Cementless stem fixation and primary stability under physiological-like loads in vitro / Zementfreie Schaftverankerung und Primärstabilität unter angenähert physiologischer Belastung in vitro

Abstract Primary stability and in consequence osteointegration are commonly related to the stem anchorage but also to the complex musculoskeletal loading of the hip region. This study investigated the influence of metaphyseal and meta-diaphyseal anchorage on the primary stability of cementless stems under physiological-like loading in vitro. Metaphyseal and meta-diaphyseal anchoring stems (n=6 each) were implanted into composite femora. Musculoskeletal loads, validated by in vivo data (peak joint force 2348 N), were applied using a mechanical set-up. Interface movements were recorded by seven displacement transducers and primary stability was compared. Both stems exhibited similar movement patterns and principally moved distally with a retroversional twist. Although elastic movements were comparable, the metaphyseal stem exhibited higher plastic deformations than the meta-diaphyseal stem, particularly for the metaphyseal, medio-lateral and antero-posterior components. Under physiological-like loading, the metaphyseal stem allowed higher interface movements and tended to initially migrate faster than the meta-diaphyseal stem and then stabilized. Elastic movements were comparable and seemed to be less influenced by the anchoring concept than by the mechanical properties of the bone. The analyses emphasize the importance of metaphyseal bone in proximal anchorage and the necessity of an accurate canal preparation to prevent excessive initial migration. Die Primärstabilität und letztlich die Osteointegration werden mit der Art der Verankerung des Schaftes aber auch den muskuloskeletalen Belastungen der Hüfte in Verbindung gebracht. In dieser Studie wurde der Einfluss einer metaphysären sowie einer meta-diaphysären Verankerung auf die Primärstabilität zementfreier Schäfte unter angenähert physiologischer Belastung in vitro untersucht. Methaphysär und meta-diaphysär verankernde Schäfte (je n=6) wurden in Kunst-Femora implantiert. Mittels eines mechanischen Prüfaufbaues wurden muskuloskeletale Belastungen, welche gegen in vivo Daten validiert wurden, aufgebracht (max. Gelenkkraft 2348N). Die Interface-Bewegungen wurden mit sieben induktiven Wegaufnehmern aufgezeichnet und die Primärstabilität verglichen. Beide Schäfte zeigten ein ähnliches Bewegungsmuster, und bewegten sich primär nach distal und in Retrotorsion. Während die elastischen Bewegungen vergleichbar waren, wurden für den metaphysär verankernden Schaft größere plastische Bewegungen als für den meta-diaphysär verankernden Schaft gemessen. Dies zeigte sich insbesondere in den medio-lateralen und antero-posterioren Bewegungskomponenten in der Metaphyse. Unter angenähert physiologischer Belastung wurden für den metaphysär verankernden Schaft größere Bewegungen am Interface gemessen, und dieser zeigte auch tendenziell eine schnellere Wanderung als der meta-diaphysäre Schaft bevor er sich stabilisierte. Die elastischen Bewegungen dagegen scheinen weniger vom Verankerungsprinzip als von den mechanischen Eigenschaften des Knochens beeinflusst zu werden. Diese Untersuchungen unterstreichen die Bedeutung des metaphysären Knochens für eine proximale Verankerung sowie die Notwendigkeit einer akkuraten Vorbereitung des intramedullären Kanals zur Vermeidung exzessiver initialer Wanderung.