Gelenkbelastung & Muskel-Skelett-Analyse

Die Belastung künstlicher Gelenke und anderer orthopädischer Implantate ist noch immer teilweise unbekannt. Die auf diese Implantate einwirkenden Kräfte müssen daher für viele Zwecke ermittelt werden.

Sie befinden sich hier:

Dr.-Ing. Philipp Damm

Projektleiter - Gelenkbelastung

Damm_Philipp-155x200.png

Hüftgelenk - Instrumentierte Implantate

Neben dem Knie ist die Hüfte das am höchsten beanspruchte Gelenk. In höherem Alter tritt bei vielen Personen im Hüftgelenk Arthrose auf und erfordert dann oft den Ersatz des Gelenks durch eine Endoprothese. Allein in Deutschland werden mehr als 200.000 künstliche Hüftgelenke pro Jahr implantiert (Quelle: Statistisches Bundesamt, Daten aus dem Jahr 2011). Dabei gibt es verschiedene Arten der Endoprothesen und ihrer Verankerung im Knochen, die alle spezielle Vorzüge haben und je nach der individuellen Situation des Patienten gewählt werden. In den meisten Fällen können Patienten damit rechnen, dass ihre Mobilität wieder hergestellt wird und das die Implantate mindestens 15 Jahre gut funktionieren.

In einigen Fällen kann es aber nach mehreren Jahren zu Komplikationen kommen. Ursachen können z.B. besonders hohe Belastungen des Gelenks oder der Verschleiß der Kunststoffkomponenten sein. Auch für die weitere Verbesserung der Verankerung der metallischen Implantate im Knochen wird intensive Forschung getrieben. Voraussetzung für alle Verbesserungen ist aber, dass die Belastungen des Hüftgelenks bekannt sind. Die von uns entwickelten instrumentierten Hüftendoprothesen erlauben es, die im Gelenk wirkenden Kräfte direkt im Patienten zu messen. Mit dem seit 2010 eingesetzten Hüftimplantat (Hip III) werden neben den Kraftkomponenten auch drei Momente gemessen.

Wichtige Erkenntnisse über die Belastung der Hüfte

Beim Gehen liegen die Gelenkkräfte typischerweise bei 250% Körpergewichts (Video 754kB). Allerdings sind die Belastungen individuell unterschiedlich. Aber schon beim langsamen Joggen können sie auf 500%BW ansteigen [Bergmann et al., 1993] [Bergmann et al., 2001].

Das Stehen auf einem Bein bewirkt fast die gleiche Belastung wie das langsame Gehen.

Beim Treppensteigen sind die Belastungen nicht wesentlich größer als beim Gehen, allerdings ist die Drehbeanspruchung der Implantate erhöht (Video 709kB) [Bergmann et al., 1995].

Extreme Belastungen treten beim Stolpern auf. Hierbei wurde weit mehr als das achtfache Körpergewicht gemessen (Video 631kB) [Bergmann et al., 2004].

Beim Fahrradfahren oder auf dem Fahrrad-Hometrainer ist die Hüftgelenksbelastung typischerweise nur halb oder ein Drittel so groß wie beim Gehen (Video 752kB). Zum Kreislauf- oder Fitness-Training von Patienten mit künstlichen Hüftgelenken oder Arthrose im Hüftgelenk ist ein Hometrainer daher gut geeignet.

Wenn ältere Patienten Gehstützen verwenden, wird die Belastung des Hüftgelenks viel weniger entlastet als gemeinhin angenommen wird.

Weiche Schuhe oder weiches Bodenmaterial sind nicht geeignet, die Spitzenkräfte im Hüftgelenk zu reduzieren [Bergmann et al., 1995].

Wenn beim Gehen ein schweres Gewicht in einer Hand getragen wird, so wird das Hüftgelenk auf der Gegenseite wesentlich stärker belastet als auf der Seite, auf welcher das Gewicht getragen wird  [Bergmann et al., 1997].

Weitere Daten sind aus der Datenbank OrthoLoad abrufbar.