Diese Kalkulation wird an der Ganzbein-Standaufnahme vorgenommen. Bisher ist keine wissenschaftliche Publikation bekannt, die einen Zusammenhang zwischen der statisch bestimmten Beinachse bzw. dem statisch bestimmten Knie-Varus-Winkel und dem Knie-Adduktions-Moment in Alltagsbewegungen wie Gehen, Laufen, Treppensteigen o.Ä. untersucht. Im Gegensatz dazu ist aus ganganalytischen Studien bekannt, dass sowohl im Gang als auch im Lauf die Richtung des Bodenreaktionskraftvektors nicht gemäß der oben beschriebenen Tragelinie im ruhigen Stand verläuft, sondern weiter medial am Kniegelenkmittelpunkt vorbei [11]. Weiterhin zeigen prospektive Arbeiten von Miyazaki und Mitarbeitern [4], dass lediglich 16 % der Varianz des Fortschreitens der Gonarthrose auf die statisch bestimmte Beinachse zurückzuführen ist. Darüber hinaus indizieren weitere prospektive Studien [12, 13], dass durch statisch geplante HTO die Knie-Adduktions-Momente im Gang durchaus reduziert werden. Jedoch zeigte sich, dass die Momentenreduktion bei den Patienten mit präoperativ ausgesprochen hohen Adduktions-Momenten im Gang nicht nachhaltig war und sich innerhalb von 6–12 Monaten auf den präoperativen Zustand zurückbildete.

Es gibt also verschiedene Hinweise darauf, dass die Bestimmung des Umstellungswinkels bei geplanter HTO, allein basierend auf Ganzbeinstandaufnahmen, wichtige Aspekte dynamischer Situationen des Alltags unberücksichtigt lässt.

Lösungsansatz

Eine nachhaltig wirksame Operationsplanung zur Festlegung des Umstellungsausmaßes bei HTO sollte demnach konsequenterweise die Auswirkung der Umstellung auf die Belastungssituation des Kniegelenks in dynamischen Situationen berücksichtigen. Biomechanische Bewegungs- und Belastungsanalysen erlauben es, auf Basis von mathematischen invers-dynamischen Bewegungsanalysemodellen, die Belastung auf den Bewegungsapparat im Allgemeinen und die Gelenkmomente im Besonderen zu bestimmen (s. Abb. 3 und 4).

Auf anatomische Referenzpunkte des Patienten werden dafür reflektierende Marker aufgebracht (Abb. 3). Die Bewegungen dieser Marker im Raum werden über ein Arrangement von Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Kameras aufgenommen. Die Kenntnis der Referenzpunkte und der Markerbewegungen erlauben es nun, die Bewegungen der Körpersegmente des Patienten eindeutig und mit hoher Genauigkeit zu rekonstruieren. Die gleichzeitige Bestimmung der auf den Körper wirkenden Bodenreaktionskraft ermöglicht weiterhin die Kalkulation der Gelenk-Drehmomente, die Aufschluss über die Belastung und Belastungsverteilung des Bewegungsapparats geben.

Prä-operativ eingesetzt können solche Belastungsanalysen bereits wertvolle Hinweise über die Belastungssituation des medialen Kniekompartiments geben. Weiterhin können geeignete Bewegungsanalysemodelle so erweitert werden, dass bestimmte Therapiemaßnahmen simulierbar sind. Im konkreten Fall der HTO-Planung können im Modell verschiedene Umstellungswinkel eingestellt werden. Basierend auf den realen Daten der prä-operativen Messung können dann die Effekte der verschiedenen Umstellungswinkel auf die Adduktions-Momente am Modell simuliert bzw. prädiziert werden. Die prä-operativ gewonnen Bewegungsdaten sind also nutzbar, um das Simulationsmodell zu treiben, in dem die verschiedenen Umstellungswinkel simuliert und die resultierenden Adduktions-Momente vorherbestimmt werden sollen. Diesen Satz von Ergebnissen kann der Operateur nun in die OP-Planung, bzw. konkret in die Planung des Umstellungswinkels, einfließen lassen. Dabei ist davon auszugehen, dass eine Reduktion des Adduktions-Moments um 20 % eine sehr deutliche Verlangsamung des Fortschreitens der Arthrose bewirken kann [4], was als Zielgröße für die Umstellung mitberücksichtigt werden kann.

Perspektiven und
Schlussfolgerungen

In einer eigenen Studie wurden die Adduktions-Momente bewegungsanalytisch prä-operativ an 15 männlichen Patienten mit medialer Gonarthrose, die bereits für eine HTO terminiert waren, bei verschiedenen Alltagsbewegungen ermittelt. Weiterhin wurden die Korrelationen zwischen den Gelenkmomenten und den Knie-Varus-Winkeln kalkuliert, die prä-operativ über die Ganzbeinstandaufnahmen bestimmt wurden. Interessanterweise wird beim Gehen weniger als die Hälfte der Varianz des Adduktions-Moments über den statisch bestimmten Knie-Varus-Winkel aufgeklärt (r = 0,66; r² = 0,44). Das bedeutet, dass das Knie-Adduktions-Moment im Gang zu weniger als 50 % vom statischen Varus-Winkel abhängt.

Dieses Ergebnis ist durchaus plausibel, berücksichtigt man, dass Höhe und Verlauf der Bodenreaktionskraft natürlich nicht nur durch den Knie-Varus-Winkel determiniert sind, sondern stark von der Funktionalität des Fußes, von der Morphologie und Statik der unteren Extremität und des Rumpfs sowie natürlich sehr stark von der Ausführung der betrachteten Bewegung abhängen. Weitere Analysen zeigen an, dass bei komplexeren und dynamischeren Bewegungsanforderungen der Zusammenhang zwischen Adduktions-Moment und Knie-Varus-Winkel noch geringer ist. Auch solche komplexeren Belastungsprofile können mit dem vorgestellten Modellansatz individuell simuliert werden.

Komplexe quantitative Bewegungsanalysen und modellbasierte Simulationen, wie hier dargestellt, beinhalten selbstverständlich einen nicht zu unterschätzenden apparativen, zeitlichen und personellen Aufwand, der nicht unmittelbar in vollem Umfang in die klinische Routine implementierbar ist. Ergebnisse der eigenen Arbeiten deuten jedoch an, dass für solche Patienten, die einen weniger aktiven Lebensstil führen und keinen dynamischen körperlichen Aktivitäten im Alltag nachgehen, die traditionelle Planung hinreichend sein kann. Für körperlich aktivere Patienten, die ggf. nach der HTO Sport treiben möchten, erscheinen dann jedoch umfangreichere Analysen indiziert. Um eine möglichst scharfe Trennung dieser Patientengruppen vorzunehmen, sind noch weitere Forschungsarbeiten notwendig.

Kooperationsmodelle zwischen orthopädischen Kliniken und biomechanischen Labors erscheinen sinnvoll und notwendig, um einerseits den Patienten von solchen Synergien profitieren zu lassen und weiterhin Forschungsarbeiten wie oben angedeutet im Patienteninteresse zu ermöglichen. Es ist geplant, über zukünftige Studien einen Satz an wesentlichen biomechanischen Parametern aus den komplexen Bewegungs- und Belastungsanalysen zu extrahieren, der eine umfassendere Planung des Umstellungswinkels für HTO unter Berücksichtigung dynamischer Situationen erlaubt. Die Bestimmung dieser Parameter kann dann über Analysen mit relativ geringem Apparate-, Personen- und Zeitaufwand auch in den klinischen Alltag eingebunden werden.