Influence of lateralization of the center of rotation on rotational moment arms of the remaining rotator cuff and active external rotation after reverse shoulder arthroplasty

Einleitung – Die Defektarthropathie ist durch eine Ruptur von mehreren Sehnen der Rotatorenmanschette und die dadurch bedingte progrediente Schultergelenksdestruktion gekennzeichnet. Die inverse Schulter- Totalendoprothese (Reverse-Shoulder-Arthroplasty=RSA) führt bei Patienten mit Defektarthropathie zur Schmerzreduktion und Steigerung der Flexion und Abduktion. Die Schulterrotation bleibt aufgrund des medialisierten Drehzentrums häufig eingeschränkt. Ziel dieser Arbeit ist es zu überprüfen, ob eine Lateralisierung des Drehzentrums zum Erhalt rotationsspezifischer Hebelarme (RSH) und der Ansatz-Ursprungs-Distanz (AUD) der verbliebenen Rotatorenmanschette führt. Weiterhin wird geprüft, ob es zu einem größeren Zuwachs an aktiver Außenrotation (ARO-Δ) und vergleichbaren klinischen Ergebnissen im Vergleich zu Patienten mit nicht-lateralisierter RSA kommt. Methodik – (A) Kadaver-Studie (in-vitro/in-silico): Anhand von Computertomographie- (CT-)Aufnahmen wurden vor und nach lateralisierter RSA 3D-Schultermodelle von sieben Schulterpräparaten erstellt. Daran wurden RSH und die AUD für die drei Muskelsegmente der Musculi teres minor (TMI) und subscapularis (SSC) in 0°/30°/45°/60° Abduktion berechnet. (B) Prospektiv- randomisierte klinische Studie: Bei n=34 Patienten mit einer Defektarthropathie wurde eine RSA implantiert (Gruppe-1=nicht-lateralisiert, Gruppe-2=lateralisiert). Als Zielparameter dienten standardisierte klinische Scores und die aktive Außenrotation in 0° und 90° Abduktion. (C) CT-Studie (in-vivo/in-silico): Bei den Patienten (B) wurden RSH und die AUD des TMI und SSC mit o.g. Methodik (A) berechnet. Ergebnisse – (A) Die RSH blieben bei lateralisierter RSA für die mittleren und distalen TMI und SSC Segmente in allen Positionen unverändert. Es kam zum Erhalt oder zu einer Zunahme der AUD aller Muskelsegmente außer im distalen SSC-Segment in 0°-Abduktion (p=.001). (B) Bei den Patienten beider Untersuchungsgruppen kam es zu einer Verbesserung in allen klinischen Scores und im Bewegungsumfang (prä- versus post-op; p<.05) mit Ausnahme der Innenrotation in Gruppe-1 (p=.090). Im Gruppenvergleich (Gruppe-1 versus Gruppe-2; p>.05) zeigte sich kein Unterschied in den klinischen Scores und ARO-Δ (=aktive Außenrotation post- minus prä-operativ). Bei Patienten mit intaktem TMI war ARO-Δ in Gruppe-2 in beiden Untersuchungspositionen signifikant größer als in Gruppe-1. (C) Die RSH des TMI blieben in beiden Gruppen unverändert. Es kam in beiden Gruppen (Gruppe-1:-47,5% und Gruppe-2:-23%) zur Abnahme der RSH aller SSC-Segmente in allen Positionen, die nur in Gruppe 1 im mittleren (45° und 60°-Abduktion) und distalen Segment (60°-Abduktion) signifikant war. Die AUD von SSC und TMI blieb in beiden Gruppen in allen Segmenten ≥30° Abduktion unverändert. Schlussfolgerungen – Patienten mit intaktem TMI haben nach lateralisierter RSA einen signifikant größeren Zuwachs der aktiven Außenrotation und vergleichbare klinische Ergebnisse im Vergleich zu Patienten mit konventioneller RSA. Die klinisch verbesserte Außenrotation kann durch die weitgehende Erhaltung RSH und der AUD der verbliebenen Rotatorenmanschette erklärt werden.Introduction – A cuff-tear-arthropathy is a massive rupture of the rotator cuff combined with progressive destruction of the glenohumeral joint. Reverse- shoulder-arthroplasty (=RSA) leads to significant pain relief and restores function and active elevation in patients with cuff-tear-arthropathy. Shoulder rotation often remains impaired due to medialization of the center of rotation. We asked whether lateralization of the center of rotation is able to maintain rotational-moment-arms (RMA) and origin-to-insertion-distances (OID) of the remaining rotator cuff. We further investigated, whether this can lead to a higher gain in active external rotation (AER-Δ) and comparable clinical results compared to non-lateralized RSA. Methods – (A) Cadaver-Study (in-vitro /in-silico): Lateralized RSA was performed on seven cadaveric shoulder specimens. Three-dimensional shoulder surface models were derived from preimplantation and postimplantation computed tomography (CT-)Scans to calculate RMA and OID of the three segments of subscapularis (SSC) and teres minor (TMI) muscles. (B) Prospektive-randomized clinical study: N=34 patients with cuff-tear-arthropathy underwent RSA(Group-1=non-lateralized, Group-2=lateralized). Standardized clinical scores and assessment of AER in 0°- and 90°-abduction where collected as outcome parameteres (C) CT-study (in- vivo/in-silico): RMA and OID of TMI and SSC muscles were calculated for all patients (B) using the already described method (A). Results – (A) RMA remained unchanged with lateralized RSA for middle and distal SSC and TMI segments in all tested positions. OID increased or remained unchanged in any muscle segment apart from the distal SSC-Segment in 0°-abduction (p=.001). (B) Patients in both groups improved in all clinical scores and range of motion (pre- versus postimplantation; p<.05) apart from internal rotation in group-1: p=.090. Comparing both groups (group-1 versus group-2, p>.05) showed no difference in all clinical scores and AER-Δ (=AER postimplantation minus AER preimplantation). Patients with intact TMI in group-2 had a significantly higher AER-Δ in both tested positions than group-1 (C) RMA for all TMI segments remained unchanged in both groups for all tested positions. RMA of all SSC segments decreased in both groups (group-1:-47,5% and in group-2:-23%), which was significant only for group-1 in middle (45° and 60°-abductionlevel) and distal (60°-abductionlevel) segments. OID remained unchanged in both groups in all segments ≥30° abductionlevel. Take home points – patients with intact TMI had after lateralized RSA a significantly higher gain in active external rotation and comparable clinical results compared to patients with non-lateralized RSA. Maintenance of RMA and OID of the remaining rotator cuff could explain these clinical findings