Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Der Einfluss von Korrekturwinkel und Innenbandrelease bei der medial öffnenden valgisierenden Tibiakopfosteotomie auf die femorotibialen Druckverhältnisse

Wrann, Christiane D.

The valgus opening-wedge high tibial osteotomy (HTO) is a an option for the treatment of varus osteoarthritis of the knee in humans. But to date there have been no investigations quantifying the load-transfer effect of shifting the weight-bearing line (WBL) on tibiofemoral joint contact pressure. The amount of correction applied clinically is therefore largely based on personal experience and the outcomes reported in the few published clinical studies. Furthermore, the role of the medial collateral ligament (MCL) in this technique has also not been elucidated. The objective of this study was thus to quantify the effect of the axis of correction as well as the release of the MCL on tibiofemoral pressure distribution with the aim of permitting more exact planning of the HTO procedure. Furthermore should be discussed the transfer of the experimental results of the human model, the clinical relevance and feasibility of this operation technique in small animal surgery.   Seven fresh frozen human knee specimens were tested in full extension under static conditions in a materials testing system (Minibionix® 858, MTS Systems Co., Minneapolis) under an axial load of 1000 N: first in different simulated alignments of the lower leg using a specially designed and constructed fixture, then with valgus opening-wedge HTO and axis correction according to FUJISAWA et al. (1979) and finally after the dissection of distal superficial part of the MCL in two steps from anterior to posterior. A pressure sensitive film (K-Scan 4000, Tekscan®, Boston, USA) was inserted into the medial and lateral tibiofemoral joint which allowed separate simultaneous recording of pressure parameters (contact force [N], contact area [mm²], contact pressure [MPa]) in both compartments with anatomical-topographical allocation.   With non-opened HTO, the distribution of the contact force (CF) between the compartments of the tibiofemoral joint was dependent on the position of the WBL with respect to the tibial plateau. The more lateral the WBL intersected the tibial plateau, the lower was the medial component of the contact force which was observed. Opening of the HTO resulted in an increased tension of the MCL, such that some contact pressure (CP) in the medial compartment was measured even in the absence of any axial loading. Upon the application of axial loading, the medial component of CF was much higher than the lateral (71.4 % vs. 28.6 %), although the WBL was set at 62 % of the tibial plateau width measured from medial. In comparison, with the WBL in the same position without opened HTO, the relationship was almost reversed with 34.6 % vs. 65.4 % medial to lateral CF. Thus, in comparison to the originally simulated medium severe varus malalignment, no reduction of CF or CP in the medial compartment was achieved by that. Instead, the increase of CP in the medial compartment after opening of the HTO and intact MCL compared to neutral alignment was larger than the increase achieved by shifting the WBL of varus alignment from neutral alignment (180 % vs. 120 % increase). Successive dissection of the superficial MCL resulted in a progressive decrease of the contact pressure in the medial compartment which was observed with and without axial loading. With axial loading, the contact force and contact pressure in the medial compartment decreased significantly after each step of dissection (p<0.05) to a level that was then similar to neutral alignment.   In conclusion, valgus opening wedge HTO for decompression of the medial compartment can lead to effective medial compartment joint decompression, however, only in conjunction with complete release of the superficial medial collateral ligament. The results of this study suggest that in the clinical situation a correction of the weight-bearing axis to 62 % of the width of the tibial plateau measured from the medial margin leads to a satisfactory decompression of the medial compartment. From the situation in humans can be concluded for the dog that valgus opening wedge HTO – after necessary adaptations of this operation technique to the special anatomical situation – could provide a treatment option for correction of varus malalignment in dogs. In future this method could be used for the prevention of with malalignments associated osteoarthritis.

Die medial öffnende valgisierende hohen Tibiakopfosteotomie (HTO) ist eine Behandlungsmöglichkeit der medialen unikompartimentalen Gonarthrose mit Varusfehlstellung beim Menschen. Allerdings fehlen Studien, die den Effekt der Belastungsverschiebung auf den femorotibialen Gelenkkontaktdruck durch Verlagerung der Tragachse quantifiziert haben. Die Bestimmung des Korrekturausmaßes in der Klink basiert weitestgehend auf persönlichen Erfahrungen und den Ergebnissen einiger publizierter klinischer Studien. Weiterhin ist die Rolle des Innenbandes in dieser Technik nicht geklärt. Ziel dieser Studie war daher die Bestimmung des Effektes der Achskorrektur und eines Releases des Innenbandes auf die femorotibiale Kontaktdruckverteilung, um zukünftig eine präzisere Indikationsstellung, Planung und Durchführung dieser Operation zu ermöglichen. Des weiteren sollte die Übertragbarkeit der am humanen Kniemodell gewonnenen Ergebnisse, die klinische Relevanz und die praktische Anwendbarkeit dieser Operationsmethode für die Kleintierorthopädie diskutiert werden   Dafür wurden sieben humane Kniepräparate in physiologischer Streckstellung bei einer axialen Krafteinleitung bis 1000 N in einer Materialprüfmaschine (Minibionix® 858, MTS Systems Co., Minneapolis) getestet. Zunächst wurden über eine spezielle Haltevorrichtung verschiedene Achsenfehlstellungen der unteren Extremität simuliert durch Variation der Ausrichtung von distalen Femur und proximaler Tibia sowie dem Off-Set der Krafteinleitung über den Femurkopf. Dann wurde eine HTO in der öffnenden Technik nach LOBENHOFFER et al. (2002) durchgeführt mit Korrektur auf den Fujisawa-Point (FUJISAWA et al. 1979). Schließlich wurde der distale oberflächliche Anteil des Innenbandes von anterior nach posterior in zwei Schritten durchtrennt. Dabei wurden kontinuierlich über in das Femorotibialgelenk verbrachte Druckmessfolien (K-Scan 4000, Tekscan®, Boston, USA) getrennt für das mediale und laterale Kompartiment die Kontaktkraft [N], die Kontaktfläche [mm²] sowie der Kontaktdruck [MPa] in ihrer anatomisch-topographischen Verteilung im zeitlichen Verlauf gemessen. Bei nicht geöffneter HTO zeigte sich die Kontaktkraftverteilung zwischen den Kompartimenten des Femorotibialgelenk abhängig von der Lage der Tragachse im Verhältnis zum Tibiaplateau. Je weiter lateral die Tragachse das Tibiaplateau schnitt, desto niedriger war der medial gemessene Anteil an der Kontaktkraft. Die Öffnung der HTO führte zu einer erhöhten Anspannung des Innenbandes, so dass selbst ohne axiale Krafteinleitung ein hoher Kontaktdruck im medialen Kompartiment gemessen werden konnte. Nach Krafteinleitung war der mediale Anteil der Kontaktkraft im Mittel höher als der laterale (71,4 % vs. 28,6 %), obwohl die Tragachse auf 62 % der Tibiaplateaubreite von medial gemessen eingestellt worden war, d.h. durch das laterale Kompartiment verlief. Im Vergleich ergab sich ein umgekehrtes Verhältnis der Kontaktkraft bei gleicher Position der Traglinie und nicht geöffneter HTO mit 34,6 % medial zu 65,4 % lateral. So wurde im Vergleich zur ursprünglich simulierten Varusfehlstellung keine Reduktion von Kontaktkraft oder Kontaktdruck im medialen Kompartiment erreicht. Vielmehr war der Anstieg an Kontaktdruck im medialen Kompartimentes nach Öffnung der HTO und intaktem Innenband - verglichen mit der Neutralstellung - deutlich größer als der Anstieg an Kontaktdruck durch Verlagerung der Traglinie von der Neutralstellung in eine mittelschwere (180 % vs. 120 % Anstieg). Die schrittweise Durchtrennung des oberflächlichen distalen Anteils des Innenbandes führte zu einer fortschreitenden Abnahme des Kontaktdrucks im medialen Kompartiment, sowohl mit als auch ohne Krafteinleitung. Unter Belastung sanken Kontaktkraft und Kontaktdruck nach jedem Schritt der Durchtrennung signifikant ab (p<0,05) und erreichten schließlich Werte ähnlich wie in der Neutralstellung.   Damit konnte gezeigt werden, dass die Durchführung der medial öffnenden HTO zur einer wirksamen Dekompression des medialen Kompartimentes führt, allerdings nur bei einem gleichzeitigen vollständigen Release des distalen oberflächlichen Anteils des Innenbandes. Die eigenen Ergebnisse legen nahe, dass in der klinischen Anwendung eine Korrektur der Traglinie auf 62 % der Tibiaplateaubreite von medial aus gemessen als ausreichend anzusehen ist. Aus dieser der Situation beim Mensch kann für den Hund gefolgert werden, dass die medial öffnende hohe valgisierende Tibiakopfosteotomie - nach entsprechenden Anpassungen in der Operationstechnik an die spezielle anatomische Situation - eine therapeutische Möglichkeit der Korrektur einer Varusfehlstellung des Hundes darstellen könnte. Zukünftig könnte damit einer mit Fehlstellung einhergehenden Arthropathia deformans entgegengewirkt werden.

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Wrann, Christiane D.: Der Einfluss von Korrekturwinkel und Innenbandrelease bei der medial öffnenden valgisierenden Tibiakopfosteotomie auf die femorotibialen Druckverhältnisse. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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