Background: Hip joint loads can exceed many times our body weight (BW) and thus negatively influence the native hip joint as well as implant longevity in total hip arthroplasty (THA) patients. The objective of this study was to investigate the impact of intraoperative muscle damage on postoperative in vivo joint contact forces. In addition, longitudinal postoperative changes of the in vivo acting contact forces from 3 to 50 months and changes of the muscles acting over the hip joint were reported and quantified. Our hypothesis was that an approach-related damage to the periarticular hip muscles will be directly correlated to higher joint loads. Methods: We examined ten patients with an instrumented implant using the direct lateral approach (DLA) at 0, 3 and 50 months after THA. In vivo joint load measurements with simultaneous gait analysis were performed for different activities of daily living (ADL). Pre- and postoperative transaxial pelvic / lower limb CT scans were used for analysis of individual changes in volume and fatty degeneration of the bilateral periarticular muscles. Finally, total muscle and lean muscle volumes (total muscle volume - fatty degeneration) were correlated with the peak values of the in vivo measured hip joint contact forces. Results: Stair climbing produced the highest hip joint loading of all tested ADL with a maximum of 418% body weight (%BW). At 3 months after THA, the influence of a gluteus medius muscle (GMed) injury had not yet been evident, whereas we found a clear correlation of lower lean gluteus minimus muscle (GMin) volume with higher contact forces during all tested ADL (rs=-0.67* - -0.94**). 50 months after THA, statistical analysis revealed lower lean volume of the ipsilateral GMed and gluteus maximus muscle (GMax) to have an effect on higher joint loads in walking (rs=0.53, rs=0.68*). Conclusion: The native hip joint as well as artificial arthroplasties have to withstand high loading during daily activities. Our data generally support our hypothesis that an impaired periarticular musculature, especially the abductor muscles, contributes to an increase of these joint loads.
Einleitung: Die Belastung des Hüftgelenkes kann bis auf ein Vielfaches des Körpergewichtes ansteigen und dadurch die Lebensdauer sowohl des natürlichen Gelenkes als auch künstlicher Implantate negativ beeinflussen. Ziel dieser Arbeit ist es den Zusammenhang zwischen Art und Umfang der intraoperativen Muskelschädigung bzw. der daraus entstehenden muskulären Veränderungen auf die postoperativ (pOP) in vivo wirkenden Hüftkontaktkräfte zu untersuchen. Darüber hinaus wurde die Änderung der in vivo wirkenden Gelenkbelastung im Zeitraum 3-50 Monate, sowie die Änderungen der gelenküberspannenden Muskulatur bzw. Muskelverfettung dargestellt und quantifiziert. Unsere Hypothese war dabei, dass ein operationsbedingter Muskelschaden der Hüftmuskulatur direkt mit erhöhten in vivo Gelenkkontaktkräften korreliert. Methoden: Zehn über einen transglutealen Zugang mit instrumentierter Hüftendoprothese versorgte Patienten wurden präoperativ, 3 und 50 Monate pOP untersucht. Für verschiedene Aktivitäten des täglichen Lebens (ADL) wurden die in vivo wirkenden Gelenkkräfte mit simultaner Ganganalyse gemessen. Prä- und postoperative axiale Becken/Bein CT Aufnahmen wurden für die Bestimmung der individuellen bilateralen Muskelvolumina und –verfettung der gelenkübergreifenden Muskeln verwendet. Totale und bereinigte Muskelvolumina (Totales Muskelvolumen – Muskelverfettung) wurden anschließend mit den Belastungen der während unterschiedlichen ADL gemessenen Gelenkbelastungen korreliert. Ergebnisse: Die höchste Gelenkkontaktkraft wurde mit 418% Körpergewicht bei der Aktivität „Treppen steigen“ gemessen. 3 Monate nach Hüfttotalendprothesenoperation konnte noch kein Einfluss des Muskelschadens des Gluteus medius (GMed) gezeigt werden, wohingegen ein vermindertes reines Muskelvolumen des Gluteus minimus (GMin) bereits mit erhöhten Gelenkkontaktkräften in allen getesteten ADL korrelierte (rs= -0.67* - -0.94**). In den Messungen 50 Monate pOP konnte eine Effekt von verminderten reinen Muskelvolumina des ipsilateralen GMed und Gluteus maximus (GMax) auf erhöhte Gelenkkräfte im Gehen gezeigt werden (rs=0.53, rs=0.68*). Schlussfolgerung: Natürliche Gelenke und Hüftendoprothesen müssen enormen Gelenkbelastungen während verschiedenen ADL standhalten. Unsere Ergebnisse unterstützen allgemein unsere Hypothese, dass eine stark verfettete Glutealmuskulatur zusammen mit einem verminderten bereinigten Muskelvolumen im Zusammenhang mit einer Erhöhung dieser Gelenkbelastungen steht.
