Knieprothese

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Röntgenaufnahme einer Knieprothese (von vorne)
Knieprothese von der Seite

Eine Knieprothese, Knieendoprothese oder Kniegelenksprothese ist eine implantierte Prothese (Endoprothese), um Funktionen des Kniegelenks und/oder seines Stützapparates nach Funktionsverlust zu ersetzen. Die Knieprothese wird hauptsächlich bei schweren degenerativen Erkrankungen der Gelenke (Kniegelenksarthrosen) und nach Verletzungen des Knies als operative Therapie eingesetzt, um eine schmerzfreie Bewegungsfähigkeit und ggf. zusätzlich auch die Kniegelenksstabilität (bei Bandinstabilitätten) wiederherzustellen. Je nach Schwere der Schädigung werden partielle oder totale Knieprothesen verwendet. Die Knieprothese ist nach der Hüftgelenksprothese die zweithäufigste Endoprothese mit deutschlandweit etwa 175.000 Operationen jährlich (Erstimplantationen 2009).[1]

Mögliche Indikationen und Kontraindikationen[Bearbeiten]

Schematische Darstellung von Knieprothesen-Typen, je nach Verletzungsgrad oder Schwere der Arthrose

Der Einsatz einer Knieprothese kann notwendig werden bei:

  • Degenerative Arthrose (Beschädigung des Gelenkknorpels)
  • Rheumatoide Arthritis (Entzündung des Gelenks mit Knorpelschädigung)
  • Posttraumatische Arthritis (Arthritis nach Unfall)
  • Symptomatische Knieinstabilität (Verletzungen des Bandapparats)
  • Knieversteifung (Rekonstruktion der Beweglichkeit des Gelenks)
  • Deformationen des Kniegelenks
  • Rekonstruktion einer Kniegelenksfunktion nach Resektionen im Rahmen der Tumorchirurgie

Je nach Erkrankung und deren Schweregrad muss der Arzt aus den unterschiedlichen Implantattypen die bestmögliche Lösung und Therapie für den Patienten auswählen. Die richtige Indikationsstellung liegt allein im Verantwortungsbereich des behandelnden Arztes. Die betroffenen Patienten sollten auch in den Entscheidungsprozess einbezogen werden, damit Arzt und Patient sich über die Vorstellungen und Bedürfnisse der Patienten und die Abläufe und zu erwartende OP-Ergebnisse austauschen. So können diese Faktoren bei der Indikationsstellung berücksichtigt werden.

Eine Knieprothese sollte nicht eingesetzt werden, wenn ein rekonstruktiver Eingriff (z.B. Osteotomie) zur Therapie des Gelenkleidens möglich ist, akute oder chronische Infektionen im Gelenk oder in dessen Nähe oder systemische Infektionen vorliegen. Gegenanzeigen sind auch Störungen im Knochen selbst wie beispielsweise Störungen des Stoffwechsels, eine Osteoporose oder Osteomalazie, eine Schädigung der Knochenstruktur, die eine stabile Verankerung des Implantats verhindern oder Knochentumoren im Bereich der Implantatverankerung. Bei knöchernen Missbildungen oder extremen Achsfehlstellungen ist die Knieprothese ebenfalls kaum einsetzbar. Eine mögliche oder nachgewiesene Metallallergie oder -unverträglichkeit stellt ebenfalls eine Kontraindikation dar. Eine zu erwartende Überlastung des Implantats zum Beispiel durch Adipositas (Übergewicht) gilt als Risikokonstellation; ebenso Medikamenten-, Drogen- oder Alkoholsucht.

Einteilung der Knieprothesen[Bearbeiten]

mediale Schlittenprothese

Knieprothesen teilt man nach ihrem Koppelungsgrad ein. Das heißt je mehr Funktionalität des natürlichen Bandapparats im Kniegelenk beschädigt ist und von der Knieprothese übernommen werden muss, desto höher der Koppelungsgrad. Das Kniegelenk ist ein sogenanntes Roll-Gleit-Gelenk. Während des normalen Gangs rotiert der Unterschenkel um den Oberschenkelknochen und gleitet dabei nach vorn. Die Kniekinematik ist dadurch sehr komplex.

Bei der Bewegung von der Flexion in die Extension (vom gebeugten in das gestreckte Knie) rotiert der Unterschenkel um den Oberschenkel nach vorne. Dabei dreht sich der Fuß und somit der Unterschenkel um den medialen (inneren) Kondylus nach außen. Bei der Bewegung von der Extension in die Flexion rotiert der Unterschenkel um den Oberschenkel nach hinten. Dabei dreht sich der Fuß nach innen und der Unterschenkel gleitet nach vorn. Diese komplexe Kinematik kommt durch die Form der Gelenkflächen, der Menisken und vor allem durch die Anordnung der Bänder und Muskeln zustande.

Das sogenannte Uniknie (unikondyläre (syn. monokondyläre) Schlittenprothese) kommt zu Anwendung, wenn alle Bänder am Kniegelenk voll funktionsfähig sind und nur an einem der beiden Kondylen eine Schädigung des Gelenkknorpels vorliegt. Während die Komponente femoral uniform aus einer Metalllegierung besteht, existieren tibial drei verschiedenen Grundtypen: reine Polyethylenkomponente (sog. all-poly, z.B. Genesis, Journey, Mod I, St. Georg, UC plus), fest fixierte PE-Komponente mit Metallbasis (sog. metal-backed, z.B. Genesis, Journey, Mod II, UC Plus) oder analoge Varianten mit mobiler PE-Komponente (z.B. Oxford, LCS uni). Eine bikondyläre Primärprothese kann zum Einsatz kommen, wenn mindestens zwei der drei Gelenkabschnitte (inneres bzw. äußeres Kompartment sowie Kniescheibe mit Gleitlager) und ggf. auch das vordere Kreuzband beschädigt sind, die anderen Bänder aber ausreichend funktionsfähig sind. Es werden sowohl am Oberschenkelknochen als auch an der Schienbein die Gelenkflächen ersetzt. Die Menisken werden entfernt. Es gibt auch einzelne Implantatsysteme, die selbst bei intaktem vorderem Kreuzband eingesetzt werden können.

Wenn weder das hintere noch das vordere Kreuzband erhalten sind, wird eine sogenannte posterior stabilisierte Prothese (PS-Knie) eingesetzt. Hier übernimmt die Knieprothese bereits die Funktionen der Kreuzbänder und zwingt das Schienbein bei zunehmender Beugung nach vorne bzw. den Oberschenkelknochen nach hinten. Für den Drehgleitmechanismus gibt es dabei drei Verfahren, die jedes ein anderes Design der Tibiakomponente haben, während Femur- und Patellakomponente gleich bleiben:

  • Die Tibiakomponente besteht ausschließlich aus Polyethylen, und dieses wird mittels Knochenzement direkt auf den präparierten Schienbeinknochen gesetzt (all-polyethylene).
  • Eine Polyethylenkomponente wird fest fixiert auf eine Metallkomponente aufgesetzt, die wiederum im Schienbein entweder mit oder ohne Zement verankert wird (modular metal backed oder fixed bearing).
  • Eine Polyethylenkomponente wird so auf eine Metallkomponente aufgesetzt, dass sie sich in einem vorgegebenen Rahmen gegen die Metallkomponente bewegen kann, was vorwiegend ein Gleitmechanismus bei Kniebeugung ist (rotating platform, oder mobile bearing). Die Metallkomponente wird wiederum zementiert oder unzementiert im präparierten Schienbeinknochen fixiert.

Eine prospektive randomisierte Studie hat diese drei Komponenten eines Herstellers bei immer gleichen Femur- und Patellakomponenten miteinander verglichen, die Operateure waren sehr erfahren und gleichermaßen mit allen drei Tibiakomponenten vertraut, und konnte bei jeweils 75 - 76 Patienten pro Gruppe nach zwei und fünf Jahren keinerlei signifikante noch klinische Unterschiede nachweisen, was Beweglichkeit, Kraft, Funktion und Zufriedenheit betrafen. Bei insgesamt nur vier Revisionen erlaubt diese Studie noch keine Aussagen über die Langzeit-Standfestigkeit.[2]

Sind sowohl die Kreuzbänder als auch die Seitenbänder beschädigt, die Gelenkkapsel und der Muskelapparat aber noch gut intakt, kann eine sogenannte achsgeführte Rotationsprothese (Rotating-Hinge) eingesetzt werden. Hier übernimmt das Implantat die Stabilisierung des Gelenks sowohl nach vorne und hinten als auch nach links und rechts. Es lässt aber eine Rotation der Tibia gegen das Femur zu, das heißt der Fuß kann noch nach außen gedreht werden.

Als letzte Möglichkeit gilt das achsgeführte Knie. Sind auch die Kapsel und der Muskelapparat beschädigt, was oft mit großen Knochendefekten einhergeht, muss auch die Rotation der Tibia gegen das Femur, sprich das Drehen des Fußes, eingeschränkt und das Kniegelenk so weiter stabilisiert werden. Hier kann nun nur noch die Tibia gegen das Femur nach vorne und hinten bewegt werden.

Individuelle Kniegelenksprothesen[Bearbeiten]

Besonders bei jüngeren Patienten kommen gelegentlich individuell für den Patienten und dessen Geometrie gefertigte Prothesen zum Einsatz. Dabei müssen die hierfür notwendigen Maße mittels Computertomographie ermittelt werden. Auf Basis der CT-Daten wird am Computer ein virtuelles 3D-Modell vom Knie des Patienten erstellt, woraus eine Schablone gefertigt wird, eine sogenannte Negativ-Form, mit deren Hilfe das Implantat gefertigt wird. Auch das notwendige OP-Werkzeug wird individuell auf die Anatomie des Patienten abgestimmt und im 3D-Druckverfahren gefertigt. Das OP-Werkzeug dient der präzisen Durchführung der Knochenschnitte und der Positionierung des Ersatz-Gelenks. Eine korrekte Positionierung und Ausrichtung soll zu möglichst geringem Knochenverbrauch und einer langen Lebensdauer der Prothese beitragen. Diese Verfahren kann sowohl für Teilprothesen als auch als Total-Knieendoprothesen genutzt werden. Neben den höheren Kosten für die individuelle Anfertigung der Prothese resultieren aus diesem Verfahren auch eine höhere Strahlenbelastung durch die Computertomographie und eine längere OP-Zeit. Dass die Haltbarkeit der Prothesen verlängert werden kann, ist bisher im Langzeitverlauf nicht belegt.

Historisches[Bearbeiten]

Die erste Implantation von Scharniergelenken erfolgte 1890 durch den Berliner Chirurgen Themistocles Gluck: Bei drei Patienten mit Gelenkszerstörung im Rahmen einer Tuberkulose wurde ein einfaches Scharnier aus Elfenbein implantiert, die Fixierung erfolgte mit vernickelten Schrauben und Kolophonium, einem Harz. Die Versuche schlugen durch Infektion fehl. Ein weiterer Versuch erfolgte durch Judet 1947 mit einer Acrylharzprothese. Die erste Scharnierendoprothese, die auch in größeren Fallzahlen erfolgreich implantiert wurde, war das Modell von Walldius ab 1951, das in der Folge noch mehrfach modifiziert wurde. Weitere bekannte frühe Formen der Scharnierendoprothese waren die Modelle von Shiers [3] ab 1953, Engelbrecht ab 1970, Groupe Guepar ab 1970, Sheehan ab 1971, Blauth ab 1972 und Gschwend-Schleier-Bähler (GSB) ab 1972.

Ein isolierter Ersatz der Femurkondylen erfolgte in Einzelfällen durch Entwicklungen von Campbell ab 1940, Smith-Petersen ab 1942 und Rocher ab 1952. Größere Fallzahlen sind bekannt für die Modelle von Aufranc-Jones-Kermond ab 1953 sowie Platt-Pepler ab 1955.

Der isolierte Ersatz tibial erfolgte in ersten Modellen von Marquard ab 1951, McKeever ab 1952 und McIntosh ab 1956.

Die ersten Gleitflächenersatzprothesen, also der Ersatz der Gleitflächen femoral und tibial medial und/oder lateral ohne mechanische Kopplung stammten von Gunston ab 1968 (femoral Stahl, tibial Polyethylen) und von Engelbrecht (Modell St. Georg) ab 1969 (femoral Stahl Kobalt Chrom Molybdän, tibial Polyethylen), Freeman/Swanson ab 1970 und Marmor ab 1975.

Verwendete Werkstoffe[Bearbeiten]

Modell einer Kniegelenksprothese

Der am häufigsten verwendete Werkstoff ist die Cobalt-Chrom-Gusslegierung CoCr29Mo nach ISO 5832-4 für die Femur- und Tibia-Implantatkomponenten. Für Augmentationskeile und Platten wird häufig eine Cobalt-Chrom-Legierung nach ISO 5832-12 verwendet. Es kommen auch Titanlegierungen oder Oberflächenbeschichtungen aus Zirconiumnitrid, Titannitrid oder Titanniobnitrid zum Einsatz, die vor allem für Patienten mit Metallallergie wie z. B. Nickelallergie verwendet werden. Bei Titanlegierungen wird das Titan an den artikulierenden Flächen, aufgrund der geringen Abriebresistenz, mit einem speziellen Oberflächenhärtungsverfahren mit Stickstoffionen behandelt. Die Oberflächenbeschichtungen werden im PVD-Verfahren aufgedampft. Die Inlays (Meniskenersatz) sind in der Regel aus UHMWPE (ultra hochmolekulares Polyethylen) nach ISO 5834-2 hergestellt.

Verankerung des Implantats[Bearbeiten]

Implantate werden häufig mit Knochenzement am Knochen verankert. Wahlweise kann auch eine Verankerung ohne PMMA (Knochenzement) gewählt werden. Hier sind die Implantatkomponenten meist mit einer Beschichtung versehen, welche eine besonders poröse und damit große Oberfläche hat, die ein An-/Einwachsen des Knochen begünstigen und so eine sichere Verankerung gewährleisten. Bis der Knochen in diese Schicht eingewachsen ist, hält das Implantat durch den sogenannten Presssitz. Das heißt, das Implantatlager (der Knochen) wird so präpariert, dass die Prothese in dem Knochen klemmt.

Belastung des Implantats[Bearbeiten]

Instrumentierte Knieprothese zur Belastungsmessung im Patienten

Um den Körper zu stabilisieren, wirken im Kniegelenk erhebliche Muskelkräfte, die zusätzlich zum Körpergewicht das Gelenk komprimieren und damit belasten. Diese Kräfte können mit mathematischen Modellen annähernd berechnet oder mit instrumentierten Messprothesen direkt gemessen werden. Zum Beispiel haben Forscher des Julius-Wolff-Instituts der Berliner Charité eine instrumentierte Knieprothese zur Belastungsmessung entwickelt und bei mehreren Patienten eingesetzt. Die Messdaten werden dabei drahtlos an einen Computer übertragen. Die Ergebnisse zeigen, dass schon beim Gehen eine resultierende Kraft vom ca. 2,5-fachen des Körpergewichts auf das Gelenk wirkt. Beim Treppabgehen steigt die resultierende Kraft sogar bis zum 3,5-fachen des Körpergewichts.

Ergebnisse[Bearbeiten]

In einer aktuellen Studie des schwedischen Endoprothesenregisters von 2012 ergaben sich für Primärimplantationen des kompletten Kniegelenkes (Totalendoprothese mit und ohne Kniescheibenersatz) Zehnjahres-Überlebensraten von ca. 95 % und für unikondyläre Schlittenprothesen von ca. 85 % - 90 % [4]. Dies bedeutet, dass statistisch nach zehn Jahren ca. 5 % bzw. 10-15 % der Kniegelenke entfernt bzw. gewechselt wurden, alle anderen Endoprothesen dagegen nicht. Hieraus läßt sich aber weder das individuelle Wechselrisiko noch das individuelle klinische und subjektive Einzelergebnis ableiten. Zielgröße war allein der durchgeführte Ausbau oder Wechsel. Gründe für einen Wechsel einer unikondylären Schlittenprothese kann z.B. die Arthrose des bisher nicht versorgten Kompartments bei intakter Prothese selber sein, umgekehrt kann eine nicht gewechselte Endoprothese prinzipiell zur Wechseloperation anstehen, welche jedoch aus anderen Gründen nicht durchgeführt wurde.

Quellen[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Barmer GEK: Barmer GEK Report Krankenhaus 2010 - Schwerpunktthema: Trends in der Endoprothetik des Hüft- und Kniegelenks (PDF; 1,9 MB). 2011, S. 9.
  2. M. M. Kalisvaart, M. W. Pagnano, R. T. Trousdale, M. J. Stuart, A. D. Hanssen: Randomized clinical trial of rotating-platform and fixed-bearing total knee arthroplasty: no clinically detecatable differences at five years. In: The Journal of Bone and Joint Surgery. American volume. Band 94, Nummer 6, 21. März 2012, S. 481–489, ISSN 0021-9355. doi:10.2106/JBJS.K.00315.
  3. http://www.bjj.boneandjoint.org.uk/content/58-B/3/300.full.pdf
  4. http://www.knee.nko.se/online/uploadedFiles/109_SKAR2012_sv1.1.pdf
Gesundheitshinweis Bitte den Hinweis zu Gesundheitsthemen beachten!