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Fragestellung: Patellofemorale Probleme nach Implantation einer Knietotalendoprothese sind häufig Ursache für retropatellare Schmerzen. Ein möglicher Grund ist der postoperativ erhöhte retropatellare Druck und eine veränderte Kinematik im patellofemoralen Gelenk. Neuere Prothesendesigns versuchen das anteriore Prothesenschild (Trochleadesign) so dünn wie möglich zu gestalten um geometrische Unterschiede zur preoperativen Knochensituation zu vermeiden. Ziel dieser Studie war es herauszufinden, ob eine unterschiedliche Dicke des anterioren Prothesenschildes zu einer retropatellaren Druckveränderung führt und ob die benötigte Quadrizepskraft für eine Knieflexion beeinflusst wird.

Methodik: Dafür wurde ein Finite Elemente Modell des Kniegelenkes genutzt, welches die relevanten Band-, sowie Muskelstrukturen mit modifizierten Federelementen darstellt. Die Randbedingungen basieren auf einem in vitro Kinemator-Modell, welches eine Kniebeuge in sechs Freiheitsgraden simuliert und auch als Modell zur Validierung diente. Durch eine Regelung der Quadrizepskraft in allen Flexionswinkeln hält das Finite Elemente Modell eine Bodenreaktionskraft konstant und simuliert somit eine belastete Kniebeuge. Für diese Untersuchungen wurden drei numerische Modelle erstellt und berechnet. Ein neutrales Modell (initiale Prothesenchilddicke). Anschließend wurden zwei weitere Modelle berechnet. Dabei wurde das anteriore Prothesenschild um 5 mm und 10 mm nach anterior (dicker) verlagert ohne dabei das Trochleadesign zu verändern.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die maximale retropatellare Vergleichsspannung (von Mises) und die benötigte Quadrizepskraft waren in beiden Modifikationen beeinflusst. Bei 20° Flexion war die benötigte Quadrizepskraft mit dickerem anterioren Trochleaschild verringert von 31,5 N (neutral) auf 19 N (10 mm Modell). Die retropatellare Spannung war nicht beeinflusst und hatte ihr Maximum bei 1,5 MPa in allen Modellen. Bei 60° Flexion war die benötigte Quadrizepskraft nahezu nicht beinflusst (223 N (neutral); 216 N (5mm Modell); 225N (10 mm Model)). Die retropatellare Spannung hingegen war mit dickerem anterioren Trochleaschild deutlich erhöht und stieg von 1,3 MPa (neutrales Modell) auf 1,7 MPa (10 mm Modell). Die tibiofemorale Druckausbreitung auf dem Inlay war bei dickerem Trochleadesign nach posterior verlagert, was durch ein erhöhtes Rollback des Femurs ersichtlich ist.

Die retropatellare Spannung wird durch die Dicke des anterioren Femurschildes beeinflusst, welches sich speziell in Flexionsgraden über 60° zeigt. Interessanterweise scheint die benötigte Quadrizepskraft für 60° Flexion bei unterschiedlich dickem Prothesenschild gleich zu bleiben, was durch die veränderten Hebelarme des Quadrizeps nicht sofort erklärbar erscheint. Allerdings scheinen die Hebelarme durch ein vermehrtes femorales Rollback ausgeglichen zu werden, was die veränderte tibiofemorale Druckverteilung zeigt. Dies müssen aber noch weitere kinematische Untersuchungen bestätigen.