Kopplungsgrade in der Knietotalprothetik

Leading Opinions

Autor:

M. P. Arnold

E-Mail:

Autor:

T. Rychen

E-Mail:

Autor:

Dr. med. Raphael Kaelin

LEONARDO – Ärzte für Orthopädie und Traumatologie, Hirslanden Klinik Birshof, Münchenstein E-Mail: rkaelin@leonardo-ortho.ch

02.03.2017

In der Evolution der Knietotalprothetik haben sich, was den Kopplungsgrad («constraint») betrifft, herstellerübergreifend verschiedene Klassen herauskristallisiert. Diese Arbeit soll eine kurze Übersicht über die am häufigsten verwendeten und klinisch erprobten Prothesendesigns geben – vom kreuzbanderhaltenden (bandabhängigen) Primärimplantat bis zur vollgekoppelten (bandunabhängigen) Revisionsprothese. <div id="keypoints"> <h2>Keypoints</h2> <ul> <li>Bei der Wahl des Kopplungsgrads gilt folgender Grundsatz: so niedrig wie möglich, nur so hoch wie nötig.</li> <li>Der Kopplungsgrad und somit die intrinsische Stabilität eines Prothesensystems nehmen in genannter Reihenfolge zu: kreuzbanderhaltende, kreuzbandsubstituierende, teilgekoppelte, gekoppelte Prothesen.</li> <li>Je grösser der Kopplungsgrad, desto besser muss die knöcherne Verankerung der Prothese sein, um eine ausgewogene Krafteinleitung zu ermöglichen und so vor frühzeitiger Lockerung zu schützen.</li> </ul> </div> Die Entwicklung der Knietotalprothetik ist zweifellos eine der grossen Erfolgsgeschichten der orthopädischen Chirurgie. Seit der Vorstellung des ersten eigentlichen künstlichen Kniegelenkes durch Themistokles Gluck im Jahre 1891 zeigte sich eine rasante technische Entwicklung.1 Die Einführung der sogenannten «low friction arthroplasty» in der Hüfttotalprothetik durch Sir John Charnley in den frühen 1960er-Jahren war ein weiterer Meilenstein: Er führte die Metall- Polyethylen-Gleitpaarung und die Fixation von Prothesenkomponenten mit Polymethylmethacrylat (PMMA) ein. Diese Prinzipien wurden auch in der Knietotalprothetik übernommen, was schliesslich zur Implantation der ersten eigentlichen Oberflächenprothese am Knie durch Gunston im Jahr 1969 führte.2, 3 Die technischen Weiterentwicklungen der vergangenen 40 Jahre führten zu zunehmender Haltbarkeit und breiter Akzeptanz der Knietotalprothese (Knie-TP) als Standardbehandlung der fortgeschrittenen Gonarthrose.3, 4 In Anbetracht der stetig steigenden Zahl der primär implantierten Knie-TP ist in Zukunft mit einem markanten Anstieg der Revisions-/Wechseloperationen zu rechnen.5 Während früher vor allem abriebbedingte Komplikationen zu Revisionen führten, sind heute die aseptische Lockerung, die Infektion, die Instabilität und die Steifigkeit die häufigsten Gründe für eine Knie-TP-Revision.6, 7 Gerade in diesem Zusammenhang dürfte eine Übersicht über die verschiedenen Kopplungsgrade und deren Indikationen hilfreich sein.8 <h2>Ungekoppelte Systeme</h2> Bei wenig bis mässig ausgeprägter Deformität und stabilen Kollateralbändern wird in der Regel eine ungekoppelte Knie- TP gewählt. Durch ein entsprechendes Weichteilrelease bzw. -balancing wird eine symmetrische Bandspannung erreicht. Es ist darauf zu achten, dass diese für den Streck- und Beugespalt möglichst ausgeglichen ist, um über den ganzen Bewegungsumfang eine stabile Führung der Prothese zu erreichen.9, 10 Im Idealfall kann so eine fast normale Varus-Valgussowie Rotationsstabilität bei vollem Bewegungsumfang sowie annähernd normaler Kinematik erreicht werden. Wir als Chirurgen bewegen uns hier stets auf einem schmalen Grat zwischen guter Stabilität und voller Beweglichkeit.11, 12 Neben dem Weichteilbalancing ist die Wiederherstellung einer geraden mechanischen Beinachse wichtig, um einen übermässigen Verschleiss des Inlays, frühzeitige Lockerungen und sekundäre Bandinsuffizienzen zu verhindern.1 Auch sollte die Gelenklinie nicht verschoben werden, um ein optimales Zusammenspiel der Bänder/ Muskeln zu ermöglichen bzw. eine normale Kinematik wiederherzustellen und um patellofemorale Komplikationen zu verhindern (Patella baja/alta).1 Um die erwähnten Punkte zu erreichen, ist nach Ansicht der Autoren eine exakte präoperative Planung an Ganzbeinaufnahmen unabdingbar, dies trifft insbesondere auf Revisionsoperationen zu. Bei den ungekoppelten Systemen unterscheidet man zwischen kreuzbanderhaltenden («cruciate retaining») und kreuzbandsubstituierenden («posterior stabilised») Designs (Abb. 1). Wie der Name bereits impliziert, wird beim kreuzbandsubstituierenden Design zusätzlich zum vorderen Kreuzband das hintere Kreuzband (HKB) bewusst «geopfert» bzw. bei insuffzientem HKB verwendet. Der Unterschied zum kreuzbanderhaltenden Design besteht im sogenannten «Postcam »-Mechanismus, einem auf dem Inlay zentral gelegenen Zapfen, welcher mit einer zentral gelegenen Box in der Femurkomponente artikuliert.1, 12 So wird in zunehmender Flexion einerseits das femorale «roll back» geführt und andererseits eine posteriore Translation der Tibia verhindert. Eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips bietet Abbildung 2. Wichtig zu wissen ist, dass dieser «Postcam »-Mechanismus je nach Prothesenhersteller in deutlich unterschiedlichen Flexionsgraden zur Wirkung kommt.1 Der zentrale Zapfen bietet zwar eine gewisse mediolaterale Stabilisierung, jedoch keine Varus-Valgus-Stabilisierung.1, 8, 12 Beim kreuzbanderhaltenden Vorgehen ist die Balancierung des Streck- und Beugespaltes, aber auch zwischen dem zentralen Pfeiler und den Kollateralbändern oft ein wenig anspruchsvoller, was teilweise als Grund für das kreuzbandsubstituierende Vorgehen angegeben wird. Betreffend klinische Outcomeparameter, radiologische Ergebnisse, Komplikationen und Haltbarkeit zeigen die beiden Prothesendesigns im mittelfristigen Vergleich in zwei aktuellen Metaanalysen keine signifikanten Unterschiede, wobei das kreuzbandsubstituierende Design eine leicht bessere Beweglichkeit zeigt.13, 14 Gerade aufgrund der vergleichbaren Resultate sollte nach Ansicht der Autoren nach Möglichkeit ein kreuzbanderhaltendes Vorgehen gewählt werden, da die Wahl eines kreuzbandsubstituierenden Vorgehens einige Nachteile mit sich bringt: <ul> <li>die zusätzliche Knochenresektion im Bereich der femoralen Box, was insbesondere in Revisionssituationen zu einem zusätzlichen Verlust des wertvollen Knochenstockes führt</li> <li>vermehrt auftretende patellofemorale Probleme («patellar clunk» und patellofermorale Krepitation), wobei diese durch ein verbessertes Design der femoralen Box reduziert werden konnten15</li> <li>eine verminderte Kraft des Streckapparates4, 12</li> <li>verminderte Propriozeption durch Resektion des HKB4</li> </ul> Während sich indviduell angefertigte Sägeschablonen für Standardprothesen auf dem Markt nicht durchsetzen konnten, haben sich durch neue Technologien wie das 3D-Druckverfahren neue Möglichkeiten eröffnet.11 Seit wenigen Jahren sind auf dem europäischen Markt individuell angefertigte, CT-basierte, an die individuelle Anatomie des Patienten angepasste Knie- TP erhältlich (ConforMIS iTotal). Die Vorteile dieser Technik liegen in der minimalen Knochenresektion, der optimalen kortikalen Abdeckung durch das Implantat sowie der Wiederherstellung der individuellen Anatomie.11, 12 Erste Studien zeigten, dass mit diesem Prothesentyp eine bessere, dem normalen Knie ähnlichere Kinematik erreicht werden kann als mit Standardimplantaten.16 Als Nachteile sind u.a. die fehlenden mittel- und langfristigen Ergebnisse, die Basierung auf dem Prinzip der «measured resection» und die fehlende Modularität, insbesondere bei intraoperativen Komplikationen, zu nennen.11, 12 <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s28_abb1.jpg" alt="" width="1417" height="1063" /> <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s29_abb2.jpg" alt="" width="686" height="966" /> <h2>Teilgekoppelte Systeme («semiconstrained»)</h2> Während in der Revisionsprothetik meistens kein ungekoppeltes System gewählt werden kann, so trifft dies gelegentlich auch auf die Primärprothetik zu. Besteht ein grösserer Knochendefekt, eine massive Beinachsabweichung oder eine Seitenbandinsuffizienz (oder mehrer dieser Faktoren), braucht es unter Umständen eine Prothese, welche die Stabilität gewährleistet und den Verlust des Knochenstocks ausgleicht. Dabei muss Folgendes beachtet werden: Je höher der Kopplungsgrad der Prothese ist, desto grösser sind die Kräfte, die auf die Verankerung der Prothese im Knochen respektive auf das Knochen-Prothesen-Interface wirken.8 Dies erklärt auch die vermehrte Rate an periprothetischen Frakturen und aseptischen Lockerungen bei teilgekoppelten und insbesondere bei gekoppelten Prothesen.1, 8, 12, 17 Unter anderem deswegen ist es bei der Wahl des Knieprothesentyps immer das Ziel, den Koppelungsgrad so niedrig wie möglich und nur so hoch wie nötig zu wählen.12 Neben der Implantatwahl bzw. dem Kopplungsgrad müssen vor einer Operation viele Faktoren berücksichtigt werden. Eine stark eingeschränkte präoperative Beweglichkeit, z.B. im Rahmen einer Arthrofibrose, kann ein ausgedehntes Weichteilrelease erfordern, sodass intraoperativ ggf. gar auf ein gekoppeltes System umgestiegen werden muss. Handelt es sich um einen Revisionseingriff, muss beispielsweise noch mehr als bei der Primärprothese der vorhandene Knochenstock abgeschätzt und dementsprechend der Verankerungsgrad ggf. mit Aufbau gewählt werden. Während bei gekoppelten Prothesen die Verankerung unbedingt über intramedulläre Schäfte zu erfolgen hat, können teilgekoppelte Prothesen in der Primärprothetik ggf. auch ohne Schäfte implantiert werden, wobei die Autoren demgegenüber eher kritisch eingestellt sind.18, 19 Jeder Patient muss hierbei individuell bezüglich seiner Voraussetzungen, aber besonders auch nach seinen Ansprüchen beurteilt werden. Unserer Meinung nach ist ein postoperativ neutrales Alignment ebenso Voraussetzung wie ein suffizienter Knochenstock. Insbesondere bei Knochendefekten wird eine intramedulläre Abstützung zwingend notwendig. Unter Umständen ist auch eine metaphysäre Abstützung über einen sogenannten Sleeve oder Ring indiziert, wie ihn beispielsweise die PFC Sigma TC3 Prothese von DePuy Synthes anbietet (Abb. 3). Eine vereinfachte Entscheidungshilfe, welcher Kopplungsgrad gewählt werden soll, und eine Übersicht über die verschiedenen Prothesentypen einiger grösserer Hersteller geben Tabelle 1 und 2. Es muss jedoch betont werden, dass immer im Einzelfall entschieden werden muss und es deshalb auch zu Abweichungen von der «Regel» kommen kann.1, 20 Teilgekoppelte Knie-TP sind ebenfalls mit einer Box und einem im Vergleich zum kreuzbandsubstituierenden Design höheren und anders geformten Zapfen versehen (Abb. 3).12 Hierbei ist die Rotation im Kniegelenk nur in sehr geringem Ausmass möglich.8 Diese teilgekoppelten Prothesen können bei neutralem Alignment eine leichte Varus-/Valgusinstabilität ausgleichen sowie ein fehlendes hinteres Kreuzband kompensieren.1, 8 Besteht allerdings eine schwere Insuffizienz der Seitenbänder, reicht eine teilgekoppelte Knie-TP in der Regel nicht aus, um den einwirkenden Kräften entgegenzuwirken, sodass auf ein gekoppeltes System gewechselt werden muss.1 Dies trifft insbesondere auf die komplette Insuffizienz des medialen Seitenbandes zu, wie dies eindrücklich in einer aktuellen biomechanischen Studie gezeigt wurde.21 Die Nomenklatur ist bei Weitem nicht einheitlich und teilweise verwirrend. So wird dieser Prothesentyp häufig auch als CCK («condylar constrained ») oder VVC («varus-valgus constrained ») bezeichnet. <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s30_tab1+2.jpg" alt="" width="1419" height="1260" /> <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s29_abb3.jpg" alt="" width="686" height="1627" /> <h2>Gekoppelte Systeme («hinged»)</h2> Bei schwerer Bandinsuffizienz, komplexen Achsfehlstellungen (z.B. in Kombination mit einem schweren Knochensubstanzverlust) sowie bei schwerer Flexionsinstabilität muss ein gekoppeltes System gewählt werden – unabhängig davon, ob es sich um einen Primär- oder Revisionseingriff handelt.1, 12 Bei der schweren Flexionsinstabilität besteht bei den teilgekoppelten Prothesen trotz des hohen Zapfens das Risiko einer posterioren Luxation.8 Reine Scharnierprothesen zeigten enttäuschende Resultate mit Revisionsraten von bis zu 75 % nach 15 Jahren, hauptsächlich aufgrund von frühzeitigen Lockerungen.22, 23 Die heutigen Systeme besitzen eine rotierende Plattform («rotating hinge»), womit die klinischen und radiologischen Resultate deutlich gebessert werden konnten und die Revisionsrate nach 15 Jahren bei ca. 25 % liegt.17 Wie oben erwähnt, wird der Stress, der auf die Verankerung der Prothese wirkt, mit steigendem Kopplungsgrad grösser. Deshalb ist bei den gekoppelten Prothesen die intramedulläre Verankerung mit Schäften zwingend. Um den Rahmen dieser Arbeit nicht zu sprengen, können wir auf die Art der Verankerung, die Art der Zementierung und die Wahl der Schaftlänge bzw. des Schafttyps nicht weiter eingehen. Es muss erwähnt werden, dass eine gekoppelte Prothese nicht die gleichen kinematischen Eigenschaften zeigen kann wie eine ungekoppelte Prothese. So fehlt typischerweise das «roll back» der Femurkomponente in Flexion, was zu einem erhöhten Anpressdruck der Patella an den femoralen Schild führt. Hingegen entstehen durch die geführte Bewegung eine deutlich verminderte Friktion und somit auch weniger Abrieb.1, 12 In dieser Übersicht kann längst nicht allen Faktoren gleichermassen Rechnung getragen werden. Aber auch bei vertiefter Betrachtung komplexer technischer wie wissenschaftlicher Details darf nicht vergessen werden, dass die sorgfältige empirische Prüfung der Indikation von Fall zu Fall die Grundvoraussetzung für ein gutes Outcome bildet.1, 7, 10 Interessenkonflikt: Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. <a class="literatur" data-toggle="collapse" href="#collapseLiteratur" aria-expanded="false" aria-controls="collapseLiteratur" >Literatur</a> <div class="collapse" id="collapseLiteratur"> 1 Hirschmann MT, Becker R (Hrsg.): The unhappy total knee replacement - a comprehensive review and management guide. Springer International Publishing Switzerland 2015 2 Gunston FH: J Bone Joint Surg Br 1971; 53: 272-7 3 Wirtz DC (Hg.): AE-Manual der Endoprothetik. Springer Verlag 2011 4 Causero A et al: Acta Biomed 2014; 85(Suppl 2): 5-19 5 Kurtz S: J Bone Joint Surg Am 2007; 89: 780 6 Le DH et al: Clin Orthop Relat Res 2014; 472: 2197-200 7 Lombardi AV Jr et al: Bone Joint J 2014; 96-B(11 Suppl A): 101-4 8 McAuley JP, Engh GA: J Arthroplasty 2003; 18: 51-4 9 McNabb D et al: J Knee Surg 2015; 28: 97-104 10 Sculco TP: J Arthroplasty 2006; 21: 54-6 11 Arnold MP, Rychen T: Schweiz Med Forum 2016; 16(35): 702-6 12 Lenze U et al: Arthroskopie 2012; 25: 215-22 13 Li N et al: Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2014; 22: 556-64 14 Luo SX et al: Knee 2012; 19(4): 246-52 15 Conrad DN, Dennis DA: Clin Orthop Surg 2014; 6(1): 9-19 16 Zeller IM et al: J Arthroplasty 2016 [Epub ahead of print] 17 Bistolfi A et al: Orthopedics 2013; 36: e746-52 18 Anderson JA et al: J Knee Surg 2007; 20: 195-8 19 Deshmukh A J et al: Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2016; 24: 3194-9 20 Vasso M et al: Int Orthop 2013; 37(7): 1279-84 21 Athwal KK et al: Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2016 [Epub ahead of print] 22 Inglis AE, Walker PS: J Bone Joint Surg Br 1991; 73(5): 757-61 23 Myers GJC et al: J Bone Joint Surg Br 2007; 89: 521-6 </div>

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