Eine neuartige Knieendoprothese mit physiologischer Gelenkform

Zusammenfassung

Das natürliche Tibiofemoralgelenk (TFG) funktioniert nach einem Roll-Gleit-Mechanismus: In der Standphase (0–20° Beugung) rollt das Femur auf dem Tibiaplateau nach hinten, bei weiterer Beugung kommt es zu einem zunehmenden Gleiten. Dieser Kinematik liegt das Prinzip des Viergelenks zugrunde. Die 4 morphologischen Drehachsen sind dabei jeweils die Krümmungsmittelpunkte der medialen und lateralen Femurkondyle sowie des medialen und das lateralen Tibiaplateaus. Zusätzlich sind das mediale und das laterale Kompartiment wenige Millimeter sagittal versetzt, das mediale Tibiaplateau ist konkav und das laterale konvex geformt. Die meisten derzeit verwendeten Kniegelenkendoprothesen berücksichtigen diese Gegebenheiten nicht, sondern besitzen medial und lateral symmetrische Gelenkflächen. Dadurch bildet sich sowohl femoral als auch tibial eine gemeinsame Rotationsachse, welche keinen physiologischen Roll-Gleit-Mechanismus zulässt.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, biomechanische Grundlagen des Kniegelenks hinsichtlich der Endoprothetik darzulegen und die Entwicklung einer neuartigen Kniegelenkendoprothese auf mathematisch-physikalischer Basis vorzustellen. Das Design der strukturell neuartigen Kniegelenkendoprothese AEQUOS zeigt lateral eine konvexe Formung der tibialen Gelenkfläche im sagittalen Schnitt und erfüllt weitere oben genannte physiologische Eigenschaften. Das Problem der Reibung dieser Endoprothese soll dadurch weiter verbessert werden. Während des Gehens in der Standphase sollen die künstlichen Gelenkflächen zu mehr als 95% aufeinander abrollen und erst bei weiterer Beugung gleiten. Im Rahmen der Zulassungstests wurde die Endoprothese nach ISO/WC 14243 im Kniesimulator getestet. Die Abriebraten waren dabei kleiner oder mindestens gleich gut wie bei konventionellen Endoprothesen. Die geschilderten Daten zeigen ein völlig neues Konzept in der Knieendoprothetik, welches im klinischen Langzeitverlauf jedoch noch evaluiert werden muss.

Abstract

The natural tibiofemoral joint (TFJ) functions according to a roll-glide mechanism. In the stance phase (0–20° flexion), the femur rolls backwards over the tibia plateau, while further flexion causes increased gliding. This kinematics is based on the principle of a quadruple joint. The four morphological axes of rotation are the midpoints of the curvatures of the medial and lateral femoral condyles and the medial and lateral tibia plateau. In addition, the medial and lateral compartments are shifted a few millimetres in a sagittal direction, the medial tibia plateau being concave and the lateral plateau convex. In most knee arthroplasties, these factors are not taken into account; instead they are equipped with symmetrical medial and lateral joint surfaces. Thereby, the midpoints of the curvatures of the sagittal contours of the lateral and medial joint surfaces, on the femoral as well as on the tibial sides, create a common axis of rotation which does not allow a physiological roll-glide mechanism. The goal of this study was therefore to report on the biomechanical basis of the natural knee and to describe the development of a novel knee endoprosthesis based on a mathematical model. The design of the structurally new knee joint endoprosthesis has, on the lateral side, a convex shape of the tibial joint surface in a sagittal cross section. Furthermore, from a mathematical point of view, this knee endoprosthesis possesses essential kinematic and static properties similar to those of a physiological TFJ. Within the framework of the authorization tests, the endoprosthesis was examined according to ISO/WC 14243 in a knee simulator. The abrasion rates were, thereby, lower than or at least as good as those for conventional endoprostheses. The presented data demonstrate a novel concept in knee arthroplasty, which still has to be clinically confirmed by long term results.