Les effets combinés du remplissage métaphysaire et de l'état de surface des prothèses fémorales de hanche sur les contraintes dans l'os et le ciment ont été étudiés par la méthode des éléments finis. La surface de l'implant a été successivement modélisée adhérente puis non adhérente au manteau de ciment. Différents degrés de remplissage métaphysaire ont été testés. Les conditions de charge ont simulé la charge verticale lors de la phase portante du pas, puis la charge rotatoire telle qu'elle est supportée par la prothèse lors de la montée des escaliers ou le lever d'une chaise. En charge verticale, lorsque le métal était adhérent au ciment, les contraintes dans l'os et le ciment étaient plutôt distales, alors qu'elles prédominaient dans la partie métaphysaire du fémur dans le cas d'une surface non adhérente au ciment. En charge rotatoire, l'absence d'adhérence du métal au ciment annulait les contraintes de traction normales à l'interface et diminuait les contraintes de cisaillement tangentielles à l'interface. Au contraire, les contraintes de compression normales à l'interface étaient amplifiées. En l'absence d'adhérence du métal au ciment, la stabilité rotatoire est apparue plus dépendante du remplissage métaphysaire que dans le cas contraire. Il semble que l'utilisation d'un implant adapté à la métaphyse fémorale, de surface non adhérente au ciment, permette d'assurer la stabilité rotatoire de l'implant tout en préservant l'interface de fixation ciment-os de contraintes de cisaillement et de traction excessives.

The combined effects of proximal canal filling and stem-cement surface characteristics on stresses in the cement and bone in femoral hip arthrosplasty were investigated by finite element analysis.

Our finite element study of a femoral implant fitted with a stainless steel stem was based on a set of 4 models with decreasing metaphyseal fill, designed to simulate loading before the occurrence of any deterioration in the cement-bone interface. Thus, the cement was represented fully bonded to the bone. The implant-cement interface was modeling in the bonded and debonded states. First a vertical load was applied to the implant to simulate the conditions of the bearing phase of gait. Second, a rotational load was applied to the implant. Torsional loading tests were found to be satisfactory for studying variations in shape of the proximal portion of femoral implants because they simulate the most critical loading conditions such as stair climbing or chair rising.

With the bonded implant-cement surface, bone stresses were rather distal, whereas they were mainly proximal with the debonded implant-cement interface. Under rotational loading, debonded implants produced less normal tensile and shear stresses in the proximal portion of the cement mantle. In contrast, compressive cement stresses were higher with debonded implants. In the debonded state, the rotational stability of the implant was found to be closely related to the degree of metaphyseal fill.

In conclusion, the use of implants with a debonded metal-cement interface and with optimal metaphyseal filling should preserve the cement-bone interface from excessive shear and tensile stresses, while providing good rotational stability.