Aus der Orthopädischen Klinik des St.Josef-Hospital Bochum Universitätsklinik. Ruhr-Universität Bochum (Direktor: Prof. Dr. J.

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1 Aus der Orthopädischen Klinik des St.Josef-Hospital Bochum Universitätsklinik Ruhr-Universität Bochum (Direktor: Prof. Dr. J. Krämer) 2- bis 4-Jahres-Ergebnisse zementfreier Pressfit-Pfannen bei Hüfttotalendoprothesen mit digitaler Migrationsvermessung mittels DiagnostiX 2048 INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin einer Hohen Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum vorgelegt von Levent Özokyay Istanbul (2000)

2 Dekan : Prof. Dr. G. Muhr Referent : PD Dr. K. Bernsmann Koreferent : PD Dr. R. Smektalla Tag der mündlichen Prüfung:

3 Für meine Familie

4 Inhaltsverzeichnis I Einleitung 1 II Allgemeiner Teil 1. Indikationen zur Hüfttotalendoprothese A. Degenerative Hüftgelenkserkrankungen a. Primäre Arthrose 3 b. Sekundäre Arthrose 4 c. Dysplasiecoxarthrose 5 B. Rheumatischer Formenkreis 8 C. Frakturen 9 D. Sonstige Erkrankungen Biomechanik des menschlichen Hüftgelenkes Fixationsmöglichkeiten der Hüftprothesenpfannen A. Zementierte Pfannen 16 B. Zementfreie Fixation 18 C. Oberflächenbeschichtungen der Pressfit-Pfannen 22 D. Gleitkomponenten Migrationsmessungen A. Analoge Verfahren 27 B. Röntgenstereophotogrammetrie (RSA) 30 C. Ein-Bild-Röntgen-Analyse (EBRA) 31 D. Meßverfahren mit digitaler Bildverarbeitung 32

5 III Spezieller Teil 1. Klinische Untersuchung mit Hüftscoreergebnissen A. Material und Methodik a. Patienten 34 b. Pfannendesign 38 c. Datenerhebung, Untersuchung, Scores 39 B. Ergebnisse a. Intraoperatives Verfahren 40 b. Postoperative Komplikationen 42 c. Klinische Ergebnisse 43 d. Scoreergebnisse Radiologische Untersuchung A. Material und Methodik a. Patientenkollektiv 53 b. Meßverfahren 54 B. Ergebnisse Digitale Migrationsanalyse (DMA) A. Material und Methodik a. Patienten 61 b. Meßverfahren 62 B. Ergebnisse 66 C. Vergleich der DMA mit den klinischen Ergebnissen Diskussion Schlußfolgerungen 95 IV Literaturverzeichnis 96 V Danksagung 115 VI Lebenslauf 116

6 Abkürzungen AAOS - American Academy of Orthopaedic Surgeons Abb. - Abbildung bzw. - beziehungsweise CT - Computertomographie EBRA - Ein(zel)bildröntgenanalyse HA - Hydroxyapatit HDPE - Hochdichtes Polyethylen MW - Mittelwert RSA - Röntgenstereophotogrammetrie SD - Standardabweichung SICOT - Société Internationale de Chirurgie Orthopédique et de Traumatologie sog. - sogenannt Tab. - Tabelle UHMWPE - Ultra-Hoch-Molekulargewicht-Polyethylen

7 I Einleitung Die Endoprothetik des menschlichen Hüftgelenks ist zu dem herausragenden chirurgisch-orthopädischen Eingriff geworden. Weltweit werden jährlich zur Zeit etwa Hüfttotalendoprothesen (Hüft-TEP) implantiert (ILCHMANN 1995) und die Anzahl der Primärimplantationen steigt weiter (MALCHAU ET AL. 1993). Die Langzeitfunktionalität der Hüft-TEP wird durch die Komponentenlockerung bestimmt und diese bedingt ein bedeutendes sozioökonomisches Problem, dargestellt in der bisher umfangreichsten prospektiven Studie, die seit 1979 in Schweden durchgeführt wird und bei der alle Hüftendoprothesen sowie deren Komplikationen erfaßt werden (ILCHMANN 1998; MALCHAU ET AL. 1993; AHNFELD ET AL.1990). Die Mechanismen der aseptischen Lockerung erscheinen vielfältig und sind bisher nur in Ansätzen bekannt (FRANZÉN ET AL. 1990; HUISKES 1993; MJÖBERG 1997). Die Definition von klinischer und radiologischer Lockerung ist kontrovers und bisher lassen sich keine objektivierbaren Kriterien beschreiben (GALANTE 1985). Klinische Kriterien der Lockerung sind unspezifisch und zeigen nur eine mäßige Korrelation mit den Ergebnissen operativer Revisionen (DICKOB ET AL.1994; SIMANK ET AL. 1998). SCHNEIDER ET AL. (1997 und 1998) berichten über biochemische Marker des Knochenstoffwechsels, die Hinweise auf Lockerungen im Endoprothesenlager geben können. Zum jetzigen Zeitpunkt erscheinen diese jedoch noch zu unspezifisch. Daraus ergibt sich die Frage nach einer effektiven und vor allem frühzeitigen Diagnosemöglichkeit der Lockerung der Hüftprothesen, vor allem der Pfannen. Diese sind nach den meisten Studien eher von einer Lockerung betroffen als die Schaftkomponente (ENGH ET AL.1990; ILCHMANN ET AL.1992; INCAVO ET AL. 1993; SCHMALZRIED ET AL. 1994). Dies gilt sowohl für die zementierten als auch die zementfrei eingebrachten Pfannen. Für die Szinigraphie werden vor allem für die Pfannenkomponenten in der Literatur widersprüchliche Ergebnisse aufgeführt (SCHICHA ET AL. 1986; RUSSE 1988).Radiologische Verlaufskontrollen sollten regelmäßig als Routineuntersuchung durchgeführt werden, um möglichst frühzeitig Änderungen festzustellen.

8 DELEE und CHARNLEY (1976) definierten Lockerungssäume um zementierte Pfannen, GRUEN (1979) für die Schaftkomponenten. Dennoch zeigen sich eine deutliche Meinungsunterschiede über das Auftreten von Lockerungssäumen, BRAND ET AL. (1985) und JACOB ET AL. (1989) betrachten Übersichtsaufnahmen von Becken und Hüfte als ungeeignet zur Evaluation von Komponentenlockerungen. Für die genaue radiologische Diagnostik der TEP-Lockerungen wurden etliche analoge und digitale Meßverfahren vorgestellt und eingeführt, die basierend auf Röntgenaufnahmen durchgeführt werden ( SELVIK 1974; RUSSE 1988; NUNN ET AL. 1989; SUTHERLAND ET AL. 1982; KRISMER ET AL. 1995) Die frühzeitige Diagnostik der Lockerung bei Hüftendoprothesen ist von entscheidender Bedeutung für den Revisionseingriff, da es aufgrund der Lockerung zu einem Knochensubstanzverlust kommt. Dies gilt sowohl für die aseptische Lockerung der zementierten als auch der zementfreien Prothesen. Problematisch ist die Lockerung der Hüftendoprothesen auch, weil die meisten Patienten klinisch lange Zeit unauffällig sind. Aufgrund der Vielzahl von Prothesen mit unterschiedlichen Materialien und Kombinationsmöglichkeiten ist eine dominierende Prothesenart bzw. eine herausragende Fixierungstechnik nicht festzulegen. In der nachfolgenden Studie haben wir Patienten untersucht, die im Zeitraum vom 01.Januar 1993 bis zum 30.Juni 1995 mit einer zementfreien Pressfit-Pfanne der Typen PLASMACUP (AESCULAP ) oder OCTOFIT (ENDOTEC/TOURNIER ) in unserer Klinik versorgt wurden. Ziele der von uns durchgeführten Untersuchung waren a. die Ermittlung des klinischen Ergebnis zweier unterschiedlich geformter und beschichteter Pressfit-Pfannen mit Bestimmung von postoperativen Scoreergebnissen b. die analoge Bewertung der angefertigten Röntgenbilder c. die Durchführung einer Digitalen Migrationsanalyse (DMA) mit Hilfe des Systems DiagnostiX 2048 nach der von MÜLLER ET AL. (1996) beschriebenen Methode zur Überprüfung der Vergleichbarkeit von Hüft- und Beckenaufnahmen.

9 II Allgemeiner Teil 1. Indikationen der Totalen Hüftendoprothese A. Degenerative Hüftgelenkserkrankungen Unterschieden werden die primäre Arthrose und die sekundäre Arthrose, die im Gefolge von Arthritiden und kausalpathogenetisch definierten Arthropathien vorkommt (GEILER 1995). In der englischsprachigen Literatur wird der Ausdruck Osteoarthritis bevorzugt und so der reaktiv inflammatorische Prozess betont. Als Sonderform kann die Arthrose, bedingt durch eine Hüftdysplasie, betrachtet werden. Diese Arthroseform spielt eine wichtige Rolle bei der Endoprothetik des Hüftgelenkes, da eine Implantation der Prothesenkomponenten deutlich erschwert ist (CROWE ET AL. 1979; GARVIN ET AL. 1991). Zudem ist die Komplikationsrate deutlich erhöht und die es finden sich weniger gute Langzeitergebnisse nach Hüftgelenksersatz als bei Patienten mit primärer Coxarthrose (WOLFGANG 1990; STANS ET AL. 1993). HARRIS ET AL. (1977) äußerten die Vermutung, das die kongenitale Hüftdysplasie die zugrundeliegende Erkrankung bei 50 % der Patienten mit Coxarthrose ist, die sich zu einer Hüft-TEP vorstellen. a. Primäre Arthrose Die primäre Osteoarthrose oder Arthrosis deformans ist die häufigste Erkrankung der peripheren Gelenke und Wirbelsäule (Spondylarthrose). Hauptlokalisationen sind die großen Gelenke, bevorzugt die Knie- und Hüftgelenke. Sie stellt eine nicht inflammatorische progressive Erkrankung der Gelenke dar, deren Ursache im Einzelfall nicht bekannt ist (NIETHARD UND PFEIL 1992). Pathogenetisch bedeutungsvoll sind Überlastungen und Fehlbelastungen der Gelenke, genetische Faktoren sowie höheres Lebensalter. Ort der Primärläsion ist der Gelenkknorpel. Wahrscheinlich sind ein vermehrter Abbau des Knorpels und eine veränderte Syntheseleistung der Chondrozyten kombiniert. Folge ist ein vollständiges Verschwinden des Knorpels in gewichtbelasteten Zonen, die knöcherne Deckplatte wird freigelegt (GEILER 1995).

10 Daraus resultieren Deckplatteneinbrüche, Spongiosanekrosen mit Geröllzysten und ein reaktives chronisches Granulationsgewebe, das die Geröllzysten umschließt. Andererseits entwickelt sich subchondral ein Knochenanbau, der zur bandartigen Sklerose führt. In den druckentlasteten Randzonen der Gelenke bilden sich Osteophyten. Häufig zeigt sich in fortgeschrittenen Stadien eine Detritussynovialitis der Synovialmembran, ausgelöst durch kleine Knorpel- und Knochenfragmente. Makroskopisch findet sich ein gelblicher Knorpel, mit Aufrauhungen, Fissuren und Erosionen auf der Oberfläche. Im Röntgenbild imponieren die Gelenkspaltverschmälerung, die subchondrale Sklerose, die Geröllzysten und die osteophytären Anbauten (GREENFIELD 1986). Klinisch ist die Erkrankung durch eine zunehmende Schmerzsymptomatik gekennzeichnet. Unterschieden werden der Einlaufschmerz, die Schmerzen nach längerer Belastung sowie die später auftretenden Ruhebeschwerden. Im Verlauf der Erkrankung wechseln sich schmerzarme Phasen und solche mit vermehrten Beschwerden ab (aktivierte Koxarthrose) (NIETHARD UND PFEIL 1992). b. Sekundäre Arthrose Sekundäre Arthrosen entwickeln sich bei nicht vollständig ausgeheilten Hüftgelenkserkrankungen (Tab. 1) oder im Gefolge von kausalpathogenetisch definierten Arthropathien (Tab. 2). Ursachen der sekundären Coxarthrose Gestörte Biomechanik Hüftdysplasie Epiphyseolysis capitis femoris Morbus Perthes Idiopathische Hüftkopfnekrose Gelenkfrakturen Gestörte Gelenkbiologie Infekt Rheumatische Erkrankungen Arthropathien Tab. 1: (aus Niethard, Fritz: Orthopädie (Duale Reihe); Stuttgart: Hippokrates-Verlag, 1992)

11 Durch die Defektheilung kommt es zu einer präarthrotischen Deformität, die ursächlich für die Entwicklung des Gelenkverschleisses ist. Grundleiden der Arthropathien, die zu sekundärer Arthrose führen können: -Stoffwechselstörungen, z.b. Alkaptonurie -Bluterkrankungen, z.b. Hämophilie -Endokrinopathien, z.b. Diabetes mellitus -Nervale Erkrankungen, z.b. Tabes dorsalis, Syringomyelie Tab. 2: (modifiziert nach Geiler, Gelenke und Sehnen in: Pathologie, S. Blümcke- Berlin; New York: de Gruyter 1995) Die Dysplasiecoxarthrose, die Gelenkfrakturen sowie die Arthrosen bedingt durch den rheumatischen Formenkreis führen im Spätstadium zu einer sekundären Arthrose, ätiologisch sind sie jedoch nicht den degenerativen Arthrosen zuzurechnen. Daher werden sie nachfolgend gesondert aufgeführt. Klinisch und radiologisch ähneln die sekundären Arthrosen der primären Arthrose, die Morphologie wird durch die Grunderkrankungen bestimmt. c. Hüftgelenksdysplasie Die Ursachen der Dysplasiecoxarthrose liegt in einer Störung der Verknöcherung des Pfannenerkers. Die Folge ist eine Dezentrierung des Hüftkopfes aus der Hüftgelenkspfanne. Somit kann es im Extremfall zu einer Hüftgelenksluxation kommen. In anglo-amerikanischen Literatur werden diese beiden Phänomene aufgrund ihrer morphologischen Entität als congenital dislocation of the hip bezeichnet (NIETHARD UND PFEIL 1992). Während des gesamten weiteren Wachstum besteht die Möglichkeit, daß die Dysplasie durch nachholende Ossifikation ausheilt oder daß es zu einer Verschlechterung der Dysplasie kommt.

12 Beim einseitigen Auftreten einer Luxation kann es zu einer erheblichen Beinverkürzung kommen, tritt das Phänomen beidseitig auf, zu einer ausgeprägten Hüftbeugekontraktur mit Beckenverkippung und kompensatorischer Hyperlordosierung. Seit Einführung der routinemäßigen Ultraschalluntersuchung der Säuglingshüften sowie der damit verbundenen direkten Therapiemöglichkeit ist das Auftreten in späteren Jahren deutlich rückläufig. Für die Bundesrepublik Deutschland wird eine Rate der Hüftgelenksdysplasie von 2-4% sowie eine Luxationsrate von 0,4 0,7% angenommen. Mädchen haben eine 7mal höhere Inzidenz als Jungen. Radiologisch zeigt sich im Erwachsenenalter eine Dezentrierung des Hüftkopfes, der Pfannenerker ist hypo- oder aplastisch, oft das gesamte Acetabulum hypoplastisch, der Femurkopf ist deformiert. Patienten mit kompletter Dislokation haben häufig eine zufriedenstellende Funktion, ein hohes Maß an Beweglichkeit und überraschend wenig Schmerzen. Der Schmerzbeginn ist häufig erst in der 5. Lebensdekade, eine schmerzbedingte Gehbehinderung meistens erst um das 70. Lebensjahr (WEINSTEIN 1987). Im Gegensatz dazu zeigt sich bei Patienten mit Subluxation ein Eintritt der degenerativen Gelenksveränderungen bereits in frühen Lebensjahren. Der Beginn von limitierenden Symptomen liegt in der Lebensdekade und die Progredienz ist deutlich rapider als bei der kompletten Luxation. Dieser Umstand wird der Inkongruenz zwischen Femurkopf und Acetabulum zugeschrieben (COVENTRY 1976). Radiologische Zeichen der acetabulären Dysplasie beinhalten eine Diskontinuität der Shenton-Linie, einen vergrößerten Centrum-Erker-Winkel (CE-Winkel) (WIBERG 1939) und eine Verminderung der acetabulären Tiefe oder eine Verminderung der Neigung des Acetabulumdaches (HASEGAWA 1994) (Tab. 3).

13 Index Normal Dysplastisch Acetabulumwinkel Grad >41 Grad Tiefe des Acetabulums mm < 15 mm (männlich) < 14 mm (weiblich) Neigung des Acetabulumdaches 0 Grad nach unten geneigt < 0 Grad nach oben geneigt Zentrum-Erker- Winkel Grad Ρ 20 Grad Tab. 3 Radiologische Kriterien der normalen und dysplastischen Hüfte Die zur Zeit meist verwandte Klassifikation der Hüftdysplasie erfolgt nach CROWE ET AL. (1979), basierend auf dem Grad der Femurkopfsubluxation aus dem Acetabulum. Type I-Hüften haben weniger als 50 % Subluxation; Typ II %; Typ III % und Typ IV-Hüften mehr als 100 %. Der Grad der Subluxation ist für die operative Vesorgung mittels Hüft-TEP bedeutsam, da z.b. Typ II und III-Hüften durch ein vermehrtes Knochendefizit am superolateralen Acetabulum gekennzeichnet sind.

14 B. Rheumatischer Formenkreis Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat 1978 die rheumatischen Erkrankungen als "Erkrankungen des Bindegewebes und schmerzhafte Störungen des Bewegungsapparates, die sämtlich potentiell zur Ausbildung chronischer Symptome führen können" definiert (GROSS ET AL. 1993). Die am häufigsten auftretende Form ist die Chronische Polyarthritis (cp). Diese spielt auch für die operativen Versorgung mittels Hüft-TEP die wichtigste Rolle. Diese auch Rheumatoide Arthritis bezeichnete Erkrankung führt aufgrund einer immunologischen Reaktion zu einer entzündlichen Reaktion des Binde- und Stützgewebes. Die Hauptveränderungen finden sich an den Gelenken, wobei die Synovialmembran am stärksten betroffen ist (GEILER 1995). Das polyarthritische Hüftgelenk ist durch die osteoporotische Knochenstruktur mit verminderter Knochenresistenz gekennzeichnet. Dadurch sowie durch die Steroidmedikation und Fehl- oder Überlastung kommt es zur zentralen Verlagerung des Hüftkopfes, Pfannenprotrusion, Verdünnung und Fraktur des Pfannenbodens, Zusammenbruch des Femurkopfes und Pfannendachdestruktion (EFFENBERGER ET AL. 1998). Bei diesen Patienten können zudem noch Torsionsdeformitäten des Femurs und Kontrakturen bestehen (LACHNIEWICZ ET AL. 1986; SCOTT 1990). Es ist bekannt, daß der alloplastische Hüftgelenksersatz aufgrund der beschriebenen pathologischen Gegebenheiten zu implantationstechnischen Schwierigkeiten führt (REFIOR 1987). Die Literatur zeigt, daß bei Patienten mit rheumatoider Arthritis eine höhere Rate an tiefen Infektionen und aseptischer Lockerung vor allem der Pfanne vorkommen. SEVERT ET AL. (1991) berichten, 12 % der Patienten mit rheumatoider Arthritis und zementierten Prothesen bedurften einer Revision, im Mittel nach 7,4 Jahren. UNGER ET AL. (1987) berichten sogar über 16,7 % Revisionen in einer Studie von 83 Patienten mit rheumatoider Arthritis, die eine komplett zementierte Hüftendoprothese erhalten haben. Neuere Untersuchungen mit zementfreien Prothesen zeigen verbesserte Ergebnisse (GARCIA ARAUJO ET AL. 1998; ARNOLD ET AL. 1998). SCHROEDER ET AL. (1998) zeigten in einer Multicenterstudie, daß die Ergebnisse bei der Rheumatoiden Arthritis vor allem implantatabhängig sind, und nicht diagnosespezifisch.

15 C. Frakturen Trotz des besseren Verständnis der Ätiologie und der Prävention der Osteoporose, steigt die Zahl der Schenkelhalsfrakturen des Femurs aufgrund der zunehmenden Alterung der Bevölkerung an. Die Frakturversorgung hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, es bleibt jedoch das Risiko der Pseudarthrosebildung und der avaskulären Femurkopfnekrose (SIM ET AL. 1995). Andererseits beinhaltet die prothetische Versorgung die Risiken einer Infektion, der Luxation sowie eines Implantatversagens. Die Schenkelhalsfrakuren werden nach PAUWELS oder GARDEN klassifiziert. PAUWELS (1973) Einteilung ergibt sich aus dem Winkel der Frakturlinie zur Horizontalen: Abb. 1: Klassifikation der Schenkelhalsfrakturen nach PAUWELS

16 GARDEN's Einteilung (1991) richtet sich dem Grad der Dislokation und erlaubt eine Prognose der zu erwartenden Gefahr der avaskulären Nekrose. Abb. 2: Einteilung der medialen Schenkelhalsfrakturen nach GARDEN Die verbesserte Funktionalität und die bessere Voraussagbarkeit bei Totalen Hüftendoprothesen haben die Indikation bei medialer Schenkelhalsfraktur erweitert. Dies gilt vor allem für Patienten mit bereits vorliegenden degenerativen Veränderungen und Knorpelverschleiß des Acetabulums. SIM und STAUFFER (1980) haben 112 Patienten nachuntersucht, bei denen aufgrund einer Schenkelhalsfraktur eine Hüft-TEP implantiert wurde. 88 % der Patienten hatten eine Schenkelhalsfraktur TYP GARDEN III und IV. Dabei waren 81 % der Patienten 1,5 Jahre nach der Operation schmerzfrei und 18 % klagten über milde Beschwerden. Auch die Beweglichkeit des Hüftgelenkes war zufriedenstellend, 92 Patienten hatten im Hüftgelenk eine Beugung von 90 oder mehr. Wichtigster Vorteil war eine schnellere Mobilisation mit zementierter Prothese als bei der Vergleichsgruppe mit offener Reposition und interner Fixation (ORIF). Bei den per-, inter- und subtrochanteren Frakturen zeigt sich die endoprothetische Versorgung nur nach fehlgeschlagener Osteosynthese indiziert. STAEHELI ET AL. verglichen 1986 die Ergebnisse von ORIF und Hüft-TEP bei instabilen intertrochantären Frakturen, bei den 64 Patienten mit endoprothetischer Versorgung war die Mortalität nach einem Jahr mit 46 % deutlich höher als in der Vergleichsgruppe (21 %).

17 Fakturen des Acetabulums sind in der Regel schwere, durch große Gewalt entstehende Verletzungen. Sie beinhalten eine große Gefahr an posttraumatischen degenerativen Veränderungen trotz häufig guter anatomischer Reposition der Gelenkfläche (LETOURNEL 1980; MATTA ET AL.1986; PENNAL ET AL. 1980). Die in der Literatur aufgeführten Ergebnisse, besonders für die Hüftpfannen, schwanken erheblich. KARPOS ET AL. (1992) berichten über 19 Patienten, die 2 Jahre nachuntersucht wurden. Es kam zu keiner Pfannen- oder Schaftlockerung, zudem zeigten sich keine Unterschiede zu der initialen Therapie mittels ORIF oder konservativer Behandlung. JOLY ET AL. (1993) zeigten dagegen die Probleme bei Patienten mit vorangegangener Acetabulumfraktur auf. Bei 36 Patienten mit einem Durchschnittsalter von 38 Jahren erfolgte 2 bis 74 Monate (Durchschnitt 23 Monate) nach Acetabulumfraktur ein endoprothetischer Gelenkersatz. Von den 30 Patienten, die verfolgt werden konnen, mußten sich 12 nach durchschnittlich 23 Monaten einem Revisionseingriff in Form eines Prothesenwechsels oder einer Girdlestone-Situation unterziehen. Die verwendeten Prothesen waren alle zementfrei, die schlechte knöcherne Situation des Acetabulums mit dem Mangel an Einwachsen von Knochen in die Komponenten werden von den Autoren als wahrscheinliche Gründe aufgeführt. d. Sonstige Erkrankungen zur Indikation einer Hüft-TEP Die avaskuläre Nekrose (AVN) des Femurkopfes ist ein geläufiger Grund für schmerzhafter Einschränkung der Hüftgelenksbeweglichkeit. Patienten aller Altersgruppen können von dem Verlust der Blutzufuhr des Hüftkopfes betroffen sein. Ätiologisch wichtig sind Alkoholismus, Medikation mit Kortikosteroiden und Frakturen des Schenkelhalses mit Unterbrechung der den Hüftkopf versorgenden Gefäßen. Als vierter wichtiger Grund gilt die idiopathatische AVN. Zudem kommen noch seltene auslösende Erkrankungen wie Hämoglobinopathien, Morbus Gaucher, systemischer Lupus erythematodes und andere. Nach OHZONO ET AL. (1991) tritt die AVN in 50 bis 80 % beidseitig auf.

18 Patienten klagen häufig über starke Schmerzen im vorderen Hüftanteil mit Beschwerdezunahme bei Belastung und Bewegung. Nachtschmerz ist oft eine wichtige Komponente der Beschwerden. Differentialdiagnostish abzugrenzen sind eine aktivierte Coxarthrose, Stressfrakturen des Schenkelhalses und Knochentumoren sowie eine septische Arthrits. Die Abklärung erfolgt mittels konventioneller Röntgendiagnostik und Kernspintomographie (NMR), welches den meisten Autoren zufolge die höchste Sensitivität und Spezifität besitzt (LANG ET AL. 1992; ROBINSON ET AL. 1989). Als weitere Erkrankungen des Hüftgelenks, die einer Therapie mittels Hüftendoprothese zugänglich sind, zählen die Neoplasmen des Knochens und die metastatischen Knochenveränderungen. Die metastatischen Knochentumoren spielen hierbei die größte Rolle. Mit den wachsenden Erfolgen bei der Behandlung der Primärläsionen wird die Bedeutung der Metastasentherapie größer. Zu den osteotropen Primärtumoren zählen insbesondere das Mamma- und Prostatacarcinom, gefolgt vom Bronchial-, Nieren- und Schilddrüsencarcinom. Alle anderen Carcinome, aber auch Knochen- und Weichteilsarkome metastasieren selten in das Skelettsystem (HAAS ET AL. 1999). Zur endoprothetischen Versorgung dieser Läsionen stehen spezielle Tumorprothesen zur Verfügung.

19 2. Biomechanik des menschlichen Hüftgelenkes Das menschliche Hüftgelenk als Kugelgelenk ist vielachsig und besitzt eine Pfanne und einen Gelenkkopf. Im Kugelgelenk sind Bewegungen in drei Freiheitsgraden möglich und es besitzt drei Hauptachsen. Die Bewegungsausmaße des Hüftgelenkes sind abhängig von Alter, Geschlecht und Körperbau. Durchschnittlich beträgt die passive Beweglichkeit des menschlichen Hüftgelenkes für - Beugung / Streckung ; - Abduktion/ Adduktion ; Rotation in Flexion - Innenrotation/ Außenrotation Rotation in Streckung - Innenrotation/ Außenrotation ROACH und MILES (1991) untersuchten die passive Hüftbeweglichkeit in Abhängigkeit vom Alter, die folgende Tabelle zeigt die Mittelwerte Standardabweichung in Grad (Tab.4). Γ Altersgruppe Bewegung (n=433) (n=727) (n=523) Flexion 122 Γ12 120Γ14 118Γ13 Extension 22Γ8 18Γ7 17Γ8 Abduktion 44Γ11 42Γ11 39Γ12 Innenrotation 33Γ7 31Γ8 30Γ7 Außenrotation 34Γ8 32Γ8 29Γ9 Tab. 4: Durchschittliches Bewegungsausmaß des menschlichen Hüftgelenkes

20 Die Kräfte, die während Bewegung im menschlichen Hüftgelenk auftreten, sind abhängig von der Art der Bewegung. WILLIAMS und SVENSSON (1971) schätzten die Hüftgelenkskräfte beim Einbeinstand auf etwa das 6-fache des Körpergewichtes. PAUL (1965 und 1976) und PAUL ET AL. (1975) zeigten mittels indirekter Messung über die Elektromyographie der beteiligten Muskelgruppen, daß die Spitzenkontaktkräfte des Hüftgelenkes während des Gehens bei ungefähr dem 3,5- bis 6-fachen des Körpergewichtes liegen, abhängig von Schrittlänge und Geschwindigkeit. Die ersten direkten Messungen der Kräfte im Hüftgelenk erfolgten durch RYDELL (1966), der eine AUSTIN-MOORE - Prothese mit Spannungs- und Kraftmesser in einen Patienten implantierte. Die 6 Monate nach Implantation gemessenen Kontaktkräfte betrugen beim Gehen das 2,3- bis 3,3-fache des Körpergewichtes. Neuere Untersuchungen mittels telemetrisch bestückten Hüftendoprothesen durch DAVY ET AL. (1989) und BERGMANN ET AL..(1993) zeigen die in Tabelle 5 aufgeführten Ergebnisse. Dabei zeigt sich, daß die resultierende Kraft in einem begrenzten Bereich der Prothese auftritt (Abb. 3). Aktivität Maximale Gelenkkraft ( Körpergewichtes) Gestrecktes Bein heben 1,0-1,8 Aufstehen aus dem Bett 1,4 Ins Bett gehen 1,4 Zweibeinstand 0,6-1,0 Zehenstand 1,1 Einbeinstand 2,1-3,1 Oberkörper beugen 1,9-2,3 Auf dem Stuhl sitzen 0,2-0,3 Vom Stuhl aufstehen 0,7-1,1 Mit Gehstützen gehen 1,9-2,8 Langsames Gehen 2,5-3,1 Schnelles Gehen 2,7-4,7 Jogging 5,5 Stolpern 8,7 Tab. 5: Maximal auftretende Hüftgelenkskräfte mittels direkter Messung bei unterschiedlichen Aktivitäten

21 Abb. 3: Dreidimensionale Aufzeichnung des Kraftvektors bei Gang mit Gehstützen Der maximale Winkel zwischen den Gelenkkräften und der Längsachse der Knochen liegt unter 10. Somit ist die Kompressionskomponente des Knochenskeletts höher als die Biegungskomponente. Dieses wurde durch WITTE ET AL. (1997) bestätigt. Es zeigte sich, daß trotz der großen Exkursionen des Oberschenkels beim Gehen die Resultierende in der Hüftpfanne weitestgehend lagekonstant ist. Führungsgröße für die Regelung der auf das Hüftgelenk synergistisch wirkenden Oberschenkelmuskulatur ist neben deren absoluter Kraftwirkung demnach auch das relative Kraftverhältnis der Muskeln untereinander, da diese über die Orientierung der Resultierenden entscheidet. Ausgehend von den Überlegungen der Anatomem KUMMER (1968) und TILLMANN (1969) wurde die C-Form der Hüftgelenkspfanne bisher als Abbild der Trajektorie des Kraftvektors beim Gehen verstanden. WITTE ET AL. widersprechen dieser Hypothese. Sie sehen in der Inkongruenz des Hüftgelenkes mit Kopf größer Pfanne eine stoßabfangende Wirkung und die Entfaltung von gerichteten Reizen zum Knochenaufbau und -erhalt. Die von WIDMER ET AL. (1997) durchgeführte in-vitro Untersuchung an Beckenpräparaten zeigt die Druckverteilung im simulierten Einbeinstand. Mittels digitaler Bildauswertung zeigt sich, daß beim natürlichen Hüftgelenk die Kontaktfläche von 39,0 % unbelastet auf 56,9 % bei 1400 N ansteigt. Nach Implantation einer Pressfit-Pfanne steigert sich die Kontaktfläche von 44,7 % unbelastet auf 64,2 % bei 1400 N. Die Druckbelastung im Sinne einer 3-Punkt- Abstützung ist bei den Pressfit-Pfannen dem natürlichen Gelenk vergleichbar, die Fossa acetabuli bleibt lastfrei entsprechend der Belastung beim natürlichen Gelenk.

22 3. Fixierungsarten der Hüftprothesenpfannen Primäres Ziel bei der Implantation der Pfannenkomponenten ist eine initial gute Stabilität der Pfanne, dies gilt sowohl für die zementierte als auch für die zementfreie Pfanne. A. Zementierte Pfannen Eine wichtiger Schritt zur Fixierung der Komponenten war die Einführung des Polymethylmethacrylat 1959 durch SIR JOHN CHARNLEY (CHARNLEY 1960; HARRIS 1992). Dieser dient als sogenannter Knochenzement und soll eine dauerhafte Verbindung von Implantat und Knochen bewirken. Mechanisch erzielt er eine Verbindung durch die Mikroverzahnung an der Knochen-Implantat-Grenze (FREEMAN ET AL.1992). Wichtig ist die niedrige Viskosität des Zements, damit er zwischen die Trabekelstrukturen des Knochens gelangt. Trotz der zunächst sehr guten initialen Erfolgen mit zementierten Prothesen zeigte sich bei den ersten Langzeitergebnissen eine hohe Lockerungsrate (STAUFFER 1982; SUTHERLAND ET AL. 1982). Die daraufhin durchgeführten Änderung der Zementierung mit Druckpumpen und Vakuum, sogenannte Second generation- Technik, führte zu einer Verbesserung der Haltbarkeit der Schaftkomponenten, nicht aber der Pfannen (MULROY ET AL. 1997; SCHULTE ET AL. 1993). Bedeutsam für die Haltbarkeit des Zementes im Pfannenlager ist die Dicke der Zementschicht. CARTER ET AL. (1982) zeigten, daß eine Schichtdicke von 3 mm ideal bei der Fixierung von metallbeschichteten Pfannen ist. Damit werden die Stresspitzen im Zement und subchondralen Knochen deutlich reduziert. Dies zeigte auch eine Untersuchung von RORABECK ET AL. (1996), der in einer Vergleichsstudie zwischen 76 zementierten und 71 zementfreien Pfannen Lockerungen der zementierten Pfannen bei Zementschichten unter 2 mm fand. Bei diesen vergleichenden Untersuchungen zeigte sich ebenfalls, daß ein radiologischer Aufhellungssaum häufiger und früher an der Knochen-Zement-Grenze bei zementierten Pfannen auftritt.

23 Dies bestätigten WIXSON ET AL. (1991) in ihrer Untersuchung von 131 Patienten (144 Hüften) mit zementierten, zementfreien und Hybridprothesen. Die Anzahl der lockeren Pfannen bei dieser 4-Jahresnachuntersuchung war jedoch mit jeweils 2 Pfannen bei den zementierten und unzementierten Pfannen gleich. Die Autoren vermuten jedoch eine höhere Lockerungsrate für den späteren Verlauf bei den zementierten Pfannen. Histologische Untersuchungen von HODGKINSON ET AL. (1988) zeigen die häufige Ausbildung einer fibrösen Schicht zwischen Zement und Knochen bei zementierten Pfannenimplantaten. Zudem kommt es zu einem Abrieb von Polyethylenteilchen der Pfanne durch Reibung zwischen dem künstlichen Hüftkopf und der Pfanne. Diese Abriebteilchen gelangen in den fibrösen Spalt zwischen Zement und Knochen und triggern durch eine immunologische Reaktion durch Granulozyten und Histiozyten eine Osteolyse und damit eine Lockerung der Pfanne (BOBYN ET AL. 1995). Andererseits berichten ZICAT ET AL. (1995) bei ihrer Untersuchung von 137 Patienten mit beiden Pfannentypen über einen ossären Sklerosesaum im Bereich der fibrösen Schicht bei zementierten Pfannen, der ein aggressives Fortschreiten der Osteolyse in den spongiösen Knochen verhindert. SCHMALZRIED ET AL. (1992) bezeichnen die fibröse Schicht als Endzustand der Lockerungsmechanismen, den Grund für die späten Lockerungen sehen die Autoren hauptsächlich in biologischen, nicht mechanischen Gründen. Die Abriebteilchen gelangen mit der Synovialflüssigkeit zwischen Zement und Knochen und lösen eine Fremdkörperreaktion durch Makrophagen aus, die zu einer Osteolyse auch von intaktem Knochen führt (GOLDRING ET AL. 1983). Als Pfannenmaterial bei zementierten Pfanne wurde zunächst Polyethylen verwendet, das bei den Langzeitergebnissen aber einen sehr hohen Abrieb aufwies (STAUFFER 1982). Es folgte die Einführung eines hochdichten Polyethylens (HDPE) und hier zeigten sich deutlich verringerte Abbriebmengen. Es kam dann zur Einführung von metallbeschichteten, hemisphärischen Pfannen, die eine optimale Stärke, minimale Knochenresektion, eine rigide Fixierung und einen vereinfachten Wechsel ermöglichen sollten (HARRIS 1983). In vitro zeigte sich auch eine Reduktion der maximal auftretenden Kräfte in der Pfanne und in der Knochen- Zement-Schicht (MALONEY ET AL. 1990).

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