Aus dem Anatomischen Institut der Tierärztlichen Hochschule Hannover und der unfallchirurgischen Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover

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1 Aus dem Anatomischen Institut der Tierärztlichen Hochschule Hannover und der unfallchirurgischen Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover Vergleich der Primärstabilität einer Schenkelhalsendoprothese Typ Spiron mit der einer konventionellen Geradschaftprothese Typ Zweymüller (Alloclassic SL) am Hundefemur - Eine biomechanische Studie INAUGURAL DISSERTATION Zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.) durch die Tierärztliche Hochschule Hannover vorgelegt von Franziska Hühn aus Schkeuditz (Sachsen) Hannover 2005

2 Wissenschaftliche Betreuung: Univ. - Prof. Dr. H. Waibl Priv.-Doz. Dr. T. Gerich 1. Gutachter: Univ. Prof. Dr. H. Waibl 2. Gutachter: Jun. Prof. G. Hauschild Tag der mündlichen Prüfung:

3 Gewidmet meinen liebenden Eltern

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5 1 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Literaturübersicht Anatomie des Hüftgelenkes Os femoris, proximaler Abschnitt Acetabulum Gelenkaufbau Gelenkkapsel des Hüftgelenkes Bänder des Hüftgelenkes Muskulatur am Hüftgelenk Bewegungsumfang Biomechanik des caninen Hüftgelenkes Konstruktion der Hintergliedmaße Statische Belastung der Hintergliedmaße Dynamische Belastung des Hüftgelenkes Ganganalysen Theoretische Modelle Winkel des Hüftgelenkes Anteversion des Collum femoris Druckverteilung und Lastübertragung an den Gelenkflächen des Hüftgelenkes Biomechanik des Hüftgelenkes des Menschen Knochendichte und Knochendichtebestimmung Aufbau des Röhrenknochens Bestandteile des Knochens Bestimmung der Knochendichte, Osteodensitometrie Indikationen für Hüftgelenkendoprothesen Indikationen beim Hund Hüftgelenksdysplasie Aseptische Femurkopfnekrose - Calvé-Legg-Perthes-Erkrankung Weitere Indikationen...36

6 2.5.2 Indikationen beim Menschen Coxarthrose Schenkelhalsfraktur des Femurs Neoplasmen des Knochens und metastatische Knochentumoren Primärstabilität zementfreier Femurprothesen Methoden zur Bestimmung der Primärstabilität Numerische Methode Experimentelle Methoden Akute Methoden Einflussgrößen der Primärstabilität des Prothesenschaftes Verankerungsprinzipien zementfreier Prothesen Die Spiron-Schenkelhalsendoprothese Indikation Bisherige Untersuchungen zur Spiron-Schenkelhalsendoprothese Die Zweymüller-Prothese- Alloclassic SL Indikation Zementfreie Hüftendoprothesen in der Humanmedizin Die Spiron-Prothese in der Humanmedizin Hüftendoprothesen in der Kleintiermedizin Zementierte Hüftendoprothesen Zementfreie Hüftendoprothesen Material und Methoden Untersuchungsgut Vorversuche und Vorbereitung Messung der absoluten Knochendichte Implantation der Prothesen Implantation der Spiron-Schenkelhalsprothese Implantation der Zweymüller-Geradschaftprothese Messung der Relativbewegungen unter Belastung Messung der maximalen Belastung Versuchsaufbau und -durchführung Messung der Relativbewegungen mit dem Bewegungsanalysesystem...68

7 3.6 Protokollierung der Frakturform nach Maximalbelastung Statistische Auswertung Ergebnisse Absolute Knochendichte (BMD: Bone Mineral Density) Messung der Gesamtknochendichte Messung der trabekulären Knochendichte Messung der subkortikalen und kortikalen Knochendichte Statistische Auswertung der Ergebnisse der Knochendichtemessung Messung der Maximal-Belastung Statistische Auswertung Bestimmung der Einsinktiefe und des elastischen Rückschwingens der Prothesen Permanente Einsinktiefe der Prothesen Permanente Einsinktiefe pro Belastungsstufe Kurzzeitige Einsinktiefe der Prothesen unter Belastung Kurzzeitige Einsinktiefe pro Belastungsstufe Gesamteinsinktiefe Gesamteinsinktiefe pro Belastungsstufe Frakturformen nach Erreichen der Maximalbelastung Frakturformen in Gruppe A (Femora mit Spiron-Prothese) Frakturformen in Gruppe B (Femora mit Zweymüller-Prothese) Frakturformen in Gruppe C (Femora ohne Prothese) Diskussion Künstlicher Hüftgelenkersatz in der Kleintiermedizin Indikationen für den künstlichen Hüftgelenkersatz beim Hund Zementierte oder zementfreie Hüftgelenksendoprothesen Verankerungsprinzipien der Spiron- und der Zweymüller-Prothese Untersuchungsgut Bestimmung der Knochendichten Osteodensitometrie mittels pqct Ergebnisse der Knochendichtemessung Maximalbelastung Methode...107

8 5.4.2 Ergebnisse Frakturformen nach Maximalbelastung Primärstabilität Einflussgrößen durch die Prothesen Messung der Primärstabilität Schlussfolgerung und Ausblick Zusammenfassung Summary Anhang Literaturverzeichnis Danksagung...170

9 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS A. Arteria ATW Antetorsionswinkel BMD Bone mineral density; Knochendichte BMC Bone mineral content; Mineralgehalt des Knochens CCD Centrum-Collum-Diaphysenwinkel CT Computertomographie DEXA Dual energy X-ray absorptiometry DSH Deutscher Schäferhund DSP Druckscheibenprothese F.C.I Fédération Cynologique Internationale FEM Finite-Elemente-Methode For. Foramen HD Hüftgelenkdysplasie HHS Harris-Hip-Score hgr. hochgradig Inc. Incisura i. S. im Sinne lat. lateralis Lig. Ligamentum M. Musculus m. musculi Mm. Musculi N. Nervus O.F.A. Orthopedic Foundation for Animals pqct periphere Quantitative Computertomographie QCT Quantitative Computertomographie TBMD Total bone mineral density; Absolute Knochendichte TEP Totalendoprothese

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11 1 EINLEITUNG 11 1 Einleitung Krankhafte Schädigungen der Gelenke und degenerativer Verschleiß sind sowohl beim Menschen als auch beim Hund Indikationen für den Einsatz eines künstlichen Hüftgelenkes. Der künstliche Hüftgelenkersatz beim Hund hat sich seit den achtziger Jahren als Therapieform bei dauerhaft schmerzhaften Hüftgelenkserkrankungen in der Veterinärorthopädie durchgesetzt. Dies liegt zum einen an dem weiteren Anstieg von Hunden mit Hüftgelenksdysplasie (HD) und zum anderen an der heutigen Stellung des Hundes als Familienmitglied bzw. Sozialpartner des Menschen. Ziel der Hüftgelenkendoprothetik ist es, den Hund auf Dauer mit einem mechanisch intakten, schmerzfreien artifiziellen Gelenk zu versorgen (OLMSTEAD, 1994). Während der Einsatz der zementfixierten Hüftgelenkprothesen aufgrund vielfacher, guter klinischer Erfolge in der Kleintiermedizin als etablierte Methode gilt, befinden sich die zementfreien Prothesensysteme, vor allem im Bezug auf Langzeitresultate, derzeit noch in der Erprobungsphase. In der zementfreien Hüftgelenkendoprothetik werden metaphysäre und diaphysäre Verankerungen unterschieden. In der vorliegenden Arbeit wird die Primärstabilität der zementfreien Schenkelhalsendoprothese Typ Spiron (metaphysäre Verankerung) am Hundefemur untersucht und mit einer konventionellen, ebenso zementfreien Geradschaft-Prothese Typ Zweymüller (diaphysäre Verankerung) verglichen.

12 12 2 LITERATURÜBERSICHT 2 Literaturübersicht 2.1 Anatomie des Hüftgelenkes Die Articulatio coxae des Hundes wird aus der konvexen Gelenkfläche des Caput ossis femoris und der konkaven Facies lunata des Acetabulum geformt. Den Rand der Facies lunata überhöht der faserknorpelige Ergänzungssaum, Labrum acetabulare, so dass die Pfanne über den Äquator des Gelenkkopfes hinausreicht und dieser um mehr als zur Hälfte umfasst wird (NICKEL et al. 1992). So wird aus dem Kugelgelenk ein Nussgelenk, eine Sonderform des Kugelgelenkes. Nach HENSCHEL (1983) ist das canine Hüftgelenk ein einfaches Kugelgelenk, da seinen Untersuchungen zu Folge beim Hund kein Labrum acetabulare ausgebildet ist und infolge dessen der Kopf um weniger als die Hälfte von der Pfanne umschlossen wird. Die Bewegungen des Kugelgelenkes werden didaktisch auf die drei Hauptebenen des Raumes zurückgeführt: in der Sagittalebene - Flexion und Extension, in der Transversalebene - Adduktion und Abduktion und in der Vertikalebene - Innen- und Außenrotation. Zusätzlich ist auch eine laterale Translation in neutraler Stellung unter lateromedialer Zugbelastung möglich (SMITH et al. 1990, HEYMAN et al. 1993). Am Hüftgelenk sind das Os femoris und das Os coxae mit seinen drei Anteilen des Os ilium, Os ischii und Os pubis beteiligt Os femoris, proximaler Abschnitt Das Os femoris stellt das Stylopodium der freien Beckengliedmaße dar. Es ist der stärkste Knochen des Skelettes. Das proximale Endstück trägt das halbkugelige Caput ossis femoris, das beim Fleischfresser durch ein deutliches Collum vom Corpus ossis femoris abgesetzt ist und deutlich kraniomedial vorragt. Die überknorpelte Gelenkfläche des Caput ossis femoris ist größer als die des Acetabulum, was charakteristisch für den konvexen Teil von Kugelgelenken ist (SMITH 1963). Mit Ausnahme der Fovea capitis ist das Caput ossis femoris fast komplett mit Gelenkknorpel überzogen. Diese Bandgrube liegt auf der medialen Fläche des Caput und dient dem Ansatz des Lig. capitis ossis femoris. Das Caput ossis femoris ist nur annähernd halbkugelförmig (SHIVELY u. VAN SICKLE 1982) und weist rassetypische Unterschiede in der Ausprägung seiner Form auf (RICHTER u. LOEFFLER 1976). So besitzt der Deutsche Schäferhund einen fast halbkugelförmigen Femurkopf, der dem Femurhals breitflächig aufsitzt. Der Teckel hat dagegen eine längsovale

13 2 LITERATURÜBERSICHT 13 Gelenkfläche, die medial deutlich vom Femurhals abgesetzt ist und kappenförmig übersteht. Abb. 1: Linkes Os femoris, Kaudalansicht; die Form der Gelenkfläche variiert rasseabhängig durch eine unterschiedliche Lage des medialen und dorsalen Gelenkrandes (RICHTER 1977). Der Gelenkkopf ist rasseabhängig mehr oder weniger deutlich durch den Femurhals vom Femurschaft abgesetzt (Abb. 1). Das Collum ossis femoris bildet distal einen Winkel zum Femurschaft, den sogenannten Centrum-Collum-Diaphysenwinkel (CCD), der die Abweichung des Femurhalses aus der Sagittalebene beschreibt. Der CCD beträgt beim Deutschen Schäferhund durchschnittlich 147 (STERCHI 1980). Darüber hinaus ist der Femurhals bei den einzelnen Hunderassen und individuell unterschiedlich kranial gedreht. Der Winkel, den der Femurhals dabei mit der Femurkondylenachse bildet, ist der Anteversionswinkel (ATW). Dieser Winkel misst durchschnittlich 31 (MONTAVON et al. 1985). Lateral des Gelenkkopfes befindet sich der Trochanter major zum Ansatz des M. glutaeus medius, dem stärksten Strecker des Hüftgelenkes sowie Rückwärts- und Aufwärtsführer der gesamten Gliedmaße (NICKEL et al. 1992). Der Trochanter major ist über einen Knochensteg mit dem lateralen Anteil des Femurhalses verbunden. Dieser stellt die proximale Begrenzung der Fossa trochanterica dar, in der die kleinen Rotationsmuskeln des Beckens ansetzen. Der Trochanter major erreicht beim Hund, mit Ausnahme des Teckels, in der Regel die Höhe des Femurkopfes, bei verschiedenen Hunderassen, wie auch beim Deutschen Schäferhund bleibt er unter dieser Höhe (RICHTER u. LOEFFLER 1976). Kaudal zwischen Trochanter major und dem mediodistal gelegenen Trochanter minor zeichnet sich eine stumpfe, rauhe Linie, die Crista intertrochanterica, ab. Der Trochanter minor bildet die Ansatzstelle für den M. iliopsoas. An der Lateralfläche des Schaftes, distal vom Trochanter major, kann der Trochanter tertius bei stark bemuskelten Tieren als undeutliche Rauhigkeit vertreten sein. Der M. glutaeus superficialis findet hier seinen Ansatz. Weiter distal, auf der beim Hund kranial gebogenen Kaudalfläche des Femurschaftes, befindet sich das Planum trochantericum.

14 14 2 LITERATURÜBERSICHT Acetabulum Das konkave, sich schräg kaudolateral öffnende Acetabulum hat eine annähernd halbkugelige Form. Es ist kaudoventral durch die Incisura acetabuli unterbrochen. Die peripher gelegene, mit Gelenkknorpel überzogene Artikulationsfläche ist halbmondförmig und wird daher Facies lunata genannt. Zentral liegt die Fossa acetabuli. Sie trägt keinen Gelenkknorpel, sondern bietet dem Lig. capitis ossis femoris Ursprung. Der Rand des Acetabulum wird durch das undeutliche, knorpelige Labrum acetabulare erhöht. Die Form der Beckenpfanne ist der Form des Femurkopfes entsprechend angepasst und variiert somit rasseabhängig (RICHTER u. LOEFFLER 1976). Das Acetabulum des Dackels ist längsoval und reicht nicht so weit nach dorsal wie beim Deutschen Schäferhund. Bei anderen Hunderassen, bei welchen die Form der Facies lunata annähernd kreisförmig ist, wie z.b. beim Boxer und Pudel, entsprechen sich Längen- und Höhendurchmesser. Der Deutsche Schäferhund nimmt eine Zwischenstellung zwischen diesen beiden Formvarianten ein. Im kranialen Bereich ist die Facies lunata bei allen Rassen am breitesten ausgebildet. Sie wird im mittleren dorsalen Pfannendach am schmalsten und nimmt im kaudalen Bereich wieder an Breite zu (RICHTER u. LOEFFLER 1976, EVANS 1993). Im kranialen Bereich ist die Facies lunata beim Deutschen Schäferhund ca. 16 mm tief und im Pfannendach ca. 9 mm breit (WAIBL 1988). Bei einem mittelgroßen Hund ist das Acetabulum durchschnittlich 1 cm tief und hat einen Durchmesser von 2 cm. Am vorderen Pfannenrand bildet die höckerige Area lat. m. recti femoris (Muskelhöcker für den Ursprung des M. rectus femoris) die kraniale Begrenzung. Der vordere Pfannenrand beschreibt bei Schäferhund und Pudel einen kaudolateral verlaufenden Bogen, beim Boxer ist er kantiger abgesetzt. Die Area lat. m. recti femoris überragt beim Dackel den vorderen Rand lateral und den Ramus acetabularis ossis ischii ventral. Beim Spaniel verläuft der vordere Pfannenrand flach nach kaudolateral. Das Acetabulum entsteht beim Hund aus vier getrennten Einzelknochen, dem Os ilium, dem Os pubis, dem Os ischii und kurzfristig dem Os acetabuli. Der kraniolaterale Anteil wird vom Corpus ossis ilii und der kaudolaterale Teil vom Corpus ossis ischii gebildet. Das Corpus ossis pubis schiebt sich von medial zwischen Darm- und Sitzbein. Sie verbinden sich zunächst durch Knorpelfugen im Acetabulum. Das Os acetabuli, der Knochenkern eines Schaltknochens, befindet sich im Zentrum zwischen den drei anderen Knochen (DYCE et al. 1991, NICKEL et al. 1992, EVANS 1993). Die Angaben in der Literatur zum zeitlichen Auftreten des Os acetabuli

15 2 LITERATURÜBERSICHT 15 sind nicht einheitlich. So erscheint es nach HARE (1961) in der 7. bis 12. Lebenswoche. KÖPPEL (1986) grenzt das Sichtbarwerden dieses Knochenkerns im Röntgenbild auf die 8. bis 11. Lebenswoche ein. Laut SCHRAN (1973) lässt sich dieser Zeitpunkt sogar auf die 9. Lebenswoche einengen. Im Alter von ca. 8 Wochen verschmilzt das Os acetabulare mit dem Schambein und später mit Darm- und Sitzbein (8-12 Wochen). Ab dem 4. bis 6. Lebensmonat verknöchern die Einzelknochen vollständig zum einheitlichen Os coxae. Während der Ausbildung des Pfannendaches bzw. der Tiefe der Gelenkpfanne wurde ein weiterer Schaltknochen, der T- Pfannendachkern bzw. das Os coxae quartum am Pfannendachrand beobachtet (KÖPPEL 1991), das ab der 14. Lebenswoche röntgenologisch sichtbar wird. Nach MAYRHOFER (1980), die den Knochenkern als Randapophyse der Hüftgelenkspfanne bezeichnet, ist er wiederum erst mit vier bis 4,5 Monaten röntgenologisch sichtbar. Ventral verbinden sich die beiden Hüftbeine in der Symphysis pelvina miteinander. Dorsal besteht eine Verbindung im straffen Iliosakralgelenk mit dem Kreuzbein Gelenkaufbau Gelenkkapsel des Hüftgelenkes Die Capsula articularis entspringt proximal am Rand des Acetabulums und setzt distal des Femurkopfes am Collum ossis femoris, dicht an der überknorpelten Gelenkfläche an. Sie umschließt die geräumige Gelenkhöhle. Die Kapsel besteht als Fortsetzung des Periostes aus zwei Schichten. Die äußere Membrana fibrosa stellt sich als derbe, fibröse Faserschicht dar. Die innere Membrana synovialis ist reich an Lymph- und Blutgefäßen sowie an Nerven. Sie wird innerviert von Rami articulares der vier Plexusnerven: N. ischiadicus, N. femoralis, N. glutaeus cranialis und N. obturatorius sowie aus Nervenästen der umgebenden Muskeln und des Periostes (STASZYK u. GASSE 2002). Die Membrana synovialis sezerniert über ihre mesotheliale Oberfläche die Synovia, eine muzinhaltige, daher fadenziehende, klare, bernsteinfarbene Flüssigkeit, welche die Reibung zwischen den Gelenkknorpelenden herabsetzt und zur Ernährung des gefäßlosen Knorpels dient. Der M. articularis coxae legt sich kraniolateral der Kapsel an und spannt diese (BUDRAS et al. 2000).

16 16 2 LITERATURÜBERSICHT Bänder des Hüftgelenkes Am Hüftgelenk des Hundes sind keine deutlichen, führenden Bänder erkennbar. Es wird hauptsächlich durch die Kapsel, Kapselverdickungen und die umgebenden Muskeln stabilisiert. Lediglich zwei Bänder mit z.t. ungeklärten Funktionen, Lig. capitis ossis femoris und das Lig. transversum acetabuli, ergänzen das Gelenk. Das Lig. capitis ossis femoris verläuft zwischen der Fossa acetabuli des Acetabulums und der Fovea capitis des Femurkopfes. Eine Abspaltung des N. obturatorius (STASZYK u. GASSE 2002) und die Teiläste der A. ligamenti capitis ossis femoris (KÖPPEL 1991) verlaufen in ihm in Richtung Femurkopf. Die Funktion des Lig. capitis ossis femoris ist weitgehend unklar (KÖPPEL 1991). Es hat eine bremsende Wirkung bei extremen Torsions-, Ad- und Abduktionsbewegungen. Da es relativ lang ist (1 bis 1,5 cm), kann ihm, mit Ausnahme der ersten Lebenswochen (RISER 1973), keine Haltefunktion zugeschrieben werden (HENSCHEL 1983, SMITH et al. 1990, KÖPPEL 1991). Es liegt in einer Schleife über der Fossa acetabuli und lässt sich erst nach Eröffnung des Hüftgelenkes komplett entfalten. Daher könnte es auch eine stoßbrechende Funktion haben, entsprechend dem bindegewebigen Pulvinar acetabulare beim Menschen (KÖPPEL 1991). Man vermutet ebenso eine gewisse Rolle in der Gefäßversorgung des Caput ossis femoris, da in ihm bis zum Ende der Wachstumsphase die Teiläste der A. ligamenti capitis ossis femoris verlaufen (KÖPPEL 1991, BUDRAS et al. 2000). Das zweite Band des Hüftgelenkes, das Lig. transversum acetabuli, verbindet die Spitzen der Facies lunata und überbrückt die Inc. acetabuli. Diese wird dadurch nahezu komplett verschlossen. Das Lig. transversum hält somit das Femurkopfband in seiner Lage (NICKEL et al. 1992) Muskulatur am Hüftgelenk Die an der Bewegung des Hüftgelenkes teilhabenden Muskeln sind zahlreich und stark und ermöglichen somit eine vielseitige Beweglichkeit (BUDRAS et al. 2000). Sie lassen sich topographisch in vier Gruppen einteilen: die äußeren Hüft- und Kruppenmuskeln, die Hinterbackenmuskeln, die medialen Oberschenkelmuskeln und die tiefen Hüftgelenksmuskeln. Die äußeren Hüft- und Kruppenmuskeln führen die Extension des Hüftgelenkes sowie die Abduktion der Gliedmaße durch und wirken somit während des Ganges dem Körpergewicht entgegen. Zu dieser Muskelgruppe gehören der M. glutaeus superficialis, M. glutaeus medius, M. piriformis und der M. glutaeus profundus. Sie entspringen an der Facies glutaea ossis ilii bzw. am

17 2 LITERATURÜBERSICHT 17 Kreuzbein, dem Corpus ossis ilii und dem Lig. sacrotuberale. Sie inserieren am Trochanter major ossis femoris und an der Tuberositas glutaea ossis femoris (M. glutaeus superficialis). Die Hinterbackenmuskeln, zu denen der M. biceps femoris, M. semitendinosus, M. semimembranosus und M. abductor cruris caudalis zählen, stellen ebenfalls Strecker des Hüftgelenkes dar. Der Ursprung der Hinterbackenmuskeln liegt am Sitzbein und am Lig. sacrotuberale. Sie finden ihren Ansatz überwiegend distal des Kniegelenkes in der Fascia cruris und an der Tibia. Der M. semimembranosus setzt sowohl am Condylus medialis ossis femoris als auch am Condylus medialis tibiae an. Der M. semitendinosus und der M. semimembranosus haben neben einer Extensionsfunktion auch eine Pronations- und Abduktionswirkung im Hangbein. Zu den Flexoren des Hüftgelenkes gehören der M. sartorius cranialis, M. tensor fasciae latae, M. iliopsoas und M. rectus femoris. Der M. sartorius cranialis entspringt am Tuber coxae und der Crista iliaca und inseriert in der Fascia cruris und an der Crista tibiae. Der M. tensor fasciae latae kommt ebenfalls vom Tuber coxae und inseriert in der Fascia cruris. Der M. iliopsoas hat seinen Ursprung ventral an den kranialen Lendenwirbeln und Rippen bzw. am Os ilium, zieht durch die Lacuna musculorum zum Oberschenkel und setzt dort am Trochanter minor an. Der M. rectus femoris ist ein Anteil des M. quadriceps femoris, welcher am Darmbeinkörper entspringt und über das Lig. patellae an der Tuberositas tibiae ansetzt (NICKEL at al. 1992). Die Adduktoren umfassen die medialen Oberschenkelmuskeln: M. sartorius caudalis, M. gracilis, M. adductor magnus, M. adductor brevis und M. pectineus. Sie entspringen, mit Ausnahme des M. sartorius caudalis, in der Gegend der Symphysis pelvina und inserieren an der Facies aspera ossis femoris bzw. in der Fascia cruris (M. gracilis). Die tiefen Hüftgelenksmuskeln ( kleine Beckengesellschaft ) repräsentieren eine Gruppe von Rotationsmuskeln, die kaudal des Hüftgelenkes liegen. Ihre Funktion ist die Auswärtsdrehung des Oberschenkels und Streckung des Hüftgelenkes, mitunter auch die akzessorische Abduktion, je nach Stellung des Femurs. Dazu gehören der M. obturatorius internus, M. obturatorius externus, die Mm. gemelli und der M. quadratus femoris. Sie entspringen am Hüftbein nahe dem For. obturatum bzw. am Tuber ischiadicum und inserieren in der Fossa trochanterica ossis femoris.

18 18 2 LITERATURÜBERSICHT Bewegungsumfang NEWTON (1985) ermittelte an 10 Mischlingshunden den durchschnittlichen Bewegungsumfang des Hüftgelenkes. VOLLMERHAUS et al. (1994) bestimmten die Bewegungsumfänge des caninen Hüftgelenkes. Es ergaben sich folgende Winkelwerte des Hüftgelenkes für die einzelnen Bewegungsarten: Bewegung Umfang nach NEWTON Flexion Umfang nach VOLLMERHAUS et al. Extension ca Abduktion Adduktion ca Innenrotation Außenrotation ca. 100 Tab. 1: Bewegungsumfänge am Hüftgelenk beim Hund nach NEWTON (1985) und VOLLMERHAUS et al. (1994) Nach LOTT (1988) bildet das Hüftgelenk im Stand beim Deutschen Schäferhund einen Winkel von 126 ( ) und beim Boxer von 124 ( ). 2.2 Biomechanik des caninen Hüftgelenkes Eine zentrale Stellung in der Diskussion zur Mechanik des Hüftgelenkes nimmt die Arbeit von PRIEUR (1980) ein. Er setzte die Grundlagen der Biomechanik der menschlichen Hüfte nach PAUWELS (1973) für die Verhältnisse beim Hund um. Auf diesen wichtigen Erkenntnissen bauen die meisten späteren Arbeiten auf. Um die Verteilung der vertikalen und horizontalen Kräfte zu erforschen, wurden Ganganalysen (DUELAND et al. 1977) durchgeführt und theoretische Modelle (PRIEUR 1980, ARNOCZKY u. TORZILLI 1981) erstellt Konstruktion der Hintergliedmaße Das statische Konstruktionsprinzip der Hintergliedmaße unterscheidet sich deutlich von jenem der Schultergliedmaße, die als vertikal stützende Säule bzw. als Auffanghebel, der von der

19 2 LITERATURÜBERSICHT 19 Hintergliedmaße zugeschobenen Last agiert. Dieser Vorwärtsschub der Beckengliedmaße wird über das straffe Iliosakralgelenk auf die Wirbelsäule und somit indirekt auf die Vordergliedmaße übertragen. Die Beckengliedmaße stellt also einen stark gewinkelten Stemm- oder Wurfhebel dar. Daraus resultiert die stärkere Bemuskelung der Hinterhand (NICKEL et al. 1992) Statische Belastung der Hintergliedmaße Im Stand trägt die Hinterhand des Hundes nur ca. 30% (KÜPPER 1980, PRIEUR 1980) bis 40% (KÖPPEL 1991) des Körpergewichtes, je nach Lage des Körperschwerpunktes. Je weiter kaudal sich der Schwerpunkt befindet, desto mehr Körpergewicht lastet auf der Hintergliedmaße. Die Lage des Schwerpunktes im Stand ist rasseabhängig (Abb. 2). Boxer, Greyhound und Whippet gehören zu den stark vorderlastigen Rassen. Ca % des Körpergewichtes lasten bei ihnen auf der Vordergliedmaße. Bei weniger vorderlastigen Rassen wie Rottweiler, Pudel, Deutscher Schäferhund, Dobermann, Deutsch Drahthaar und Terrier trägt die Vordergliedmaße 58-68% der Last. Auch bei adipösen Tieren verlagert sich der Schwerpunkt kaudal (LARCHÉ 1962).

20 20 2 LITERATURÜBERSICHT Abb. 2: Rasseabhängige Lage des Schwerpunktes und die davon abhängige Verteilung der Körperlast auf Vorder- und Hinterhand (Abb. LARCHÉ, 1962) Dynamische Belastung des Hüftgelenkes Bewegungen mit Ortsveränderungen (Lokomotion) beruhen prinzipiell auf einer Verschiebung des Schwerpunktes nach vorne, zur Seite oder nach hinten. Die Hauptbewegungsrichtung beim Hund ist nach vorne, weshalb auch der gesamte Körperbau auf die Vorwärtsbewegung ausgerichtet ist. Auf die Bewegung nach vorn eingestellt, liegt der Körperschwerpunkt näher am vorderen Rand der Unterstützungsfläche, aber nie davor (NICKEL et al. 1992). Bei der Vorwärtsbewegung werden die Gelenke einer Hintergliedmaße gestreckt und deren Abstemmen gegen den Boden eingeleitet. Der bodenwärts gerichtete Druck wird in einen nach vorne gerichteten Schub umgewandelt, der sich über das Becken und das Iliosakralgelenk auf den

21 2 LITERATURÜBERSICHT 21 Rumpf überträgt. Der Körperschwerpunkt verschiebt sich in Richtung der diagonalen Vordergliedmaße, die vom Boden abgehoben wird. Die den Schub auslösende Hintergliedmaße hebt vom Boden ab und schwingt nach vorne, um den Schwerpunkt aufzufangen. Gleiches spielt sich verzögert an den Gliedmaßen der anderen Seite ab. Es resultiert ein Pendeln des Körperschwerpunktes nach rechts und links (NICKEL et al. 1992). Die so auf das Hüftgelenk wirkende Kraft in der Bewegung ist erheblich größer als im Stand und kann in eine vertikale und eine horizontale Komponente unterteilt werden. Den vertikalen Anteil stellt überwiegend die Körpergewichtskraft dar, den horizontalen Anteil repräsentiert größtenteils die vorwärtstreibende Kraft (DUELAND et al. 1977, PRIEUR 1980) Ganganalysen Durch Ganganalysen beim Hund konnte gezeigt werden, dass die Hintergliedmaßen auch in der Bewegung höchstens 40% des Körpergewichtes tragen (BUDSBERG et al. 1987, PAGE et al. 1993). In biokinematischen Studien konnten die Gelenkwinkelung und die Phasen des Ganges untersucht werden (ADRIAN et al. 1966, DECAMP et al. 1993, ALLEN et al. 1994). Die Bestimmung der Bodenreaktionsfläche erfolgte in biokinetischen Untersuchungen (HUTTON et al. 1969, DUELAND et al 1977, BUDSBERG et al. 1987). Dabei wurden mittels Bodenkraftmessplatten Richtung und Größe der Kraft während des Auffußens der Gliedmaßen ermittelt. In Ganganalysen zeigte sich weiterhin, dass die dynamische Belastung während der Vorwärtsbewegung dann am größten war, wenn die Last während der mittleren Standbeinphase auf nur einem Hinterbein lag. Durch die entstehenden Bodenreaktionskräfte ließen sich erste Aussagen zur Belastung der Gliedmaße treffen. Während des Schrittes konnten Bodenreaktionskräfte in Höhe des 0,8fachen Körpergewichtes (HUTTON et al. 1969) gemessen werden. Die Belastung stieg mit zunehmender Geschwindigkeit bis zum 1,1fachen des Körpergewichtes (DUELAND et al. 1977) Theoretische Modelle Die im Hüftgelenk wirkenden Kräfte konnten theoretisch über zweidimensionale (BADOUX u. HOOGEVEEN 1976, PRIEUR 1980, ARNOCZKY u. TORZILLI 1981, WEIGEL u. WASSERMANN 1992) und dreidimensionale (SHAHAR u. BANKS-SILLS 2002) Modelle berechnet werden. Aus Längen- und Winkelmaßen der Strukturen am Hüftgelenk ließen sich

22 22 2 LITERATURÜBERSICHT durch Vereinfachungstechniken die Größe und Richtung der Hüftgelenkskräfte berechnen. PRIEUR (1980) ermittelte in einem vereinfachten zweidimensionalen Modell die Kräfte, die auf das Hüftgelenk wirken. Er zeigte, dass die Belastung des Hüftgelenkes nicht nur vom Körpergewicht abhängig ist, sondern auch von der Länge der Hebelarme am Hüftgelenk und von der Beschleunigung des Hundes. Die Gliedmaßen werden während des Ganges abwechselnd rechts und links der Medianen belastet. Durch die einseitige Last des Körpergewichtes entsteht medial des Hüftgelenkes ein Drehmoment am Becken. Nach den Grundprinzipien zur Erhaltung des Gleichgewichtes der Kräfte (PAUWELS 1973) muss lateral eine Muskelkraft entgegengesetzt werden, um den Körperschwerpunkt im Gleichgewicht zu halten. Diese Aufgabe erfüllen die Hüftabduktoren, vor allem die Glutaealmuskulatur, die am Trochanter major ansetzten. Die Strecke zwischen Femurkopfzentrum und Trochanter major entspricht der Länge des Hebelarmes der Glutaealmuskeln. Der Abstand zwischen Femurkopfzentrum und der Körperachse (Abb. 3) wiederum stellt den Hebelarm des entstehenden Drehmomentes dar; dieser ist ca. 2- bis 3-mal länger. Die Summe der Kräfte der Hebelarme ist die Kraft, die auf den Femurkopf einwirkt. Da der mediale Hebelarm mindestens doppelt so lang ist wie der laterale, muss die Muskelkraft auch mindestens doppelt so groß sein um das Gleichgewicht zu halten. Die Drehpunkte der beiden Hebelarme setzen im Zentrum des Femurkopfes an. Somit entspricht die auf den Femurkopf einwirkende Kraft einem Vielfachen des Körpergewichtes und die Belastung des Hüftgelenkes kann je nach Rasse das 3- bis 4fache des Körpergewichtes betragen. Bei Beschleunigung des Körpers werden die im Hüftgelenk auftretenden Kräfte zusätzlich vergrößert (PRIEUR 1980).

23 2 LITERATURÜBERSICHT 23 Abb. 3: Darstellung der Hebelarme des Hüftgelenkes zur Berechnung der Größe der Belastung im Hüftgelenk; sie haben einen gemeinsamen Drehpunkt im Femurkopfzentrum, die Kraft, die auf den Femurkopf einwirkt, entspricht dem 3- bis 4fachen Körpergewicht (PRIEUR 1980). Auch ARNOCZKY und TORZILLI (1981) erkannten, dass das Hüftgelenk größeren Kräften als dem einfachen Körpergewicht ausgesetzt ist. Sie berechneten in einem vereinfachten zweidimensionalen geometrischen Modell, basierend auf dem Prinzip des Gleichgewichtes der Kräfte im Hüftgelenk, eine Kraft in Höhe des 1,5fachen Körpergewichtes, die in der dreibeinigen Standphase auf das belastete Hüftgelenk einwirkt. Die Hüftgelenkskraft wurde vermehrt durch verkleinerte Hebelarmlängen bei einem vergrößerten Centrum-Collum-Diaphysenwinkel oder durch eine zusätzliche Abduktion der Gliedmaße. Diese Berechnungen beschränkten sich auf eine zweidimensionale Analyse der Kräfte in der Transversalebene, in der Ab- und Adduktionskräfte während der dreibeinigen Standphase des Ganges wirken. Dieses Modell wurde von WEIGEL und WASSERMANN (1992) weiterentwickelt. Sie demonstrierten den Zusammenhang von Bewegung, Beschleunigung, Körpergewicht und Muskelzug auf die Größe der horizontalen und vertikalen Hüftgelenkskräfte. So konnten sie zeigen, dass sich durch eine lineare Beschleunigung und Winkelbeschleunigung die Belastung des Hüftgelenkes vergrößert. In einem dreidimensionalen, mathematischen Modell der Hintergliedmaße des Hundes berechneten SHAHAR und BANKS-SILLS (2002) näherungsweise die Hüftgelenkskräfte im Stand. Daten zur Muskellänge, zu physiologischen Querschnitten, Ursprungs- und Ansatzstellen

24 24 2 LITERATURÜBERSICHT der Muskeln, Hebelarmen und Gelenkwinkeln flossen in die Berechnungen ein. Sie ermittelten eine Kraft zwischen dem 0,73- und 1,04fachen des Körpergewichtes, die in der mittleren dreibeinigen Standphase des langsamen Ganges auf das Acetabulum einwirkt. Die Richtung des Kraftvektors der Resultierenden R in der mittleren Standbeinphase des langsamen Schrittes verlief nach ventral, kaudal und lateral. Dabei bildete er einen Winkel von 30 nach ventral in Relation zur Femurhals-(z)-Achse und 20 nach kaudal in Relation zur x-y-ebene (PAGE et al. 1993) Winkel des Hüftgelenkes Die Winkelung im Hüftgelenk in der mittleren Standbeinphase beim Hund wurde in kinematischen Untersuchungen ermittelt. Das Femur befindet sich in der mittleren Standbeinphase in der Sagittalebene in einem Flexionswinkel von 110 in Bezug zur Darmbeinsäule, in einem Abduktionswinkel von 105 zum Beckenboden in der Transversalebene und einem Innenrotationswinkel von 0 bezogen auf die Femurlängsachse (ADRIAN et al. 1966, BERGMANN et al. 1984, PAGE et al. 1993, SHAHAR u. BANKS-SILLS 2002) Anteversion des Collum femoris Der Anteversions- oder Antetorsionswinkel gibt den Grad der Torsion des Femurhalses nach kranial an (Abb. 4). Er wird zwischen der Achse des Femurhalses in der Transversalebene und der Femurkondylenebene gemessenen (SCHAWALDER u. STERCHI 1981a). Die Messung dieses Winkels liefert je nach Messmethode unterschiedliche Werte. Bei der Messung der Femurtorsion an Femurpräparaten wurden durchschnittliche Werte zwischen 5,4 (DUELAND 1980) und 10 (RISER 1973, RISER et al. 1985) ermittelt. MAHRINGER (1991) erkannte dagegen mit dem Riedschen Messbrett, Ansteckgoniometer und Tasterzirkel einen Anteversionswinkel von durchschnittlich 33 ± 8,66. Die Femurtorsion kann auch am Röntgenbild bestimmt werden. NUNAMAKER et al. (1973) maßen am Röntgenbild einen mittleren Anteversionswinkel von 27. Anhand einer biplanaren Röntgenmethode wurden in indirekter Messung Winkel zwischen 18 bis 47 (MONTAVON et al. 1985) und deren Mittelwerte von 31 bis 33 (STERCHI 1980, SCHAWALDER u. STERCHI 1981a, SCHAWALDER u. STERCHI 1981b, BARDET et al. 1983, MONTAVON et al. 1985, MONTAVON 1992) bestimmt.

25 2 LITERATURÜBERSICHT 25 Abb. 4: Anteversionswinkel des rechten Collum ossis femoris( nach MONTAVON 1992) Beim Deutschen Schäferhund gelten Werte unter 18 (26 ) und über 42 (48 ) als pathologisch. Mit einer computertomographischen Methode ist es möglich, anhand von CT-Schnittbildern die Femurtorsion lagerungsunabhängig rechnerisch zu ermitteln. Dabei wurden Anteversionswinkel zwischen durchschnittlich 33,2 (17-49 ) für kleine Rassen und 33,8 (19-50 ) für große Rassen gemessen (LÖER 1999). Neben der rassetypischen, findet sich auch eine alters- und geschlechtsspezifische Abhängigkeit des Anteversionswinkels (RISER 1973, HAUPTMANN u. BUTLER 1980, STERCHI 1980, SCHAWALDER u. STERCHI 1981a, BARDET et al. 1983, MAHRINGER 1991, MONTAVON 1992, LÖER 1999). PRIEUR (1980) sowie ARNOCZKY und TORZILLI (1981) stellten fest, dass bei einem vergrößerten Anteversionswinkel und Coxa valga der Hebelarm zwischen dem Zentrum des Femurkopfes und dem Trochanter major verkürzt war und dadurch der Druck, der auf den Femurkopf im Acetabulum wirkte, größer wurde. Dies begünstigt die Entstehung von degenerativen Hüftgelenkserkrankungen. Der ursächliche Zusammenhang zwischen einem vergrößerten Anteversionswinkel und der Entstehung von degenerativen Hüftgelenkserkrankungen, wie der Hüftgelenksdysplasie (HD), ist jedoch nicht eindeutig belegt. Einige Autoren bestätigen einen Zusammenhang (NUNAMAKER 1974, DUELAND 1980, MONTAVON et al. 1985) und andere konnten keinen direkten Zusammenhang zwischen vergrößertem Anteversionswinkel und der HD erkennen (RISER u. SHIRER 1966, HAUPTMANN et al. 1985, SCHAWALDER et al. 1997).

26 26 2 LITERATURÜBERSICHT Druckverteilung und Lastübertragung an den Gelenkflächen des Hüftgelenkes Für die Belastung der Gelenkflächen des Hüftgelenkes stellten BADOUX und HOOGEVEEN (1976) fest, dass eine exzentrische Lasteinwirkung im Hüftgelenk eine entscheidende Rolle in der Entstehung der Hüftgelenksdysplasie spielt. Das Acetabulum eines hüftgesunden, adulten Hundes weist, mit Ausnahme von Dackel und Deutschem Schäferhund, eine gleichmäßig runde Form auf. Aufgrund der Kongruenz der belasteten Gelenkknorpelflächen wird der Druck pro Fläche gleichmäßig über eine möglichst große Fläche der Facies articularis übertragen. Bei juvenilen Hunden hingegen ist das Acetabulum queroval geformt, so dass vor allem im dorsalen Bereich bei der Artikulation mit dem Femurkopf eine Inkongruenz vorhanden ist. Das Pfannendach wird erst unter Belastung zur Artikulationsfläche und gleicht so die Inkongruenz aus. Auch bei dysplastischen Acetabula zeigte sich eine ähnlich ovale Form, wie sie beim juvenilen Acetabulum zu finden ist. Der mangelnde Kontakt im dorsalen Pfannenbereich führt aufgrund fehlender Stimulation des Knorpels zu einer Degeneration und Abflachung der Knorpelfläche. Da die Belastungsfläche verkleinert wird und somit der Druck auf diese Fläche steigt, entstehen Belastungsspitzen, was zur Überbelastung des Gewebes führt und die Entstehung der Coxarthrose begünstigt. Zwischen zwei Gelenkflächen eines Gelenkes, also auch im Kugelgelenk, ist die Druckübertragung nur durch senkrecht zur Gelenkoberfläche stehende Kraftvektoren möglich. KUMMER (1968) zeigte, dass in einem idealen Kugelgelenk die druckübertragende Fläche nicht identisch mit der Kontaktfläche ist. Bei der Belastung war selbst bei zentrischer Einwirkung des Kraftvektors die Spannungsverteilung im Gelenkknorpel nicht gleichmäßig, denn die Spannung nahm zum Durchstoßpunkt der Wirkungslinie der Kraft zu und nach den Rändern hin ab. Anhand eines ideal kongruenten Kugelgelenk-Modells konnten KUMMER et al. (1987) erklären, dass an der Kontaktfläche zwischen beiden Gelenkflächen nur Kräfte übertragen werden, die senkrecht zur Gelenkoberfläche stehen. Im Modell nach PRIEUR (1980) teilt sich die Resultierende R, der Summenvektor aus vertikaler, transversaler und horizontaler Kraftkomponente, in viele parallele Kraftvektoren auf (Abb. 5). Wenn die Resultierende R am Pol des Gelenkkopfes auftrifft, wird die gesamte Halbkugelfläche des Gelenkes belastet und die Spannungen symmetrisch verteilt. Trifft die Resultierende R, wie bei einer exzentrischen Belastung in einem subluxierten Gelenk (Abb. 6) außerhalb des Gelenkpols auf, sind die Teilkräfte ungleich und somit die Spannungen unsymmetrisch verteilt. Mit zunehmender exzentrischer Lage von R stiegen die Spannungen gegen den Pfannenrand. Die

27 2 LITERATURÜBERSICHT 27 tatsächlich tragende Gelenkfläche nimmt ab, da der Anteil der Teilkräfte, die senkrecht zur Gelenkoberfläche stehen, geringer werden. R Abb. 5: Druckverteilung am gesunden Gelenk (PRIEUR 1980). R Abb. 6: Exzentrische Druckverteilung beim subluxierten Gelenk (PRIEUR 1980).

28 28 2 LITERATURÜBERSICHT 2.3 Biomechanik des Hüftgelenkes des Menschen Das menschliche Hüftgelenk ist ein vielachsiges Kugelgelenk, in dem Bewegungen in unendlich vielen Freiheitsgraden möglich sind. Es besitzt drei Hauptachsen. Die Bewegungsausmaße des Hüftgelenkes sind abhängig von Alter, Geschlecht und Körperbau. Die durchschnittliche passive Beweglichkeit des menschlichen Hüftgelenkes beträgt für: Flexion / Extension ; Abduktion / Adduktion ; Rotation in Flexion: Innenrotation / Außenrotation ; Rotation in Extension: Innenrotation / Außenrotation (ROACH u. MILES 1991). Die Kräfte, die während der Bewegung im menschlichen Hüftgelenk auftreten, sind von der Art der Bewegung abhängig. Beim Einbeinstand schätzten WILLIAMS und SVENSSON (1971) die Hüftgelenkskräfte auf das ca. 6fache des Körpergewichtes. PAUL (1965, 1976) sowie PAUL u. Mc GROUTHER (1975) konnten mittels indirekter Messung über Elektromyographie der beteiligten Muskelgruppen zeigen, dass die Spitzenkontaktkräfte des Hüftgelenkes während des Gehens, abhängig von der Schrittlänge und der Geschwindigkeit, ungefähr dem 3,5- bis 6fachen des Körpergewichtes entsprachen. RYDELL (1966) implantierte eine Austin-Moore-Prothese mit Spannungs- und Kraftmesser in einen Patienten und führte so die ersten direkten Messungen der Kräfte im Hüftgelenk durch. Die 6 Monate nach Implantation gemessenen Kontaktkräfte betrugen beim Gehen das 2,3- bis 3,3fache des Körpergewichtes. Mittels telemetrisch bestückter Hüftendoprothesen ermittelten DAVY et al. (1988) und BERGMANN et al. (1993) die maximal auftretenden Hüftgelenkskräfte: für den Einbeinstand das 2,1- bis 3,1fache, für den Zweibeinstand das 0,6- bis 1,0fache und für langsames Gehen das 2,5- bis 3,1fache des Körpergewichtes. Dabei zeigte sich, dass die resultierende Kraft nur in einem begrenzten Bereich der Prothese auftritt (Abb. 7).

29 2 LITERATURÜBERSICHT 29 Abb. 7: Dreidimensionale Aufzeichnung des Kraftvektors beim Gang (BERGMANN et al. 1993) 2.4 Knochendichte und Knochendichtebestimmung Aufbau des Röhrenknochens Der Röhrenknochen besteht im Bereich des Schafts aus der außen liegenden Kompakta bzw. an den Knochenenden aus der Kortikalis und der inneren, trabekulären Spongiosa. Aufgrund ihrer lamellenartigen Struktur verleihen Kompakta und Kortikalis dem Knochen eine hohe Widerstandskraft gegen Druck-, Zug- und Scherkräfte und übernehmen den größten Teil der Stützfunktion des Skelettes (LIEBICH 1999). Die Spongiosa besteht aus einem feinverzweigten Netzwerk von Knochenbälkchen, -blättchen und -röhrchen. In ihr befinden sich das rote Knochenmark, Gefäße sowie Fettgewebe (weißes Knochenmark). Der Knochen wird vom zweischichtigen Periost überzogen. Das Periost besteht aus einer äußeren derbfibrösen Schicht, Fibrosa, und einer inneren, locker gefügten, Gefäße und Nerven führenden Schicht, Kambium Bestandteile des Knochens Das Knochengewebe setzt sich aus Knochenzellen und Interzellularsubstanz zusammen. Die Interzellularsubstanz wird wiederum in organische und anorganische Matrix unterteilt. Die organische Matrix besteht zu 90% aus Typ I Kollagen (TIFFIT 1980), welches über Disulfidbrücken und sogenannte Crosslinks dreidimensional vernetzt ist. Ca. 10% sind nichtkollagene Proteine wie Osteocalcin, Osteonectin und Bone Sialoprotein. Die anorganische Matrix enthält zum größten Teil Phosphor und Calcium, gebunden als

30 30 2 LITERATURÜBERSICHT Calciumhydroxylapatit (KARLSON et al. 1994). Es ist in Form von Kristallen, in Nadel-, Plättchen- oder Stäbchenform zwischen oder innerhalb der Kollagenfibrillen angeordnet (TRAUB et al. 1989). Weitere Bestandteile der anorganischen Matrix sind Citrate, Carbonate, Natrium, Magnesium, Fluor und Strontium. Zu den Knochenzellen gehören die Knochenvorläuferzellen, die aus mesenchymalen Stammzellen entstehen. Aus ihnen entwickeln sich die Osteoblasten, welche die Knochenmatrix synthetisieren. Sie bilden das Osteoid, eine glykoproteidreiche Grundsubstanz, die nachfolgend extrazellulär kalzifiziert wird. Von mineralisierter Matrix eingeschlosse Osteoblasten werden als Osteozyten bezeichnet. Aus den Osteoblasten können sich ebenso endostale Belegzellen entwickeln, die als längliche, flache Zellen die endostalen Knochenenden bedecken, die sich nicht im Umbau befinden. Aus einer Monozytenpopulation gehen mehrkernige Riesenzellen hervor, die Osteoklasten. Sie sind für die Resorption der Knochenmatrix verantwortlich. Der Knochenabbau erfolgt durch Produktion und Sekretion von Wasserstoffionen, freien Radikalen und lysosomalen Enzymen durch die Osteoklasten. Die mineralisierte Matrix wird aufgelöst und von den Osteoklasten abtransportiert. Nachfolgend wird die organische Matrix abgebaut, dabei entstehen Resorptionslakunen (JUNQUEIRA u. CARNEIRO 1996). Durch die ständigen Ab- und Aufbauvorgänge im Knochen kann er lebenslang ersetzt und umgebaut werden. Im Wachstum wird dies als Modelling bezeichnet, da vor allem ein formender Knochenaufbau stattfindet. Beim ausgewachsenen Tier findet ein Remodelling, der ständige Umbau des Knochengewebes, statt Bestimmung der Knochendichte, Osteodensitometrie Bei der Osteodensitometrie erfolgt die Messung der Knochendichte (bone mineral density, BMD) oder des Mineralgehaltes des Knochens (bone mineral content, BMC). Die Osteo-densitometrie ist die anerkannte Methode zur Diagnose von Osteoporose (LOOKER et al. 2000). Zur Messung der Knochendichte stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung: a) Ultraschall Bei dieser Messmethode wird Ultraschall unterschiedlicher Wellenlängen eingesetzt und dessen Schallabschwächung oder Leitungsgeschwindigkeit gemessen. So kann neben der Knochendichte auch die Elastizität des Knochens bestimmt werden. Bei dieser Methode wird keine ionisierende Strahlung eingesetzt und es kann an verschiedenen Körperstellen, wie Fingerphalangen oder

31 2 LITERATURÜBERSICHT 31 Calcaneus, nicht aber direkt am Femurhals oder an der Wirbelsäule gemessen werden. Mit Ultraschall ist es möglich Osteoporose und Osteopenie zu diagnostizieren (BENITEZ et al. 2000), sowie ein Frakturrisiko vorherzusagen (HANS et al. 1996). b) Photonenabsorption Bei der Photonenabsorption erfolgt die Bestimmung der Knochendichte durch Messung der Abschwächung eines Röntgen- oder Photonenstrahls durch das Hydroxylapatit des Knochens. Am Messort wird Spongiosa und Kortikalis flächig abgebildet und integral als Masse pro Fläche vermessen. Es wird jedoch nicht die physikalische Dichte bestimmt, sondern die Masse kalziumhaltiger Kristalle pro Volumen (KANN 2001). Als optimale Methode zur Bestimmung der Knochendichte gilt das DEXA-Verfahren (dual energy X-ray absorptiometry), bei der eine Röntgenröhre als Photonenquelle dient (CONSENSUS DEVELOPMENT CONFERENCE 1993). Meist wird die Messung an der Wirbelsäule oder am Collum ossis femoris durchgeführt, sie kann jedoch auch an anderen Knochen ausgeführt werden. Vorteile dieser Methode sind die geringe Strahlenbelastung, die gute Verfügbarkeit, sowie die hohe Präzision von 98-99% (RIGGS u. MELTON 1995). Nachteilig sind die fehlende Unterscheidung zwischen kortikalem und trabekulärem Knochengewebe und die mögliche Verfälschung der Messergebnisse um bis zu 20% durch Veränderung des Knochenmarkes oder der extraossären Knochenzusammensetzung (BOLOTIN u. SIEVÄNEN 2001). c) Computertomographie Bei der Computertomographie erfolgt wie bei der Photonenabsorption eine Abschwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Knochen und liefert somit Hydroxylapatit- Schwächungswerte als Volumenwerte. Es werden Schichten in verschiedenen Projektionen vermessen und dann zu einem Bild zusammengesetzt. Dabei wird ein definiertes Volumen gemessen und das Messergebnis als Masse pro Volumen angegeben. Somit kann eine exakte Angabe des Mineralgehaltes als Volumenwert in g/cm 3 gemacht werden. Der Mineralgehalt kann jedoch auch als volumenäquivalenter Schwächungskoeffizient µ ausgedrückt werden. Nur diese beiden Größen beziehen sich auf ein definiertes Volumen von 1 cm 3 (REINERS 1991). Man unterscheidet die an der Wirbelsäule durchgeführte quantitative Computertomographie (QCT) und die an Radius und Ulna vorgenommene periphere quantitative Computertomographie (pqct). Es entsteht ein überlagerungsfreies Schichtbild, bei dem zwischen spongiösem und

32 32 2 LITERATURÜBERSICHT kortikalem Knochengewebe unterschieden werden kann. Diese Möglichkeit sowie die hohe Präzision der Messung sind Vorteile dieser Methode. Die hohe Strahlenbelastung der QCT sowie mögliche Fehler in der Messung durch Knochenmarksfettgewebe und das komplizierte Wiederfinden der Messstellen erweisen sich als nachteilig (KUIPER et al. 1996, GENANT et al. 2000). d) Mikrocomputertomographie Sie dient der Darstellung und Beurteilung von trabekulärem Knochen in drei Dimensionen. Diese Methode kann ausschließlich bei kleinen Proben in vitro verwendet werden und ist deshalb auf die Anwendung bei Tiermodellen und post-mortem-präparaten beschränkt. Von Vorteil ist jedoch, dass die Biopsien nicht zerstört werden und somit noch für histologische oder weitere Untersuchungen zur Verfügung stehen (FELDKAMP et al. 1989, RUEGSEGGER et al. 1996). 2.5 Indikationen für Hüftgelenkendoprothesen Indikationen beim Hund Als Indikation für die Implantation einer Hüftendoprothese oder Hüfttotalendoprothese werden krankhafte Veränderungen angesehen, die dauerhafte Schmerzen verursachen und/oder die Biomechanik der Hüfte verändern Hüftgelenksdysplasie Die Hüftgelenksdysplasie (HD) ist die häufigste Skelettentwicklungsstörung beim Hund. Betroffen sind Hunde aller Rassen, vor allem aber Hunde großwüchsiger Rassen mit einer Inzidenz von bis zu über 50%. Die HD ist eine multifaktorielle Erkrankung, bei der sowohl hereditäre als auch Umwelteinflüsse, wie Ernährung und Haltung, zu der fehlerhaften Entwicklung des Hüftgelenkes führen (BRUNNBERG 1998). Durch Misswuchs an Acetabulum und Femurkopf kommt es zu einer unzureichenden Stabilität des Hüftgelenkes. Der Femurkopf luxiert oder subluxiert im Laufe des Wachstums (Abb. 8). Die primäre Entwicklungsstörung des Hüftgelenkes, die sich als Lockerung zeigt, kann im Verlauf der verschiedenen Wachstumsperioden der Welpen auftreten. Durch Entwicklungsstörungen des Pfannengrundes, unvollständige Entwicklung des Pfannenrandes und ausbleibendem formativen Reiz des

33 2 LITERATURÜBERSICHT 33 Femurkopfes auf das Acetabulum (SCHAWALDER u. SPIESS 1990) kommt es zur Abflachung der Pfanne (HENRICSON u. OLSSON 1959, DÄMMRICH 1979). Die Formveränderungen des Caput ossis femoris äußern sich in Abflachung, Verkleinerung oder Verbreiterung des Femurkopfes bis hin zu einem dreieckigen oder pilzförmigen Aussehen. Am Collum ossis femoris führen die Verformungen zur Verkleinerung oder Vergrößerung des Collumwinkels. Auch am Trochanter major kommt es zu Verformungen; er wird stärker und erscheint höher als das Caput ossis femoris. Typisch für das Krankheitsbild der HD sind ebenso die Verdickung der Gelenkkapsel und inflammatorische Veränderungen der Synovia. Die Gelenkflächen sind nicht mehr konzentrisch und passen nicht mehr optimal zusammen (RISER 1973). Als sekundäre Gelenkveränderungen zeigen sich Osteophytose, Knochenzysten und Eburnation infolge des Abschleifens und der Abnutzung des Gelenkknorpels. Es bildet sich eine Sekundärarthrose, die Coxarthrose, der eine Atrophie der Becken- und Oberschenkelmuskulatur folgt. Abb. 8: Röntgenbild einer caninen Hüfte mit beidseitiger hgr. HD (deutliche Pfannendachabflachung und Abflachung des Femurkopfes) (BRUNNBERG 1998) Zur Untersuchung auf HD wird der Sitz des Femurkopfes im Acetabulum auf verschiedene Weise überprüft. Häufig wird der Ortolani-Test verwendet. Kommt es bei diesem Test zu einer Femurluxation oder subluxation liegt eine HD vor. Beim Zurückgleiten des Femurs in die