J. Jerosch¹

Zusammenfassung: Die Weichteilbalancierung spielt eine entscheidende Rolle zur Rekonstruktion der individuellen Biomechanik des Patienten. Bei einem Großteil der auf dem Markt befindlichen Prothesen ist es nicht möglich, die individuelle Beinlänge, Offset sowie den CCD-Winkel individuell zu rekonstruieren. Dieses ist jedoch Voraussetzung für eine möglichst normale Hüftfunktion sowie für eine lange Lebensdauer auch bei anspruchsvollen Patienten.

Schlüsselwörter: Hüftendoprothetik, Weichteilbalancierung, Offset, Beinlänge, CCD-Winkel

Zitierweise

Jerosch J: Weichteilbalancierung im Rahmen der Hüftendoprothetik. OUP 2013; 7: 360-366. DOI 10.3238/oup.2013.0360-0366

Abstract: Soft tissue balancing is an important factor to reconstruct the individual anatomy of a patient, who needs a total hip replacement. In the majority of the cases the present available implants do not allow an anatomic reconstruction of the individual leg length, offset and CCD-angle. However, this is necessary in order to allow normal hip function and a long survival rate of THR even in demanding patients.

Keywords: hip replacement, soft tissue balancing, leg length, offset, CCD-angle

Citation

Jerosch J: Soft tissue balancing in THR. OUP 7–2013; 7: 360-366.

DOI 10.3238/oup.2013.0360-0366

Einleitung

Veränderungen an der Hüftgelenkgeometrie nehmen in erheblichem Maß Einfluss auf die Kräfteverhältnisse und somit auf die Belastung des Gelenks und insbesondere der hüftstabilisierenden Muskulatur. Diese Veränderung, selbst bei alleiniger Betrachtung der Frontalebene, muss in vielfältigen Aspekten im Prothesendesign und der Operationsdurchführung berücksichtigt werden. Parameter, die auf die Gelenkbelastung einwirken, sind das Offset (Abb. 1), der CCD-Winkel, der Anteversionswinkel, Varus- oder Valguspositionierung der Prothese, Medialisation des Acetabulums und Lateralisation des Trochanters [3].

Schon in den Anfängen der Hüftgelenkendoprothetik ging Charnley [4] davon aus, dass Offsetverkleinerungen zu Instabilität und Subluxation führen, besonders wenn diese in Kombination mit Medialisation der Gelenkpfanne (deep set socket) verwendet wurde. Um einer potenziellen Schwäche des Prothesenmaterials bei Offsetvergrößerung entgegenzuwirken, versuchte Charnley, durch Beibehaltung eines langen ossären Stumpfs des femoralen Schenkelhalses, den Hals der Prothese zu unterstützen; schon hier fand somit das Prinzip der schenkelhalsteilerhaltenden Endoprothese Anwendung. In dieser Zeit war es sonst üblich, eine Resektion des femoralen Schenkelhalses fast bis zum kleinen Trochanter durchzuführen. Das Offset rein durch das Implantatmaterial zu erzielen, brachte zu dieser Zeit das Risiko des Materialversagens mit sich. Eine Offsetverkleinerung mit erhöhtem CCD-Winkel war also rein aus materialtechnischen Gründen notwendig.

Aus diesem Grund gestaltete man den Prothesenkonus im oberen Bereich auch dicker. Das Problem der Reduktion des Hebelarms der Adduktoren bei exzessiv kurzem Offset, wodurch mehr Muskelkraft benötigt wird, die Gelenkbelastung zunimmt und so letztendlich der Vorteil der verringerten Biegebelastung verloren geht, wurde jedoch zunehmend evident. Die Lateralisation des Trochanters war die logische Schlussfolgerung, um die normale Länge des Abduktorhebels und den normalen Zugwinkel zu erreichen. Allerdings ist die maximale Versetzungsmöglichkeit wegen des benötigten Knochenkontakts auf etwa einen Zentimeter begrenzt gewesen. Aufgrund der gegebenen anatomischen Verhältnisse verlängert dies aber den Hebel des Abduktors nur um 0,5 cm. Für eine weitere Vergrößerung müssten additive Maßnahmen wie z.B. die Interposition eines Knochentransplantats durchgeführt werden. Auch diese kleinen Verschiebungen des Trochanters haben jedoch große Auswirkungen auf die Biomechanik, weil die Abduktorkraft in dieser Region hoch ist.

Die schon früh von Charnley dargestellten Erkenntnisse zum Einfluss des Offsets auf die Gesamtbiomechanik der Hüfte hat sich leider wenig in den meisten Prothesendesigns niedergeschlagen. Eine eigene Untersuchung, bei welcher bei 50 konsekutiven Patienten, die zur Implantation einer Hüftendoprothese vorgemerkt waren, digital 90 unterschiedliche Hüftendoprothesen geplant wurden, zeigte teilweise überraschende Ergebnisse [10]. Die Ergebnisse zeigten teilweise extreme Änderungen des Offsets bis zu 2,73 cm, sowohl im Sinne der Offsetvergrößerung als auch im Sinne der Offsetverkleinerung (Abb. 2, 3, 4, 5, 6).

Von den 4500 virtuellen Implantationen ließen sich die Prothesen 1502-mal passgenau einsetzen, 2085-mal verkleinerten sie das Offset (im Durchschnitt um 0,69 cm), und 913-mal vergrößerten sie das Offset (im Durchschnitt um 0,7 cm) (Abb. 7).

Bei der Analyse der Passgenauigkeit einzelner Prothesen zeigte sich, dass diese sehr variiert. So ließen sich manche Prothesentypen nur bei 2 Patienten passgenau implantieren, andere aber bei bis zu 40 Patienten. Die evaluierten Endoprothesendesigns waren bei durchschnittlich 17 Patienten zu implantieren. Nur 11 Modelle ließen sich bei mehr als der Hälfte der Patienten passend einsetzen, davon 7 bei mindestens 30 Patienten und 3 bei mindestens 35 Patienten. Dagegen ließen sich 18 Modelle bei weniger als 10 Patienten passend einsetzen. Der Mittelwert der Offsetabweichung aller Prothesen betrug –0,17 cm (Range: –0,75 cm bis +0,63 cm).

Auch bei Kurzschaftendoprothesen fällt durchaus bei einigen proximal verankerten Prothesen die Reduktion des Offsets auf (Abb. 8).

Selbst oder sogar gerade auch mit einem „anatomischen“ Oberflächenersatz kann man bei Medialisierung der Hüftpfanne die individuelle Biomechanik nicht rekonstruieren (Abb. 9).

Es gibt für den Operateur verschiedene Möglichkeiten, bei einer Hüftprothesenimplantation mit effektiven Maßnahmen in die Biomechanik der Hüfte einzugreifen. Man erkannte in diesem Zusammenhang schon frühzeitig 3 Lösungsansätze für das Offset-Problem:

• Lateralisation des Trochanters zur Vergrößerung des Hebelarms der Abduktoren,

• Verlängerung des Prothesenhalses mit damit verbundener Beinverlängerung,

• direkte alleinige Veränderung des Offsets.

Die Lateralisation des Trochanters hat im klinischen Alltag keine Relevanz. Die Vergrößerung des Offsets durch eine Prothesenhalsverlängerung hat den erheblichen Nachteil, dass man hierdurch in die Beinlängenverhältnisse eingreift [10] (Abb. 10).

Dieses ist zurzeit ein klinisch und medizinrechtlich relevantes Problem. So berichten Iaguli et al. [17], dass selbst bei erfahrenen Operateuren bei 410 Patienten nach Hüft-TEP eine mittlere Beinverlängerung von 3,9 mm resultierte. Shiramizu et al. [28] berichten über eine mittlere Beinverlängerung von 3,4 mm, eine Verlängerung von mehr als 12 mm in 5 % der Fälle und in 7 % der Patienten über eine symptomatische Beinverlängerung, die eine Absatzerhöhung notwendig machte. Edeen et al. [8] zeigten, dass 32 % der Patienten einen Beinlängenunterschied wahrnahmen. Diese Beinlängenunterschiede sind nicht selten Gegenstand von juristischen Auseinandersetzungen [23, 24].

Ein Vergleich der unterschiedlichen Kurzschaftprothesen hinsichtlich der anatomischen Rekonstruierbarkeit der individuellen Hüftgeometrie (Offset/CCD-Winkel/Beinlänge) zeigt deutliche Unterschiede. Hierbei gilt zu berücksichtigen, dass der mittlere CCD-Winkel bei Patienten, die eine Hüftendoprothese erhalten, etwa 125° und das femorale Offset etwa 35 mm beträgt [11]. Zwar versuchen viele Autoren, auf die Relevanz der Schenkelhalsosteotomie für die Biomechanik der Prothese hinzuweisen [21], bei Prothesensystemen mit CCD-Winkel von mehr als 130° ist es jedoch kaum möglich, Patienten mit einem CCD-Winkel von 125° anatomisch zu versorgen [1, 2, 10].

Unterschiedliche Autoren zeigten, dass die Reproduzierbarkeit der individuellen Biomechanik mit Kurzschaftendoprothesen sehr differiert [1, 2, 10, 13]. In einer eigenen Studie untersuchten wir die Rekonstruierbarkeit von 100 Coxarthrosehüften mit 9 Kurzschaftprothesen [13]. Hierbei wurde evaluiert, in wie viel Prozent der Fälle einer Reproduzierbarkeit des Offsets innerhalb von 2 mm und des CCD-Winkels innerhalb von 2° möglich war. Der CCD-Winkel bei den evaluierten Patienten reichte von 117°–149°. Die Ergebnisse variierten zwischen 41 % und 92 % (Abb. 11).

Auch der detaillierte Vergleich unterschiedlicher Kurzschaftsysteme zeigt Unterschiede im Detail, die sich jedoch erheblich auf die Hüftgeometrie und -biomechanik auswirken. So gibt es beispielsweise Systeme, deren Halslängen bei allen Größen gleich bleiben, während diese bei anderen Systemen proportional in der Schaftgröße ansteigen. Dieses führt zu erheblichen Änderungen der Biomechanik bei der Implantation (Abb. 12).

Offensichtlich ist zur Balancierung der Weichteile die Veränderung des Offsets die beste und einfachste Lösung [4, 27]. Bereits Charnley hat darauf hingewiesen, dass ein vergrößertes Offset das Bewegungsausmaß vergrößert und die Gefahr des Impingements verringert. Bei Offsetvergrößerung mit gleichzeitiger Hebelarmverlängerung der Abduktoren werden auch die mechanischen Vorteile und die Stärke der Abduktoren verbessert. Die auf die Hüfte wirkenden Kräfte werden reduziert. Gleichzeitig bewirkt eine Offsetvergrößerung eine erhöhte Weichteilspannung, welche die Stabilität der Hüfte vergrößert. Die Beziehung zwischen Abduktorschwäche und Hinken bei verringertem Offset ist ebenfalls bekannt.

Mögliche Nebenwirkung ist eine Belastungsvergrößerung der Prothese, aber durch die verwendeten Materialien ist dies heute nicht mehr klinisch relevant [29]. Trotzdem könnte die Belastung im medial-proximalen Femur vergrößert werden. Diese möglichen Nebenwirkungen wurden von Davey et al. [6] und Wong et al. [30] untersucht. Davey et al. führten an Kadaverfemora mit zementierten Prothesen direkte Messungen der Belastungen auf Knochen, Metall und im Zement durch. Offsetvergrößerung resultierte zur Abnahme der auftretenden Kraft und der benötigten Kraft für die Abduktion; die Belastung im medial-proximalen Zement wurde nicht signifikant erhöht. Wong et al. [30] zeigten anhand einer finiten Elementanalyse für unzementierte Hüftprothesen am Kaninchenknochen, dass sowohl die benötigte Abduktorkraft wie auch die resultierende Kraft bei Offsetvergrößerung signifikant reduziert werden. Obwohl die Belastung in der distalen Prothese leicht erhöht wurde, führte dies nicht zu einer beachtenswerten Erhöhung der Belastung im Knochen. Zusätzlich wurde festgestellt, dass der Knochenzuwachs bei der Osteointegration der Prothese durch Offsetvergrößerung nicht beeinflusst wird.

Ein im Vergleich zum ursprünglichen Zustand anatomisch gleiches oder größeres Offset führt zu einem verringerten Polyethylen-Abrieb [26]. Delp et al. [7] weisen besonders auf den Schutz oder die Wiederherstellung der Muskelkapazität hin. Auch Lindgren und Rysavy [18] vertreten die Meinung, dass eine Verkürzung des Hebels der Abduktoren durch Offsetverkleinerung Trendelenburg-Hinken und/oder seitliche Hüftschmerzen verursacht; die vertikale Belastung des Acetabulums wird vergrößert, dadurch steigt die Impingementgefahr mit Risiko zur Dislokation und Schmerz. Eine Beinverlängerung sollte auch vermieden werden, da sie oft Probleme mit sich bringt.

Viele der momentan auf dem Markt befindlichen Hüftprothesen bewirken durch die vorgegebene Geometrie mit zu großem CCD-Winkel und zu geringem Offset eine Überbelastung und Insuffizienz der glutealen Muskeln [22, 27]. Auf diese Problematik haben auch Massin et al. [19] hingewiesen. Obwohl der normale CCD-Winkel im Mittel 125° beträgt [10, 20], haben Hüftprothesensysteme im Durchschnitt einen Winkel von 135° sowie ein zu geringes Offset.

Wegen großer Variationsbreite der proximalen Knochengeometrie passen aber viele Systeme nur in normal geformte Knochen [22]. Auch Sakai et al. [25] zeigten, dass viele Prothesen die ursprünglichen anatomischen Verhältnisse nicht wiederherstellen können.

Mit dem Prinzip der schenkelhalsteilerhaltenden Kurzschaftprothese ist dieses Problem durchaus lösbar (Abb. 13).

Im Rahmen einer Multicenterstudie konnten diese Zusammenhänge auch deutlich dargestellt werden (Abb. 14) [13].

Betrachtet man jetzt zusätzlich die 3. Raumebene, die Torsion des Schenkelhalses, so wird man auch hier mit einer schenkelhalsteilerhaltenden Kurzschaftprothese der Anatomie am ehesten gerecht. Mit diesem Prothesentyp wird man in aller Regel der individuellen Patientenantetorsion folgen (Abb. 15).

Computersimulationen von schenkelhalsteilerhaltenden und -resezierenden Prothesen machen die Unterschiede deutlich, die für den Patienten resultieren (Abb. 16).

Zusammenfassend ist somit festzuhalten:

Vorteile von Offsetvergrößerung: Offsetvergrößerung führt zu Verlängerung des Abduktorhebelarms und einer Abduktorwinkelvergrößerung, wodurch die benötigte Kraft reduziert wird, was wiederum zur Abnahme der resultierenden Belastung der Hüfte führt. Die Reduktion des Impingementrisikos und die Zunahme der Gewebespannung führen zu Abnahme der Instabilität. Weiter wird eine Vergrößerung des freien Bewegungsspiels erreicht. Im Einbeinstand konnten bei Offsetvergrößerung keine nachteiligen Mikrobewegungen nachgewiesen werden.

Nachteile von Offsetvergrößerung: Offsetvergrößerung führt zu Zunahme der Biegebelastungen, was als Nebeneffekt die Belastung im medialen Zementmantel vergrößert. Diese Belastungszunahme ist aber nur geringfügig, da sie durch die Gesamtgelenk-Belastungsabnahme ausgeglichen wird.

Zur Optimierung der eigenen Ergebnisse ist jeder Operateur aufgerufen, bei der Auswahl seines Prothesensystems und seiner Operationstechnik in Zukunft auch hier ein besonderes Augenmerk auf die Rekonstruktionsmöglichkeit der individuellen Patientenanatomie zu legen.

Interessenkonflikt: Der Autor gibt an, Royalities zu Implantaten der Firma Corin zu erhalten.

Korrespondenzadresse

Prof. Dr. med. Dr. h. c. Jörg Jerosch

Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Sportmedizin

Johanna-Etienne-Krankenhaus

Am Hasenberg 46

41462 Neuss

j.jerosch@ak-neuss.de

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Fussnoten

¹ Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Sportmedizin, Johanna-Etienne-Krankenhaus, Neuss