Kniegelenk

Dr.-Ing. Philipp Damm

Kniegelenk

Modell Knie-Implantat (Zimmer)

Das Kniegelenk ist das größte Gelenk des menschlichen Körpers. Da es das gesamte Körpergewicht trägt, ist es sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Bei Arthrose oder Arthritis, nach Frakturen oder bei anderen Erkrankungen muss das Gelenk in manchen Fällen durch eine Endoprothese ersetzt werden. Mit mehr als 150.000 Implantationen pro Jahr alleine in Deutschland stellt die Versorgung mit Knieendoprothesen mittlerweile eine Routineoperation dar (Quelle: Statistisches Bundesamt, Daten aus dem Jahr 2011). Die Patienten können davon ausgehen, dass die Funktion und Belastungsfähigkeit des Knies durch den Gelenkersatz für 15 Jahre oder länger wieder hergestellt werden.

In Ausnahmefällen kann es aber auch schon früher zu Komplikationen kommen. Ein Grund dafür können z.B. übermäßig hohe Kräfte im Kniegelenk sein. Über diese Belastungen sind bisher nur wenige realistische Daten bekannt. Bessere Kenntnisse werden es erlauben, die Endoprothesen vor ihrem Einsatz beim Patienten unter realistischen Bedingungen zu prüfen und weiter zu verbessern. Kenntnisse über die Belastung des Gelenks dienen weiterhin der physiotherapeutischen Behandlung, um einen optimalen Heilungsprozess zu erreichen, und liefern Hinweise für das richtige Verhalten von Patienten mit Gelenkersatz oder Arthrose. Allgemein hilft das Wissen, die Biomechanik des Kniegelenks zu verstehen.

Instrumentierte Knieendoprothese

Schnittmodell einer instrumentierten Knieendoprothese

Um realistische Belastungsdaten zu gewinnen, wurde in mehrjähriger Forschungsarbeit eine Knieendoprothese mit eingebautem 9-Kanal Telemetriesender zur Belastungsmessung und Datenübertragung entwickelt.
Mit der Prothese können alle sechs auftretenden Lastkomponenten im Kniegelenk des Patienten gemessen werden: die medio-lateralen, antero-posterioren und axial-kompressiven Kräfte, sowie die Flexions-Extensions-, Varus-Valgus- und Rotationsmomente.

Die instrumentierte Knieendoprothese ist eine Modifikation des INNEXTM Systems, Typ FIXUC (Zimmer GmbH, Winterthur, Schweiz). Die Femurkomponente und das Polyäthylen-Inlay wurden übernommen. Lediglich die Tibiakomponente wurde leicht abgeändert, um den Einbau der Messelektronik zu ermöglichen. Die Sicherheit für die Patienten war dabei von besonderer Wichtigkeit.

Messungen

Patient mit instrumentierter Knieendoprothese

Die Patienten waren zum Zeitpunkt der Operation zwischen 60 und 75 Jahre alt und litten vor der Implantation an Gonarthrose. In den ersten Wochen nach der Operation werden die Patienten zur Physiotherapie begleitet, um die Belastungen im Kniegelenk während der physiotherapeutischen Übungen zu messen. In den darauffolgenden Monaten werden bei den Messungen vor allem Aktivitäten untersucht, die auch im Alltag ständig stattfinden wie zum Beispiel Gehen, Treppen steigen, Aufstehen und Hinsetzen.

Patienten

Bisher wurden neun instrumentierte Knieendoprothesen in der Klinik für Endoprothetik (Chefarzt: PD Dr. med. Andreas M. Halder) der Sana Kliniken Sommerfeld implantiert. Erste Messungen wurden bereits dort während des Rehabilitationsprogramms durchgeführt.

Erste Ergebnisse

Vectordiagramm vom Aufstehen und Hinsetzen

In den folgenden Beispielen sind die Kräfte in Prozent des Körpergewichts (%BW) dargestellt.

Erste Ergebnisse zeigen, dass das Kniegelenk hohen Belastungen ausgesetzt ist. Schon beim Gehen wirkt eine resultierende Kraft vom ca. 2,5-fachen des Körpergewichts (Video 717KB). Beim Treppab gehen beträgt die resultierende Kraft sogar bis zum 3,5-fachen des Körpergewichts (Video 463KB). Einige Momente sind höher als bislang bekannt. Dies hat vor allem für die vorklinische Testung neuer Knieimplantate große Bedeutung.

Einige weitere Belastungsangaben sind in der Datenbank OrthoLoad zu finden. Diese wird ständig erweitert und nach Abschluss der Untersuchungen alle Daten der Patienten enthalten.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Philipp Damm

Wissenschaftlicher Mitarbeiter