Um eine längere Lebensdauer der Knieprothese bei TKA zu gewährleisten, ist die Wiederherstellung einer neutralen koronalen Ausrichtung der Gliedmaßen erforderlich. Das natürliche Knie mit neutraler Ausrichtung hat eine HKAA von nahezu 0°, mit mLDFA und mMPTA von etwa 87° ± 3°. Wenn also der distale Femur und die proximale Tibia senkrecht zur mechanischen Achse von Femur und Tibia geschnitten werden, gleicht eine Außenrotation des Femurs um etwa 3° die Flexionslücke aus. Bis zu einem Fünftel der Patienten, die sich einer TKA unterzogen haben, gaben jedoch an, mit dem Operationsergebnis unzufrieden zu sein. Ein ungleicher Flexions- oder Extensionsspalt, ein Ungleichgewicht der Weichteile und eine Fehlstellung der Patella können zu Unzufriedenheit führen. In früheren Studien hatten 32 % der Männer und 17,2 % der Frauen in einer westlichen Population und 20,34 % der koreanischen Frauen einen konstitutionellen Varus (HKAA > 3°). In diesen Populationen könnte eine „Korrektur“ der koronalen Ausrichtung der unteren Gliedmaßen in Richtung neutral zu einem iatrogenen Ungleichgewicht der Weichteile führen. In einer anderen Studie wurde bei chinesischen Erwachsenen ein > 5°-Varus der Tibia in der koronalen Ausrichtung der unteren Extremitäten beobachtet. Bei diesen Probanden könnte bei der TKA ein stärkeres medial-laterales Ungleichgewicht der Weichteile auftreten. Daher könnte die Analyse der mechanischen Ausrichtung von Femur und Tibia während der präoperativen Planung den Ärzten helfen, das Ungleichgewicht der Weichteile in den Griff zu bekommen.

In den vorgenannten Studien wurde die koronale Ausrichtung der unteren Gliedmaßen auf der Grundlage der HKAA in Varus, Neutral oder Valgus eingeteilt. Diese Klassifizierung beschreibt jedoch nicht die Inkongruenz der Ausrichtung von Tibia und Femur. Ein umfassendes Verständnis der knöchernen Ausrichtung sowohl des Femurs als auch der Tibia und ihrer Beziehung zur koronalen Ausrichtung der unteren Gliedmaßen ist für die präoperative Planung einer TKA von großer Bedeutung. Die drei wichtigsten Beiträge der vorliegenden Studie sind (1) die erfolgreiche Klassifizierung der Ausrichtung der unteren Extremitäten in fünf Typen mit statistisch signifikanten Unterschieden auf der Grundlage von mLDFA und mMPTA; (2) die Feststellung, dass eine Fehlanpassung zwischen der mechanischen Ausrichtung des Femurs und der Tibia bei Varus- und Valgus-Ausrichtungstypen häufig vorkam; und (3) die Feststellung, dass eine Schiefstellung der Gelenklinie bei 40 % der Bevölkerung mit neutraler Ausrichtung beobachtet wurde.

Die Typen 1 und 2 waren beide neutral in der globalen Knieausrichtung, unterschieden sich aber signifikant in der mechanischen Ausrichtung von Femur und Tibia. Aufgrund des Valguswinkels des Femurs und des Varuswinkels der Tibia wurde bei Typ 2 eine schräge Gelenklinie beobachtet. Dies kann direkte biomechanische Auswirkungen auf die Gelenkbelastung und die Scherspannung haben. Die direkten Folgen der Gewichtsübertragung in vivo und die Beziehung zur Degeneration des Kniegelenks sollten jedoch in einer künftigen Studie untersucht werden. Soweit wir wissen, ist diese Studie die erste, die über diese Art der Ausrichtung berichtet. Bei Patienten mit Kniearthrose, die vor der Arthrose eine neutrale Ausrichtung des Typs 1 und 2 aufwiesen, könnte ein ausgeglichener Streckspalt durch einen knöchernen Schnitt senkrecht zur mechanischen Achse während der TKA erreicht werden.

In dieser Studie wiesen 39 % der Probanden entweder den Varus- oder Valgus-Ausrichtungstyp auf, und es wurde eine Fehlanpassung zwischen natürlicher mLDFA und mMPTA beobachtet. Eine Fehlanpassung zwischen Femur und Tibia kann zu einem iatrogenen Weichteilungleichgewicht führen, wenn der knöcherne Schnitt während der TKA senkrecht zur mechanischen Achse von Femur und Tibia durchgeführt wird. Die Korrektur dieses Ungleichgewichts mit Hilfe der Weichteilausgleichstechnik ist jedoch nicht immer möglich. Eine Varusausrichtung vom Typ 3 machte 20 % aller Probanden mit einer mLDFA von 88,0° ± 1,4° und einer mMPTA von 83,5° ± 1,6° aus. Der Hauptfaktor für die Deformität bei Typ 3 war der Varuswinkel der Tibia, was erklärt, warum die Osteotomie bei Varusarthrose in der Regel an der proximalen Tibia durchgeführt wird. Außerdem kann die horizontale Ausrichtung der Gelenklinie nach der Osteotomie erhalten bleiben. Wenn die mechanisch ausgerichtete gemessene Resektionstechnik für eine TKA bei einem Patienten mit Kniearthrose mit Typ-3-Ausrichtung vor der Arthrose verwendet wird, könnte die Knochenresektion eine 4,5°-Enge auf der medialen Seite der koronalen Ebene verursachen, was eine mediale Weichteilentlastung erfordern würde. Wird jedoch die Technik des mechanisch ausgerichteten Spaltausgleichs angewandt, bei der zuerst der Tibiaknochen durchtrennt wird, könnte die varusförmige Femurkomponente in der Koronalebene die Gelenklinie anheben, und ein hohes Maß an Außenrotation der Femurkomponente könnte die Patellaspur in der Transversalebene verändern. Dadurch kann der Ausgleich der Weichteile erschwert werden. Eine restliche Varusausrichtung in Flexion kann auch aufgrund einer übermäßigen Außenrotation der Femurkomponente auftreten.

Der zweithäufigste Typ der Varusausrichtung war Typ 4 mit einem mLDFA von 91,4° ± 1,4° und einem mMTPA von 85,2° ± 2,0°. Bei diesem Typ war die koronale Ausrichtung der unteren Gliedmaßen stärker varus als bei allen anderen Typen (5,6° ± 2,3°, p < 0,05). Bei Patienten mit Kniearthrose, die vor der Arthrose eine Varusausrichtung vom Typ 4 aufwiesen, muss die Enge von 6,2° im Extensionsspalt möglicherweise durch eine Weichteilentlastung auf der medialen Seite nach einem senkrechten Knochenschnitt zur mechanischen Achse während der TKA korrigiert werden. Um einen ausgeglichenen Extensionsspalt zu erhalten, muss eine umfangreiche mediale Weichteilentlastung durchgeführt werden. Ein übereifriges mediales Weichteilrelease in der Extension führt jedoch bei der gemessenen Resektionstechnik zu einer Öffnung des Flexionsspalts auf der medialen Seite. Dies führt zu einer Flexionsinstabilität des Kniegelenks, und es kann eine noch stärker eingeschränkte TKA-Prothese erforderlich sein. Nagamine et al. weisen darauf hin, dass anatomische Variationen bei der TKA bei diesen Patienten berücksichtigt werden sollten. Die Ausrichtung der Gelenklinie war bei diesen beiden Arten der Varusausrichtung nahezu horizontal zum Boden, was der neutralen Ausrichtung des Typs 1 ähnelt. Dieses Ergebnis stimmt mit dem Bericht von Victor et al. überein. Im Vergleich zum Varusknie Typ 3 weist Typ 4 jedoch eine stärker nach medial öffnende Ausrichtung der Gelenklinie auf, was möglicherweise durch den Varus des Oberschenkels verursacht wird und zu einer größeren medialen Öffnung während des Arthroseprozesses führen könnte (TJLA: – 1,9° ± 3,5° in einer zuvor berichteten Arthrose-Kohorte versus TJLA: – 0,9° ± 2,2° bei Typ-4-Ausrichtung in der vorliegenden Studie). Daher sollte eine künftige prospektive Studie mit diesen Patienten durchgeführt werden, um festzustellen, ob Personen mit einer Ausrichtung vom Typ 4 ein höheres Arthroserisiko haben. Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Typen 3 und 4 beide eine stärkere Beugung des Oberschenkels aufweisen als die neutrale Gruppe. Daher ist bei der Verwendung einer intramedullären Führung für die distale Femurresektion Vorsicht geboten.

Typ 5 machte etwa 9 % aller Probanden in dieser Studie aus, mit einer durchschnittlichen HKAA von – 4,2° ± 0,9°, mLDFA, 84,6° ± 1,6°; und mMPTA, 88,8° ± 2,0°. Bei der Valgusausrichtung ist der Femur der Hauptverursacher, und die Tibia ist von allen Typen am neutralsten. Aufgrund der Valgusstellung des Oberschenkels und der Unfähigkeit, die Füße zusammenzubringen, wurde auch bei der Valgusausrichtung des Typs 5 eine schräge Gelenklinie beobachtet, was mit den früher berichteten Ergebnissen vergleichbar ist. Daher wird bei Patienten mit Valgusarthrose eine distale Femurosteotomie durchgeführt, und die Gelenklinie kann bei diesen Patienten auch so korrigiert werden, dass sie nach der Osteotomie horizontal zum Boden verläuft. Bei Patienten mit Kniearthrose mit einer Valgusausrichtung vom Typ 5 vor der Arthrose führt ein senkrechter Knochenschnitt zur mechanischen Achse während der TKA zu einer Enge des Extensionsspalts von etwa 4,2° auf der lateralen Seite. Daher ist ein laterales Release, wie z. B. ein ilio-tibiales Band-Release, oft erforderlich, um eine ausgeglichene Weichteilspannung zu erreichen.

In dieser Studie wurden Unterschiede zwischen den jüngeren und älteren Gruppen beobachtet (Tabellen 2 und 3). Der mittlere HKAA-Wert war in der älteren Gruppe höher als in der jüngeren Gruppe (2,2° ± 3,4° bzw. 0,5° ± 2,6°, p < 0,001). In der älteren Gruppe wurden auch ein größerer Varus (mLDFA) und eine stärkere Verkrümmung (AA-MA) des Oberschenkels beobachtet. Außerdem waren die Prävalenzraten der Typen 3 und 4 in der älteren Gruppe höher als in der jüngeren Gruppe. Dieser Befund könnte durch das Hueter-Volkmann’sche Gesetz erklärt werden, das besagt, dass das Wachstum der Physis unter Druck unterdrückt wird und das Wachstum der Physis stimuliert wird, wenn die Belastung verringert wird. Der Unterschied in den täglichen Gewohnheiten und im Lebensstil zwischen den beiden Generationen (die ältere taiwanesische Bevölkerung neigt dazu, mehr körperliche Arbeit zu verrichten und bei landwirtschaftlichen Arbeiten oft in die Hocke zu gehen) könnte zu einer sekundären Varusausrichtung beigetragen haben, die auf ein beschleunigtes Wachstum der lateralen Physis und ein verzögertes Wachstum der medialen Physis zurückzuführen ist.

Schließlich verglichen wir unsere Ergebnisse mit früheren Erkenntnissen aus der Literatur (Tabelle 4). Die Analyse der Ausrichtung der unteren Gliedmaßen in einer asiatischen Population in dieser Studie ergab einen ähnlichen Mittelwert der HKAA wie die in der Literatur angegebenen Werte. In der vorliegenden Studie fanden wir einen mittleren HKAA-Wert von 1,2° (±3,1°), der mit früheren Studienergebnissen von 1,3° (±2,3°) bei Belgiern , 1,5° (±2,0°) bei westlichen Männern , 1,5° (±2,9°) bei Iranern , 1,4° (±2,0°) bei koreanischen Frauen und 2,2° (±2,7°) bei Chinesen vergleichbar war. Das Vorhandensein einer leichten Varusabweichung von der neutralen mechanischen Knieausrichtung war unabhängig von der Rasse häufig. Die mittlere HKAA der Männer (1,5° (±3,0°)) war in der vorliegenden Studie stärker varusförmig als die der Frauen (0,8° (±3,1°)), was auch den zuvor von Bellemans et al. und Jabalameli et al. berichteten Werten entsprach. Trotz der Feststellung eines mittleren HKAA, der mit den zuvor berichteten Werten übereinstimmt, ist die vorliegende Studie die erste, die eine deutliche Diskrepanz zwischen der natürlichen mechanischen Ausrichtung von Oberschenkelknochen und Schienbein in Varus- und Valgusknien sowie eine Schiefstellung der Gelenklinie in zwei Dritteln der neutralen Knie feststellt.

Trotz der Neuartigkeit dieser Studie sollten einige Einschränkungen berücksichtigt werden. Erstens wurden alle Probanden retrospektiv von zwei Assistenzärzten für Orthopädie ausgewählt, überprüft und analysiert. Möglicherweise besteht ein gewisser Selektionsfehler, wie z. B. die versehentliche Auswahl von leicht abnormalen Dreifachfilmen trotz des Ausschlusses aller abnormalen Dreifachfilme. Die durchschnittliche HKAA in dieser Studie zeigte jedoch ähnliche Ergebnisse wie in früheren Studien, was darauf hindeutet, dass der Einfluss von Selektionsverzerrungen wahrscheinlich minimal war. Die zweite Einschränkung bestand darin, dass in dieser Studie koronale Gleitfilme mit vollem Bein für die Messungen verwendet wurden. Obwohl dieser Methode in früheren Studien eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit innerhalb und zwischen den Beobachtern bescheinigt wurde, könnte die Rotation der Extremitäten die Genauigkeit der Messungen beeinflusst haben. In dieser Studie könnte jedoch die nach vorne gerichtete Kniescheibe den Effekt der Rotation bei den meisten Probanden minimiert haben, wie in vielen früheren Studien zur Ausrichtung der Unterschenkel. Darüber hinaus ist die Morphologie der unteren Gliedmaßen in der transversalen und sagittalen Ebene von entscheidender Bedeutung für die Bewertung der Ausrichtung der unteren Gliedmaßen und die präoperative Planung, doch diese Informationen konnten nicht durch Normalfilmaufnahmen gewonnen werden. Die Computertomographie der unteren Gliedmaßen ist eine weitere Möglichkeit, den Einfluss der Gliedmaßenrotation zu vermeiden und die Morphologie der unteren Gliedmaßen in der transversalen und sagittalen Ebene zu erfassen. Allerdings ist die höhere Strahlenbelastung immer ein Problem. Die dritte Einschränkung war, dass vier der 19 Valgus-Probanden eine Valgus-Ausrichtung mit einer mMPTA ≥90 aufwiesen; diese machten einen sehr kleinen Anteil unserer Studienpopulation aus. Ziel dieser Studie war es, eine schnelle Methode zur Interpretation der Achsenausrichtung der unteren Gliedmaßen für gängige Arten der Ausrichtung der unteren Gliedmaßen vorzuschlagen. Daher wurden diese Patienten in dieser Studie nicht als Typ 6 klassifiziert, sondern dem Typ 5 Valgusausrichtung zugerechnet. Diese Patienten machen jedoch 21 % aller Fälle von Valgusausrichtung aus. Daher sollte diese Population in einer zukünftigen Studie in größerem Maßstab untersucht werden. Die letzte Einschränkung dieser Studie bestand darin, dass die Korrelation der mechanischen Ausrichtung von Femur und Tibia zwischen der gesunden Bevölkerung und Patienten mit Osteoarthritis unbekannt war, obwohl die knöcherne Zerstörung nur bei fortgeschrittener Osteoarthritis auftritt. Die hier vorgestellten Ergebnisse könnten für eine schnelle und einfache Interpretation der einzelnen Ausrichtungsarten nützlich sein und können im ersten Schritt der präoperativen TKA-Planung verwendet werden, außer in Fällen schwerer Kniearthrose mit sekundärer Knochenzerstörung. Die Ergebnisse sollten jedoch auch mit Vorsicht interpretiert werden, und die Behandlung sollte an den individuellen Zustand jedes Patienten angepasst werden.