Anforderungen an ein künstliches Kniegelenk

Die Voraussetzung für den Erfolg eines künstlichen Kniegelenkersatzes ist die Berücksichtigung einer möglichst natürlichen Kinematik, einer stabilen Verankerung der Komponenten und eines minimalen Materialverschleisses durch das Implantatdesign. Durch das „Rollen, dann Gleiten“ werden die Bänder, Muskeln und Sensoren in einer ganz bestimmten Bewegung während der Beugung/Streckung, Ab/Adduktion und axialer Rotation beansprucht sowie in ihrer Lage zueinander verändert. Dieses Zusammenspiel sollte auch durch ein künstliches Kniegelenk nicht zerstört werden. Walker (2000) definierte die “design criteria” folgendermaßen: after implantation, the forces in the remaining structures and the kinematics of the joint are restored to normal.

Diese Ziele konnten aber bisher nicht erreicht werden. In den Anfangsjahren der Knieendoprothetik wurden gekoppelte Prothesen mit kongruenten Gleitflächen entwickelt. Die damit verbundene Einschränkung einzelner oder mehrerer Freiheitsgrade und die in der Artikulation gegebene Haft- und Gleitreibung erzeugte hohe Scher- und Torsionskräfte an der Implantatverankerung, die häufig zur Lockerung der Tibiakomponente bereits nach kurzer Implantationsdauer führten. Spätere Designs versuchen, diese Probleme durch eine Verringerung der Kongruenz der artikulierenden Oberflächen zu umgehen. Diese gestatten zwar mehr Freiheitsgrade des Kniegelenks, belassen aber durch die konkav geformte Tibiafläche das Gleiten und reduzieren gleichzeitig die kraftübertragende Kontaktfläche, was andererseits eine erhebliche Zunahme der Beanspruchung des Polyethylens bedeutet.

Um die axiale Rotation und AP-Translation zu erlauben wurden weitere Hilfskonstruktionen (mobile bearing, Zapfengesteuerte posteriore Bewegung) angewendet, die sich aber durch diesen zusätzlichen Aufwand immer komplexer und klinisch nicht eindeutig besser darstellten.

Trotz der Fortschritte im Design und der Materialien wurde der tribologisch wirksame Gleitmechanismus nicht verändert. Die Femurköpfe der künstlichen Gelenke gleiten in mehr oder weniger kongruenten Schalen, die wiederum fest oder mobil, mit oder ohne Zapfensystemen verankert wurden. Somit beschreibt die Entwicklung der letzten Jahre vornehmlich die Erforschung von Materialpaarungen mit geringem Verschleiß.

Die Anforderungen von Walker wurden nicht erreicht und die immer komplexeren Hilfskonstruktionen zeigen, dass die natürliche Kinematik des Kniegelenks nicht verstanden wurde.

Diese Situation vor Augen prüften Nägerl, Kubein-Meesenburg, Cotta und Kollegen erneut die Kinematik des menschlichen Kniegelenks. Dabei stand die Beschreibung der inkongruenten artikulierenden Gelenkflächen im Mittelpunkt der Forschung und die Resultate daraus sind die Basis einer neuen Prothesengeneration des Unternehmens ÆQUOS Endoprothetik GmbH .