek  R D, Dennis  D A, Mabe  J A. Die In-vivo-Bestimmung der patellofemoralen Entkopplung und der linearen Impulskräfte.  Orthopäde. 1998;;  27 612-618
  • 11 Morra  E A, Postak  P D, Greenwald  A S. Effects of Plateau Geometry on Delamination Wear Failures in Ultra High Molecular Weight Polyethylene Tibial Inserts. AAOS Meeting Atlanta; 1996: Paper 227
  • 12 Pinskerova  V, Iwaki  H, Freeman  M AR. The Shapes and Relative Movements of the Femur and Tibia in the Unloaded Cadaveric Knee: A Study Using MRI as an Anatomic Tool.  In: J. N. Insall, W. N. Scott (Hrsg.) „Surgery of the Knee”. Third Edition,. Churchill Livingstone, New York; 2001: 255-283
  • 13 Stiehl  J B, Komistek  R D, Dennis  D A, Paxson  R D, Hoff  W A. Fluoroscopic analysis of kinematics after posterior-cruciate-retaining knee arthroplasty.  J Bone Joint Surg Br. 1995;;  77 (6) 884-889
  • 14 Sorrels  B. zitiert in Rapp, S.: Reduced poly wear, increased survivorship of mobile bearing knees may benefit young TKR patients.  Abrufbar unter http://www.slackinc.com/bone/otie/otiehome.asp oder OTIE. 1998;;  Vol 1 No 32-40
  • 15 Todo  S, Kadoya  Y, Moilanen  T, Kobayashi  A, Yamano  Y, Iwaki  H, Freeman  M A. Anteroposterior and rotational movement of femur during knee flexion.  Clin Orthop. 1999;;  362 162-170
  • 16 Walker  S A, Hoff  W, Komistek  R, Dennis  D. „In vivo” pose estimation of artifical knee implants using computer vision.  Biomed Sci Instrum. 1996;;  32 143-150
  • 17 Weber  W, Weber  E. Mechanik der menschlichen Gehwerkzeuge. Eine anatomisch-physiologische Untersuchung. Hrsg. von der Königlichen Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen 1836, Nachdruck vom Julius Springer Verlag Berlin; 1894

PD Dr. med. Henrik Schroeder-Boersch

Orthopädische Universitätsklinik Mannheim
Klinische Fakultät der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Theodor-Kutzer-Ufer 1 - 3

68167 Mannheim

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