S 01/20 Gelenkkinematik und Polyethylenverschleiß

S 01/20: "Einfluss der kinematischen Ausrichtung einer Knieprothese auf die Gelenkkinematik und den Polyethylenverschleiß." Prof. Dr. Kretzer, Universität Heidelberg

Zusammenfassung:

Das Ziel dieser Studie war es, das Verschleißverhalten von kinematisch ausgerichteten Knieendoprothesen mit mechanisch sowie fehlausgerichteten Endoprothesen zu vergleichen. Für die kinematische Ausrichtung sollten zwei Gelenkachsenneigungen getestet werden, wobei eine mittlere Neigung von 4° und eine ausgeprägte Neigung von 8° untersucht werden sollten. Für die Fehlausrichtung einer Kniegelenksachse sollte eine Neigung von 4° untersucht werden, um einen direkten Vergleich zu der kinematischen Ausrichtung von 4° durchführen zu können. Die mechanische Ausrichtung von 0° sollte als Goldstandard dienen. Für die Simulation der kinematischen Ausrichtung war es zunächst notwendig einen Versuchsaufbau zu entwickeln, um mithilfe eines hydraulischen kraftgeregelten Knieverschleißsimulators die beiden Winkelstellungen zu realisieren. Der Prüfaufbau für die mechanische Ausrichtung sowie die Fehlausrichtung wurde an den Prüfaufbau der kinematischen Ausrichtungen angepasst, um mögliche Verschleißunterschiede allein auf die Ausrichtung zurückführen zu können. Das Verschleißverhalten der vier Ausrichtungen wurde anhand von zwei verschiedenen kreuzbanderhaltenden Endoprothesen (ein etablierter Prothesentyp, ein moderner Prothesentyp) analysiert. Dazu wurden primär gravimetrische Verschleißmessungen durchgeführt und sekundär die Verschleißareale auf den Polyethyleninserts, die Gelenkkinematik sowie Größe und Form der freiwerdenden Partikel bestimmt.
Die gravimetrischen Messungen zeigten einen signifikant geringeren Verschleiß der Fehlausrichtung und der kinematischen Ausrichtung von 8° im Vergleich zur kinematischen Ausrichtung von 4° und der mechanischen Ausrichtung 0° (p<=0,004). Zwischen der mechanischen Ausrichtung und der kinematischen Ausrichtung von 4° zeigte sich jedoch kein Unterschied hinsichtlich der Verschleißrate (p>0,99), ebenso zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen der kinematischen Ausrichtung von 8° und der Fehlausrichtung von 4° (p>0,99). Dabei zeigte das moderne Implantatsystem einen signifikant geringeren Verschleiß als das etablierte Implantatsystem (p<0,001). Die Fehlausrichtung zeigte allerdings auch eine signifikant geringere Verschleißfläche auf den Polyethyleninserts als mechanisch und um 4° kinematisch ausgerichtete Endoprothesen (p<=0,001). Die kinematische Ausrichtung um 8° zeigte eine signifikant geringere Verschleißfläche als die mechanische Ausrichtung (p=0,040) und eine geringere Verschleißfläche als um 4° kinematisch ausgerichtete Endoprothesen, ohne einen signifikanten Unterschied (p=0,092). Zwischen der mechanischen Ausrichtung und der kinematischen Ausrichtung um 4° (p>0,99) sowie zwischen der Fehlausrichtung und der kinematischen Ausrichtung um 8° (p=0,190) zeigten sich keine signifikanten Unterschiede. Die Gelenkkinematik zeigte keinen Gruppenunterschied zwischen den vier Ausrichtungen, weder für die anteriore-posteriore (A/P-) Translation (p=0,398) noch für die Innen-Außen (I/A-) Rotation (p=0,066). Sowohl für die A/P-Translation als auch für die I/E-Rotation war ein Unterschied zwischen den beiden Implantatsystemen erkennbar (p<0.001). Hinsichtlich des ECD, des AR und der R der freigewordenen Partikel zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den vier Ausrichtungen (p>=0,078). Zwischen den beiden Implantatsystem zeigte sich ebenfalls kein signifikanter Unterschied für den AR (p=0,434), jedoch zeigten sich Unterschiede hinsichtlich des ECDs (p<0,001) und der R (p=0,007). Ein Teil der Ergebnisse wurde in Clinical Orthopaedics and Related Research eingereicht, akzeptiert und ist online bereits publiziert.



Abstract:

Aim of the study was the comparison of kinematic aligned with mechanical and malaligned knee implants regarding the wear behavior. For kinematic alignment, two joint axis inclinations were to be tested, with a mild inclination of 4° and a pronounced inclination of 8°. For malalignment of a knee joint axis, an inclination of 4° should be investigated for direct comparison to the kinematic alignment of 4°. The mechanical alignment of 0° should serve as the gold standard. For the simulation of the kinematic alignment, it was first necessary to develop a test setup to realize the two angular positions with the help of a hydraulic force-controlled knee wear simulator. The test setup for the mechanical alignment as well as the malalignment was adapted to the test setup for the kinematic alignments in order to be able to attribute possible wear differences to the alignment alone. The wear behavior of the four alignments was analyzed using two different cruciate ligament-retaining endoprostheses (one established prosthesis type, one modern prosthesis type). For this purpose, gravimetric wear measurements were primarily performed and the wear areas on the polyethylene inserts, the joint kinematics, and the size and shape of the released particles were determined secondarily. The gravimetric measurements showed significantly lower wear of the malalignment and kinematic alignment of 8° compared to the kinematic alignment of 4° and mechanical alignment 0° (p<=0.004). However, there was no difference in wear rate between the mechanical alignment and the kinematic alignment of 4° (p>0.99), nor was there a significant difference between the kinematic alignment of 8° and the malalignment of 4° (p>0.99). Thereby, the modern implant system showed significantly less wear than the established implant system (p<0.001). However, the malalignment also showed a significantly less worn area on the polyethylene inserts than mechanically and 4° kinematical aligned implants (p<=0.001). The 8° kinematic alignment showed a significantly lower worn area than the mechanical alignment (p=0.040) and a lower worn area than 4° kinematical aligned endoprostheses, without a significant difference (p=0.092). There were no significant differences between mechanical alignment and 4° kinematic alignment (p>0.99) and between false alignment and 8° kinematic alignment (p=0.190). Joint kinematics showed no group difference between the four orientations, neither for anterior-posterior (A/P) translation (p=0.398) nor for internal-external (I/A) rotation (p=0.066). For both, A/P translation and I/E rotation, a difference was evident between the two implant systems (p<0.001). Regarding ECD, AR and R of released particles, there were no significant differences between the four orientations (p>=0.078). There was also no significant difference for the AR between the two implant systems (p=0.434), but there were differences regarding the ECD (p<0.001) and the R (p=0.007). Part of the results were submitted to Clinical Orthopaedics and Related Research, accepted and are published online.