Femur proximal, Beinachsen, Varus- und Valgus-Deformitäten – Anatomie der unteren Extremität

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Bild: “CCD-Winkel” von Behrang Amini, MD/PhD. Lizenz: CC BY 2.5

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Der proximale Femur

Der Oberschenkelknochen, lateinisch Os femoris, ist der längste Knochen im menschlichen Körper. Es ist möglich ihn gedanklich in vier Abschnitte zu gliedern, wobei  für den proximalen Anteil vor allem diese drei von Bedeutung sind:

Caput femoris

Femurkopf: Dieser ist außer an der Fovea capitis femoris vollständig überknorpelt und artikuliert mit dem Becken im Acetabulum, bildet also den kugeligen Gelenkkopf.

Collum femoris

Oberschenkelhals: Dieser Bereich des Knochens erstreckt sich zwischen dem Caput und Trochanter major und minor. Diese Knochenvorsprünge an der lateralen und medialen Knochenfacette dienen als Muskelansätze, auch als Apophysen bezeichnet. Zwischen den beiden Trochantern erstreckt sich auf der Vorderseite des Knochens die Linea intertrochanterica und auf der Rückseite die Crista intertrochanterica .

Corpus femoris

Femurschaft: Die Diaphyse des Femurs beginnt distal der Trochanteren. Auch hier finden sich Muskelansätze in Form von verdickten Knochenleisten. So finden sich im proximalen Abeschnitt der Diaphyse auf der posterioren Knochenseite die Linea pectinea und die Tuberositas glutea. Etwas weiter distal gehen sie über in die Linea aspera, bestehend aus einem Labium laterale und einem Labium mediale.

Der Femur ist sehr gut durchblutet, was im Falle einer Oberschenkelhalsfraktur zu lebengefährlichen Blutverlusten führen kann. Die Durchblutung erfolgt durch die Arteria femoralis und deren Äste.  Ein besonders wichtiger Ast ist hierbei die A. profunda femoris, welche ihrerseits Äste abgibt (A. circumflexa femoris lateralis und medialis), die maßgeblich an der Durchblutung des Schenkelhalses beteiligt sind.

CCD-Winkel und Trajektoren

Die Abkürzung im Wort CCD-Winkel  bedeutet in diesem Fall  Caput-Collum-Diaphysen-Winkel. Er wird auch als Schenkelhalswinkel bezeichnet. Der Winkel spannt sich zwischen der Längsachse des Oberschenkelhalses und der Hauptachse der Diaphyse auf. Im Normalfall ist das Collum um 126° nach medial gegenüber dem Schaft abgewinkelt. Dieser physiologische Zustand wird als Coxa norma bezeichnet.

Der Winkel verkleinert sich im Laufe des Lebens, bis er bei 126° angekommen ist. So hat ein Neugeborenes beispielsweise einen CCD-Winkel von 150°. Diese Änderung kommt durch den stetigen Umbau des Knochens zustande, der sich an immer ändernde Beanspruchungen im Laufe des Lebens anpasst.

Die Trajektoren im Knochen beschreiben die funktionelle Anpassung der Spongiosa an unterschiedliche Drücke und Züge, die auf den Knochen wirken. Im Falle des Femurs lassen sich im Halsbereich im physiologischen Zustand Zug- und Drucktrabekel erkennen. Die Drucktrabekel verlaufen schräg senkrecht vom Caput femoris zur medialseitigen Kortikalis des Collums (Adamscher Bogen) und außerdem zwischen den beiden Trochanteren. Die Drucktrabekel verlaufen quer durch das Collum und münden im proximal-lateralen Teil der Diaphyse. Durch diese besondere Anordnung der Spongiosa im Knochen kann der Femur den enormen Kräften, die auf ihn wirken, mit minimalem Materialaufwand entgegenwirken.
Die Trabekel können in Röntgenaufnahmen sichtbar gemacht werden genauso wie in frontalen Sägeschnitten der Knochen.

Coxa valga und vara

Der normale CCD-Winkel von 126° wird, wie bereits oben erwähnt, als Coxa norma bezeichnet. Nun gibt es aber auch unphysiologische Winkel in denen Oberschenkelhals und Diaphyse zueinander stehen können.

Die Coxa vara bezeichnet einen zu kleinen Winkel. Dies ist der Fall ab unter 120°. Diese Fehlstellung des Knochens resultiert in einer Steigerung der Biegebeanspruchung. Es kommt zu einer Vermehrung der Zugspannung, was natürlich die Ausbildung von Zugtrabekeln fördert.
Als Coxa valga ist ein CCD-Winkel von über 135° definiert. Da der Femur in diesem Fall viel steiler mit dem Becken artikuliert entstehen vermehrt Druckbeanspruchungen. Diese äußern sich dementsprechend in der Ausbildung von stärkeren Drucktrabekeln als bei einer Coxa norma.

Trendelenburg-Phänomen mit Duchenne Hinken bei Coxa vara

Beim normalen Gehen verlagert der Mensch sein Gewicht vom einen Bein auf das andere. Das Bein, welches auf dem Boden steht, wird als Standbein bezeichnet, das in dem Moment frei schwingende Bein ist das Spielbein. Macht man nun einen Schritt nach vorne, dann verlagert sich der Körperschwerpunkt am Becken von der Mittellinie (an der Symphyse) zur Seite des Spielbeins. Die Kraft des entsprechenden Teilkörpergewichts wirkt nun auch eher auf der Seite des Spielbeins. Das resultierende Drehmoment führt zu der Tendenz, dass der Oberkörper auf die Seite des Spielbeins abgekippt wird. Eine Gegenkraft muss dieser Tendenz entgegenwirken. Das ist im Normalfall die Kraft der Glutealmuskulatur. Dieser hat aber einen um den Faktor 3 kürzeren Hebelarm als der des Teilkörpergewichts. Daher muss auch die Kraft, die von der Glutealmuskulatur aufgebracht wird 4x höher sein, als die des Teilkörpergewichts, um einen normalen aufrechten Gang zu ermöglichen.

Bei der Coxa vara nun besteht auf Grund von dem flachen Winkel von unter 120° ein relativer Trochanterhochstand zum Hüftkopfzentrum. Daraus resultiert eine Insuffizienz der Mm. Glutei medius und minimus. Bezogen auf den Stand und den Gang des Patienten bedeutet dies folgendes: Steht der Patient auf einem Bein, dann kann die insuffiziente Muskulatur das Becken nicht ausreichend stabilisieren und es kippt zur gesunden Seite hin ab, was als Trendelenburg Zeichen definiert wird. Besteht die Coxa vara auf beiden Seiten, dann wird das Absinken des Beckens im Gehen durch eine Gegenverlagerung des Oberkörpers kompensiert. Dieser pendelnde Gang wird als Duchenne-Hinken bezeichnet.

Beide Phänomene können auch bei Insuffizienz der Muskulatur durch Nervenausfälle beobachtet werden.

Antetorsionswinkel

Dieser weitere wichtige Winkel in Bezug auf den Femur spannt sich nun auf zwischen der Achse des Schenkelhalses und der Achse durch die distalen Femurkondylen. Dieser Antetorsionswinkel beträgt beim Erwachsenen im Normalfall 12°. Der distale Abschnitt des Femurs ist also gegenüber dem proximalen Teil um 12° nach innen rotiert.
Dieser Winkel ist genauso wie der CCD-Winkel nicht schon von Geburt an bei 12°. Beim Neugeborenen beträgt er 30-40° und nimmt im Laufe des Lebens ab.
Bleibt der Antetorsionswinkel auch beim Erwachsenen vergrößert spricht man von einer Coxa antetorta. Der distale Teil des Femurs ist in diesen Fällen weiter nach innen rotiert als normal. Dies führt zu einer verminderten Außenrotationsfähigkeit der Betroffenen.
Als Coxa retrotorta bezeichnet man einen zu kleinen Antetorsionswinkel bis hin dazu, dass der Hals in Bezug auf die Kondylen nach hinten rotiert ist. Betroffene zeigen ein Gangbild, bei dem die Fußspitze deutlich nach außen zeigt.

Femorotibialwinkel und Traglinie des Beins

Die anatomische Femurachse und die anatomische Achse der Tibia bilden auf Grund des CCD-Winkels keine gerade Linie. Zwischen ihnen spannt sich ein nach außen offener Winkel von 174° auf. Dieser wird als Femorotibialwinkel oder auch Knieaußenwinkel bezeichnet.

Der Begriff der Mikulicz-Linie beschreibt die Tragelinie des Beines. Auf dieser mechanischen Längsachse liegen beim physiologischen Bein alle großen Gelenke, also das Hüftgelenk, das Knie und das obere Sprunggelenk.
Auch diese Linie kann pathologisch verändert sein. So liegt das Kniegelenk beim Genu varum (O-Bein) zu weit lateral, beim Genu valgum (X-Bein) zu weit medial.  Diese Veränderungen der Traglinie des Beins können durch andauernde Fehlbelastung im Laufe des Lebens zu degenerativen Veränderungen führen, welche Schmerzen nach sich ziehen können.

Beinverlängerung mittels Distraktor

Beinlängendifferenzen müssen zunächst in funktionelle, also mit seitengleicher anatomischer Beinlänge, und reelle Beinlängendifferenz unterteilt werden. Bei Letzterer liegt eine wirkliche Differenz der anatomischen Beinlängen vor. Die Ursachen sind sehr vielfältig.

Da diese Differenzen nicht nur kosmetische Probleme nach sich ziehen, sondern auch zu Achsenfehlstellungen und auf lange Sicht Degenerationen führen können, sollten sie ab ungefähr 3cm behandelt werden. Dies geschieht heutzutage  meist durch eine  Kallusdistraktion. Der Knochen wird dabei intraoperativ durchtrennt und nach einer Woche beginnend durch einen Fixateur auseinandergezogen. Der Kallus, also die Knochennarbe, kann so ca. einen Millimeter pro Tag distrahiert werden. Dieses Verfahren dauert zwar im Vergleich zu anderen Verfahren recht lang (ein Zentimeter pro Monat), aber Nerven und Blutgefäße werden hierbei auch mit verlängert. Um auch Muskeln und Sehnen diesem Prozess anzupassen muss eine begleitende Physiotherapie durchgeführt werden.

Epiphyseolysis capitis femoris

Diese Erkrankung betrifft vor allem Jungen zwischen dem 9. Lebensjahr und dem Erreichen ihrer Endgröße während des präpubertären Wachstumsschubs.
Es kommt zur Lösung und zum Gleiten der Epiphysenfuge, also der Wachstumsfuge, vom Schenkelhals. Die mechanische Widerstandsfähigkeit nimmt ab, da der Wachstumsknorpel im Wachstumsschub enorm zunimmt und die Mineralisation des Knochens dem nicht hinterherkommt. Übergewicht und hormonelle Faktoren wirken begünstigend auf das Phänomen.

Es wird unterschieden zwischen der Akut-Form, bei der durch das Abrutschen des Knochens die Gefäßversorgung des Hüftkopfes nicht mehr ausreichend gewährleistet ist und es zu Nekrosen kommt, und der Lenta-Form. Diese ist wesentlich häufiger. Es kommt nur allmählich zur Verbreiterung der Epiphyse, sodass die Durchblutung weiter gewährleistet ist. Diese Form kann jederzeit zum Stillstand kommen.

Die Symptome der Erkrankung beinhalten Schmerzen in der Region des Knies und der Oberschenkelvorderseite. Außerdem wird das Bein in Außenrotationsstellung gehalten. Die daraus resultierende Einschränkung der Innenrotation wird als Drehmann Zeichen definiert.
Zur Sicherung der Diagnose sollte ein Röntgenbild gemacht werden.

Ist die Diagnose gesichert muss bei der akuten Form sofort die Epiphyse operativ reponiert und fixiert werden. Die Lenta-Form wird auch je nach Schweregrad operativ versorgt.

Fragen zu Femur proximal, Beinachsen, Varus- und Valgus-Deformitäten

Die Antwort befindet sich unterhalb der Quellenangabe.

1. Was trifft bezüglich des CCD-Winkels zu?

1. Coxa norma: 126°, CCD-Winkel beim Neugeborenen 100°
2. Coxa norma: 136°, Coxa vara: kleiner 120°
3. Coxa vara: kleiner 120°, Coxa valga: größer 135°
4. Coxa valga: kleiner 120°, CCD-Winkel beim Neugeborenen 150°
5. CCD-Winkel = Cavitas-Collum-Diaphysen Winkel