Massgeschneiderte Knieprothese: Mythos oder Realität?

Dr. Roland Gardon

FMH orthopädische Chirurgie, Kniechirurgie, Clinique de Genolier

Januar 9, 2022

Unsere Knie sind eines der größten und komplexesten Gelenke in unserem Körper. Sie fungieren als Übergangsgelenk zwischen der Hüfte und dem Fuß und sind daher ständiger Belastung und Beanspruchung ausgesetzt. Es gibt viele Risikofaktoren wie Alter, Fettleibigkeit, Vererbung, Infektionen, alte Verletzungen und vieles mehr. Wir haben bereits gute Möglichkeiten, mit diesen Problemen umzugehen, und wir bekommen immer bessere Möglichkeiten. Die Technologie in der Medizin ist so weit fortgeschritten, dass maßgefertigte Knieprothesen nicht nur Realität sind, sondern bereits eingesetzt werden!

Möchten Sie mehr darüber erfahren? Lesen Sie den Artikel von Dr. Roland Gardon.

Die Knietotalprothese (KTP) kommt bevorzugt bei Patienten mit einer behindernden Gonarthrose (Kniegelenkarthrose) zum Einsatz. Es handelt sich um eine verlässliche und reproduzierbare Operation, die hervorragende langfristige klinische Ergebnisse ermöglicht. Laut mehreren Projektionsstudien wird die Zahl der implantierten Prothesen in den kommenden Jahren deutlich steigen. Dies ist vor allem auf die Alterung der Bevölkerung, Übergewicht und die Tatsache zurückzuführen, dass bei immer jüngeren Menschen KTP implantiert werden. Trotz der sehr guten Ergebnisse dieser Operation sind laut Literatur circa 20% der Patienten mit ihrer Prothese unzufrieden. Diese Zahl ist nicht unerheblich und wird von Orthopäden sehr ernst genommen. Derzeit finden wichtige Veränderungen im Zusammenhang mit der Herstellung der Prothesen, dem chirurgischen Eingriff und dem postoperativen Zeitraum statt, um sie auf ein Minimum zu begrenzen.

Das Knie ist das grösste und komplexeste Gelenk des menschlichen Körpers. Es liegt zwischen Oberschenkel und Wade und fungiert als Übergangsgelenk zwischen Hüfte und Fuss; im Laufe des Lebens wird es stark beansprucht. Der Oberschenkelknochen (Femur), das Schienbein (Tibia) und die Kniescheibe (Patella) bilden die knöchernen Gelenkkörper. Die Gelenkoberfläche ist von hyalinem Knorpel überzogen. Dabei handelt es sich um ein festes und widerstandsfähiges, aber sehr empfindliches Gewebe, das hervorragende mechanische und biomechanische Eigenschaften besitzt, um den Gelenkoberflächen ideale Gleiteigenschaften zu verleihen.

Wenn das Knorpelgewebe abnimmt, kommt es zu Verschleiss. Die Knochen reiben aneinander und ein progressiver Entzündungsprozess, der das gesamt Gelenk betrifft, setzt ein. Man spricht von einer degenerativen Erkrankung der Kniegelenke oder Gonarthrose. Letztere manifestiert sich durch Bewegungsschmerzen, eine Funktionseinschränkung (insbesondere Steifheit) und die progressive Deformation des Gelenks.

Die Risikofaktoren sind zahlreich und gut bekannt: Alter, Vererbung, Übergewicht, weibliches Geschlecht, morphologische Deformationen, Infektionen und alte Traumata.

Die Diagnose erfolgt durch Befragung, eine klinische Untersuchung und herkömmliche Röntgenbilder. Eine Magnetresonanztomografie ist selten notwendig.

Zwei Behandlungsmethoden kommen in Betracht: konservativ und chirurgisch.

Die nicht operative Behandlung umfasst eine Veränderung der Aktivitäten, eine Gewichtsabnahme, entzündungshemmende Medikamente, Eis- und Physiotherapie. Eine intraartikuläre Viskosupplementation mit Hyaluronsäure oder Chondroitinsulfat-Derivaten in Tablettenform sind weitere Möglichkeiten. Zu beachten ist, dass diese Behandlungen die Arthrose selbst nicht heilen, aber die Schmerzen lindern oder – besser noch – das Fortschreiten der degenerativen Krankheit verzögern können.

Falls die von einem Facharzt begleitete, gut durchgeführte konservative Therapie scheitert, kann eine Knietotalprothese (KTP) in Betracht gezogen werden. Die verschlissenen Teile des Knies werden durch metallische Teile (Chrom-Kobalt) und Kunststoffteile (Polyethylen) ersetzt. Bei einer radiologisch bestätigten Arthrose und täglichen Schmerzen, die die Lebensqualität erheblich beeinträchtigen, wird die Entscheidung nach einem eingehenden Gespräch mit dem Chirurgen vom Patienten selbst getroffen. Das Hauptziel des Eingriffs ist die Wiederherstellung eines schmerzfreien, stabilen und mobilen Knies sowie das Erreichen von guten klinischen und funktionellen langfristigen Ergebnissen für den Patienten. Dies soll durch eine grössere Langlebigkeit des Implantats und das Ausbleiben von Komplikationen (Lockerung der Implantate, Verschleiss der Gelenkflächen und vor allem Schmerzen) erreicht werden.

Die ersten Versuche mit Knieprothesen wurden im 19. Jahrhundert bei Patienten mit massiver Gelenkzerstörung, hauptsächlich durch Tuberkulose, durchgeführt. Die abgenutzten Flächen wurden abgetragen und durch weiche Gewebeschichten (Faszien oder Gelenkkapsel) ersetzt. Im Laufe des 20. Jahrhunderts wurde das weiche Gewebe durch synthetische (Zellophan, Nylon) und metallische (Vitallium und Chrom-Kobalt) Implantate ersetzt.

Die erste «moderne» Knietotalprothese wurde Anfang der 1970er-Jahre im Hospital for Special Surgery (HSS) von dem Team um Dr. John Insall entwickelt. Seither hat sich dieser Eingriff zu einem der grössten Erfolge der modernen orthopädischen Chirurgie entwickelt, mit hervorragenden klinischen Ergebnissen und einer guten langfristigen Implantatüberlebensrate.

Die verschiedenen Studien kommen jedoch zu dem Schluss, dass ein Teil der Patienten mit ihrer KVP unzufrieden ist. Gemäss den Autoren variieren die Zahlen zwischen 20 und 30 %, sie sind somit nicht unerheblich. Diese Tatsache beschäftigt die orthopädische Gemeinschaft und es werden grosse Anstrengungen unternommen, um sie auf ein Minimum zu reduzieren.

Zur Erinnerung, zu Beginn des modernen Zeitalters der Prothese in den 1970er-Jahren gab es nur eine einzige Prothesengrösse für alle Patienten und dies sollte sich erst nach einem Jahrzehnt ändern. Später, in den 1980er- und 1990er-Jahren, standen den Chirurgen bereits Prothesen in verschiedenen Grössen zur Verfügung. Doch erst in den 2000er-Jahren begannen die Überlegungen im Zusammenhang mit den grossen Unterschieden bei der Morphologie der Knie und die Idee zur Entwicklung eines künstlichen Knies, das dem menschlichen Knie so gut wie möglich ähnelte, kam auf. Die Arbeiten in Verbindung mit der Biomechanik und einem besseren Verständnis der natürlichen Bewegungen des Knies führten zu erheblichen Fortschritten bei Knieprothesen.

Noch bis vor kurzem wurde der Eingriff mit einfachen Röntgenaufnahmen geplant und die Knochenschnitte in Femur und Tibia wurden mit Standard-Führungen und Instrumenten für alle Patienten, welche vom Operateur nach «Augenmass» positioniert wurden, durchgeführt. Letzterer suchte stets nach einem Kompromiss zwischen der optimalen Korrektur der Fehlstellung des operierten Beins, dem Gleichgewicht der Bänder und der Form und der Grösse der Implantate.

Vor einigen Jahren entwickelten Implantathersteller ein System zur dreidimensionalen präoperativen Planung auf der Grundlage einer CT-Aufnahme. Anschliessend kombinierten sie es mit massgeschneiderten, personalisierten Schnittführungsblöcken, die anhand von Planungsdaten per 3D-Druck angefertigt wurden (aus Polyamidpulver per Laserschmelztechnik). Ziel war es, die Operationszeit und den Blutverlust zu reduzieren, aber vor allem, die Fehlstellung der unteren Gliedmasse optimal zu korrigieren, da die Restabweichung direkt mit den langfristigen klinischen Ergebnissen korreliert. Heute ist die Qualität dieser Führungsblöcke im Hinblick auf die Präzision beim Einsetzen der Prothese und die Reproduzierbarkeit der präoperativen 3D-Planung bestätigt.

Doch erst in den 2000er-Jahren begannen die Überlegungen im Zusammenhang mit den grossen Unterschieden bei der Morphologie der Knie und die Idee zur Entwicklung eines künstlichen Knies, das dem menschlichen Knie so gut wie möglich ähnelte, kam auf.

Vor kurzem wurde ein vollständig massgeschneidertes (für den jeweiligen Patienten spezifisches) KTP-Konzept entwickelt. Ziel ist es, die Anatomie des gesunden, arthrosefreien Knies so gut wie möglich wiederherzustellen. Ein wichtiges Element ist zudem die Integration der Korrektur der Fehlstellung der unteren Gliedmasse mit adjustierten Implantaten, ohne Kompromisse bei Grösse und Form, die bei traditionellen Implantaten die Ursache für Schmerzen und Instabilität sein können. Es geht also darum, eine vollständig individualisierte Prothese anzufertigen, deren Komponenten für jeden Patienten einzigartig sind. Die Planung der Prothese erfolgt in 3D auf der Grundlage einer CT-Aufnahme des kompletten zu operierenden Beins. Die Daten des Scans werden anschliessend elektronisch und gesichert an den Hersteller übermittelt, der einen ersten Entwurf erstellt. Letzterer muss auf einer Online-Plattform vom Chirurg validiert und eventuell geändert werden. Die Instrumente für das Einsetzen der Prothese, einschliesslich der massgeschneiderten Schnittführungsblöcke zur einmaligen Verwendung, und die massgeschneiderte Prothese selbst werden einige Tage vor dem Eingriff an den OP geliefert. Der chirurgische Eingriff dauert 1 bis 2 Stunden, je nach Komplexität des Falls.

Die theoretischen Vorteile für den Chirurgen sind ein besseres Verständnis und eine bessere Abbildung des kranken Knies in 3D, was die Sichtbarkeit erhöht und das Risiko von unvorhergesehenen Problemen während der Operation minimiert. Der chirurgische Eingriff ist einfacher und reproduzierbar, mit weniger Implantationsinstrumentarien und Material im Operationsgebiet. Die theoretischen Vorteile für den Patienten sind eine Verringerung der Operationszeit, eine Reduzierung des intraoperativen Blutverlusts und schliesslich ein künstliches Knie, das dem menschlichen Knie so gut wie möglich ähnelt und somit die langfristige Zufriedenheit der Patienten erhöht. Die Vorteile für das Spital sind eine deutliche Verringerung des perioperativen Logistikaufwands mit kürzeren Installations- und Rotationszeiten und einer vereinfachten Verwaltung des chirurgischen Materials (Einweg-Instrumentarien), mit grossem Sparpotenzial bei den Logistikabläufen.

Die postoperative Rehabilitation beginnt sofort und fördert eine frühzeitige Mobilisierung. Der Patient muss bereits am Tag der Operation aufstehen und das operierte Knie wird sofort nach dem Eingriff aktiv mit Unterstützung sowie passiv mobilisiert. Die Patienten bleiben einige Tage im Spital und setzen die Rehabilitation zu Hause fort. Der Schwerpunkt liegt auf der selbst durchgeführten Rehabilitation mit spezifischen Übungen.

Und schliesslich lässt die massgeschneiderte Knieprothese auf eine Verbesserung der klinischen Ergebnisse und einen Rückgang der Zahl der unzufriedenen Patienten hoffen. Die kurzfristigen klinischen Ergebnisse sind ermutigend, man muss jedoch vorsichtig bleiben und die mittel- und langfristigen Ergebnisse sowie randomisierte Studien abwarten, um die Überlegenheit gegenüber der Standardprothese zu belegen.

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