Biomechanische Aspekte zur Implantatverankerung und Kinematik von Oberflächenersatzhüftendoprothesen

Abstract

Der Oberflächenersatz des Hüftgelenks erlebt derzeit eine Renaissance in der Orthopädischen Chirurgie mit steigenden Implantationszahlen.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, biomechanische Grundlagen zur Implantatverankerung und Kinematik von Kappenendoprothesen
darzustellen.

Die Verankerung der Femurkappe auf den präparierten Hüftkopf erfolgt heute meist mittels Knochenzement. Abhängig vom Implantatdesign
kommt es unter der Kappe zu einer Entlastung des femoralen Knochens durch sog. „stress shielding“, was zu einer Verringerung
der Knochensubstanz und konsekutiv zur Lockerung des Implantats führen kann. Jedoch kann sich die trabekuläre Knochenstruktur
auch auf den Verankerungszapfen, zusätzliche Knochenzementpfeiler und auf die elastischen Eigenschaften der Kappe ausrichten.

Die Pfannenkomponente wird meist zementfrei in das Knochenlager eingesetzt. Sofern große Köpfe verwendet werden, ist die Dünnwandigkeit
der Pfanne eine Grundvoraussetzung für eine knochensparende Präparation des azetabulären Implantatlagers. Nahezu alle aktuellen
Oberflächenersatzsysteme basieren auf der Metall-Metall-Gleitpaarung. Die Pfannen sind meist einstückig als Monoblockbauteil
konzipiert, wodurch die spätere Revisionsoperation erschwert ist.

Kinematische Untersuchungen zeigen deutlich geringere Bewegungsumfänge von Kappenendoprothesen verglichen mit modernen Standardhüftendoprothesen,
da der relativ dicke Schenkelhals beim Oberflächenersatz ein geringeres Verhältnis von Kopfdurchmesser zu Halsdurchmesser
bedingt. Das Anschlagen des Schenkelhalses an den Pfannenrand (Impingement) kann zu Subluxationen, Deformationen der Gleitflächen,
Schenkelhalsfrakturen und Beeinträchtigungen der Implantatverankerung im Knochen führen.

Hip resurfacing is undergoing a resurgence in orthopaedic surgery with an increasing number of implantations. The objective
of this article is to present the biomechanical basics of implant anchorage as well as the kinematics of hip resurfacing implants.

Today, fixation of the femoral component onto the prepared femoral head is mainly done using bone cement. Depending on the
implant design, the bone structures beneath the femoral component can be exposed to stress shielding, followed by degradation
of the bone density and subsequent initiation of implant loosening. However, the trabecular bone has the ability to adapt
itself to the fixation peg, to additional cement pegs, and to the elastic properties of the femoral component as well.

The acetabular component is mainly inserted into the bone stock without using cement. Provided that large prosthetic heads
will be applied, thin-walled acetabular cups are crucial for bone-saving preparation of the acetabular bone stock. Nearly
all hip resurfacing systems are currently based on metal-on-metal wear-bearing couples. The acetabular components are mainly
designed as monoblock implants, which can make subsequent revision difficult.

Kinematic analyses show a significantly lower range of motion of hip resurfacing implants compared with modern standard (stemmed)
total hip replacement systems. This difference originates from the small ratio of the resurfaced femoral head diameter and
the relatively thick neck of the femur. Impingement of the femur neck onto the rim of the acetabular component can result
in subluxation, deformation of the bearing surfaces, femoral neck fracture, and impairment of the bony anchorage of the hip
resurfacing implants.