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Fragestellung: Eines der Hauptprobleme in der Knieendoprothetik ist die aseptische Lockerung als Folge von erhöhtem Verschleiß. Mechanische Drücke zwischen den Gelenkpartnern und die Kinematik des Kniegelenkes können dabei den Verschleiß beeinflussen.

Ziel dieser Studie war es diese Prädiktoren für erhöhten Verschleiß im femorotibialen Gelenk in einem Finite Elemente Modell zu bestimmen und den Einfluss der Rotationsausrichtung der Femurkomponente darauf zu untersuchen.

Methodik: In dem verwendeten validierten numerischen Modell des Kniegelenkes mit implantierter Knietotalendoprothese sind die wichtigsten Band-, sowie Muskelstrukturen mit modifizierten Federelementen dargestellt. Die Randbedingungen des Modells basieren auf einem experiementellen Kniegelenkskinemator, welcher eine Kniebeuge in sechs Freiheitsgraden simuliert. Durch eine Kontrolle der Quadrizepskraft in allen Flexionswinkeln hält das Finite Elemente Modell eine Bodenreaktionskraft von 50 N konstant und simuliert somit eine belastete Kniebeuge.

Für diese Untersuchung wurden vier numerische Modelle mit unterschiedlicher Roationsausrichtung (FKR) erstellt und analysiert. Ein neutrales Modell (parallele Ausrichtung der Femurkomponente zu der anatomischen Epikondylenachse), ein Modell mit 3° Innenrotation und zwei Modelle mit 3° und 6°Außenrotationen der Knietotalendoprothese.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei 60° Beugung lag im neutralen Modell die maximale Vergleichsspannung (von Mises) im Inlay bei 6,7 MPa unmittelbar unterhalb der medialen Kontaktfläche. Eine FKR um 3° nach außen bewirkte eine Verschiebung dieser Belastung auf die laterale Seite des Inlays und betrug 7,3 MPa. Eine weitere Außenrotation (FKR) auf 6° erhöhte diese auf 11,9 MPa bei 60° Flexion. Im Gegensatz dazu führte eine Innenrotation (FKR) von 3° zu einer medialen Belastung von 11,1 MPa.

Eine 6° Außenrotation der FKR erzeugte bei 60° Beugung eine erhöhte Außenrotation der Tibia von 4,4° bezogen auf das neutrale Modell. Hingegen erzeugte eine Innenrotation von 3° eine vermehrte Innenrotation der Tibia von -4,0º (FKR).

Diese Studie zeigt, dass die femorotibiale Kinematik und die Inlaybelastungen durch eine FKR stark beeinflusst werden. Durch diese erhöhten Drücke gepaart mit einer erhöhten Kinematik, könnte der Verschleiß durch eine zu starke Rotation der Femurkomponente negativ beeinflusst werden. Dies sollte mit weiteren experimentellen Versuchen genauer untersucht werden, damit diese Mechanismen noch besser verstanden werden und in Zukunft bei der Implantation einer Knietotalendoprothese berücksichtigt werden können.