AE-Manual der Endoprothetik
Autoren
Olaf Rolf und Christof Rader

Aseptische Knieprothesenlockerung

Aseptische Knieendoprothesenlockerungen sind auch heute noch der häufigste Grund für das Versagen eines Knieimplantates. In diesem Kapitel werden wichtige klinische und radiologische Kriterien und deren Wertigkeit betrachtet. Besonderes Augenmerk werden auf die Pathogenese aseptischer Lockerungen, die Konsensus-Klassifikation für periprothetische Membranen und auf Pathomechanismen der abriebbedingten Osteolysen als Ursache für die sog. Partikelkrankheit gelegt. Risikofaktoren, die die Standzeit einer Endoprothese wesentlich beeinflussen, werden erörtert, differenziert nach patientenbezogenen, individuellen Faktoren, implantatbedingten Ursachen und intraoperativen Einflussfaktoren, einschließlich der chirurgischen Qualität. Zusammenfassend zeigt sich, dass sich die Standzeiten von Knieendoprothesen in den letzten Jahren deutlich verbessert haben und das Gesamtrisiko einer Revision gesunken ist.

Einführung

Aseptische Knieendoprothesenlockerungen sind auch heute noch der häufigste Grund für das Versagen eines Knieimplantates. Bereits 2002 beschäftigten sich Sharkey et al. in einer mittlerweile viel zitierten Publikation mit den Revisionsursachen und arbeiteten nach ihrer Häufigkeit folgende Gründe heraus: Polyethylenabrieb (25 %), aseptische Lockerungen (24,1 %), Instabilitäten (21,2 %), Infektionen (17,5 %), Arthrofibrose (14,6 %), Fehlausrichtung (Malalignement) oder Fehlpositionierung (Malposition) (11,8 %), Insuffizienzen am Streckapparat (6,6 %), periprothetische Frakturen (2,8 %) und Probleme mit der Patella wie Nekrosen oder Probleme mit dem Patellaersatz (0,9 %) (Sharkey et al. 2002). Mehr als die Hälfte der Revisionen waren Frührevisionen, die definitionsgemäß innerhalb der ersten 2 Jahre nach primärer Operation durchgeführt wurden. 50 % dieser Frührevisionen wurden aufgrund von Instabilitäten, Fehlausrichtungen und Fehlpositionierungen oder aufgrund eines Versagens des Befestigungsmechanismus durchgeführt.
Als Konsequenz aus diesen und anderen Beobachtungen wurden herstellerseitige Verbesserungen hinsichtlich des Polyethylens und alternative Gleitpaarungen gefordert, um die Rate an Frühversagern zu reduzieren. Ebenso wurde ein Monitoring der Infektionsraten sowie eine Optimierung der Instrumente gefordert, um Fehlausrichtungen und Fehlpositionierungen zu vermeiden.
2014 wurde ein Update zur oben genannten Frage veröffentlicht (Sharkey et al. 2014). Die häufigsten Gründe für eine Revision waren nun: Aseptische Lockerungen (39,9 %), Infektionen (27,4 %), Instabilitäten (7,5 %), periprothetische Frakturen (4,7 %) und Arthrofibrosen (4,5 %).
Positiv fiel insgesamt auf, dass die Revisionsraten im Betrachtungszeitraum von 12 Jahren deutlich rückläufig waren: Frühwechsel innerhalb von 2 Jahren nach der Primärimplantation wurden in erster Linie aufgrund von Infektionen und späte Wechsel (>2 Jahre) aufgrund von aseptischen Lockerungen durchgeführt. Der Polyethylenabrieb als Ursache für partikelbedingte Osteolysen war nicht mehr der häufigste Grund für ein Prothesenversagen, worin sich eine erfolgreiche Entwicklung widerstandsfähiger Biomaterialien und eine Verbesserung der Verankerungsmechanismen des Polyethylens auf der Tibiabasis widerspiegelte. Im Vergleich zur Voruntersuchung hat also der Prozentsatz an Revisionen abgenommen, die aufgrund von Polyethylenabrieb, Instabilitäten, Arthrofibrosen, Fehlausrichtungen und Insuffizienzen des Streckapparates durchgeführt wurden. Das Gesamtrisiko einer Revision wurde 2001 noch mit 8 % auf ein 10-Jahres-Follow-up angegeben (Robertsson et al. 2001), 2017 mit 6,1 % auf ein 15-Jahres-Follow-up (Koh et al. 2017).

Klinik

Das klinische Erscheinungsbild einer lockeren Prothese oder eines Prothesenversagens ist nicht immer eindeutig und zeigt vor allem auch einen zeitabhängigen Verlauf.
Daher ist am Ende die Summe von klinischen und radiologischen Kriterien endscheidend für die Diagnosestellung und die daraus abzuleitenden therapeutischen Konsequenzen!

Anamnese und Funktion

Aseptische Lockerungen treten in der Regel erst nach einer Standzeit von mehr als 2 Jahren auf. Typischerweise sind die Patienten nach der Implantation über lange Zeit zunächst beschwerdearm oder -frei. Manchmal schleichend, manchmal auch plötzlich manifestieren sich an Intensität zunehmende Knieschmerzen. Begleitend können eine Schwellung des Gelenkes oder auch ein Erguss auftreten, im Gegensatz zu septischen Lockerungen aber ohne wesentliche Rötung oder Überwärmung. Lokalisierte Schmerzen finden sich gelegentlich am Übergang vom Knochen zum Implantat, häufiger im Bereich der proximalen Tibia (Rader et al. 2014). Gelegentlich wird auch ein Trauma oder eine Distorsion als beschwerdeauslösendes Moment genannt.
Häufig wird ein Funktionsverlust des Gelenkes mit einer belastungsabhängigen Schmerzhaftigkeit und Einschränkung der Gehstrecke beschrieben. Im Verlauf kann es zu einer Einschränkung der Beweglichkeit kommen, sodass Alltagsaktivitäten wie z. B. Treppensteigen deutlich erschwert und z. T. nur mit hinkendem Gangbild möglich sind. In späteren Stadien können auch Nacht- und Ruheschmerzen auftreten. In ausgeprägten Fällen können sich erneut Varus- oder Valgusdeformitäten ausbilden, bis hin zu kompletten Lockerungen der Komponenten mit der Gefahr von periprothetischen Frakturen.

Labor und Hygiene

Ein kleines Blutbild, CRP und eine Gelenkpunktion stellen die wichtigsten Maßnahmen dar, um eine septische von einer aseptischen Prothesenlockerung unterscheiden zu können. In jedem Fall sollte eine synoviale Zellanalyse durchgeführt werden: Leukozytenzahlen über 2000/μl und ein Anteil von 65 % und mehr an neutrophilen Granulozyten sind für eine periprothetische Infektion wegweisend (Trampuz et al. 2004).
Zusätzlich können periprothetische Gewebeproben, beispielsweise durch eine Gelenkspiegelung, entnommen werden, um noch sicherer eine Keimgewinnung und eine histologische Einordnung der Befunde zu erreichen (Morawietz et al. 2006).

Differenzialdiagnosen

Septische Endoprothesenlockerungen müssen durch oben genannte Diagnostik ausgeschlossen werden (Kap. „Knieendoprothetik: periprothetische Infektionen“).
Periprothetische Frakturen zeigen in der Regel eine akute Klinik und sind durch starke Schmerzen und typische Frakturzeichen auffällig. Eine Functio laesa ist charakteristisch.
Auch komplex regionale Schmerzsyndrome (CRPS), die Arthrofibrose, Allergien auf Metalle (Chrom, Kobalt zumeist) oder Knochenzemente (sehr selten) und Beschwerden von gefäßchirurgischer Seite (arterielle Verschlusskrankheit, Thrombose, Varikosis oder Lymphödem) können zu entsprechenden Beschwerden führen und müssen differenzialdiagnostisch ausgeschlossen werden.

Bildgebende Verfahren

Als Goldstandard für die Diagnostik einer aseptischen Prothesenlockerung gilt nach wie vor das native Röntgenbild des Gelenkes in 3 Ebenen. Hilfreich sind in jedem Fall Röntgenbilder im Verlauf. Falls vorhanden, sollten immer die unmittelbar nach Implantation des Gelenkes angefertigten Aufnahmen zum Vergleich herangezogen werden. So können Wanderungen oder Lockerungen des Implantates besser erkannt werden. Zur röntgenologischen Klassifikation und zur Beurteilung radiologischer Saumbildungen („radiolucent lines“) um eine Knieendoprothese hat sich der KSRESS-Score (Knee Society Roentgenographic Evaluation and Scoring System) nach Ewald bewährt (Abb. 1) (Ewald 1989; Konig et al. 1998).
Auch ergänzende computertomografische Aufnahmen mit Artefaktunterdrückung liefern wichtige Hinweise und stellen die perimplantäre Knochenstruktur häufig deutlich detaillierter und besser dar als native Röntgenaufnahmen!
Folgende radiologische Kriterien lassen eine Lockerung wahrscheinlich werden:
  • Direkte Zeichen:
    • Zementfraktur
    • Periprothetische Fraktur
    • Implantatbruch bzw. Schraubenbruch
    • Implantatwanderung >0,5 cm axial oder valgisch/varisch
  • Indirekte Zeichen:
    • Große Osteolysen bzw. große Lysesäume um die Implantate oder im Interface Knochen/Zement
    • Erheblicher Abrieb an den Gleitpartnern, z. B. einseitiger Abrieb des Inlays
    • Achsveränderungen, z. B. vermehrte Varusfehlstellung
Die Dreiphasenskelettszintigrafie kann zusätzlich Informationen hinsichtlich einer Lockerung liefern. Anreicherungen in der Frühphase weisen auf eine Infektion hin. Insbesondere bei zementfreier Verankerungstechnik können Anreicherungen in der Spätphase allerdings auch noch 1–2 Jahre nach der Primäroperation auftreten, ohne dass eine aseptische Lockerung vorliegt. Auch Low-grade-Infekte können positive Befunde in der Szintigrafie hervorrufen. Spätphasenanreicherungen zeigten in einer Studie von Claassen et al. 2014 eine Sensitivität von 76 % und Spezifität von 83 % (Claassen et al. 2014). Umgekehrt ist im negativen Falle eine Lockerung sehr unwahrscheinlich. In der diagnostischen Wertigkeit sollte dieses unspezifische Verfahren nicht überschätzt werden.
Cave
Die Dreiphasenskelettszintigrafie ist hinsichtlich einer aseptischen Lockerung erst nach frühestens 1 Jahr postoperativ verwertbar! Innerhalb der ersten 1–2 Jahre nach Endoprothesenimplantation ist mit falsch-positiven Ergebnissen zu rechnen!
Entscheidend für die Diagnose einer aseptischen Lockerung ist dabei nicht die Einzelbeurteilung, sondern immer die Gesamtzusammenschau der Anamnese und erhobenen Befunde (Abb. 2).
Deshalb kann es im klinischen Alltag bzw. intraoperativ gelegentlich vorkommen, dass eine vermeintlich feste Prothese gelockert ist oder umgekehrt.

Pathogenese der aseptischen Lockerung

Pathogenese aseptischer Osteolysen/Interfaces

Aus dem Schwedenregister (Herberts und Malchau 2000; Spangehl et al. 1999) ist zu entnehmen, dass aseptische periprothetische Osteolysen oder Lockerungen für 44 % und damit für den Großteil der Knierevisionen in Schweden verantwortlich gemacht werden. Eventuell sind die Zahlen zu hoch gegriffen, da möglicherweise ein Teil dieser Patienten an Low-grade-Infektionen leiden könnte. Für die Entstehung aseptischer Osteolysen sind mehrere Erklärungsmodelle vorgeschlagen worden: Zunächst wurden Zementfrakturen, -zerrüttung und -partikel für die Osteolysen bzw. Lockerung verantwortlich gemacht, sodass der Begriff „cement disease“ geprägt wurde (Harris et al. 1976; Yang et al. 2002). Als Konsequenz wurden in den 80er-Jahren zementfreie Implantate in die klinische Anwendung eingeführt. Die Frühergebnisse offenbarten allerdings, dass damit das Problem der periprothetischen Osteolyse nicht behoben war. In der Folge wurde die Ursache zunächst den Metallpartikeln (August et al. 1986), später den Polyethylenpartikeln (Howie et al. 1988) zugeschrieben. Da auch diese Theorien das Problem nicht vollständig erklären konnten, wurden biomechanische Modelle erarbeitet. Hier sind zu nennen: High fluid pressure (Aspenberg und van der Vis 1998), Stress-shielding (Engh und Bobyn 1988), Micromotion (Spangehl et al. 1999), Sealed interface (Spangehl et al. 1999). Unabhängig davon spielen die klassischen biomechanischen Faktoren, wie Primärstabilität, chirurgische Qualität (z. B. Release der Knieseitenbänder) und Implantatdesign eine überragende Rolle, sodass diese bei der Ursachenforschung der periprothetischen Osteolyse immer zu berücksichtigen sind. Es liegt auf der Hand, dass in manchen Fällen biomechanische Ursachen hauptverantwortlich für periprothetische Osteolysen sind. In der Praxis gelingt die Identifikation der genannten biomechanischen Lockerungsursachen durch Analyse des klinischen und radiologischen Verlaufs unter Berücksichtigung des verwendeten Implantates und nach Ausschluss einer Infektion relativ zuverlässig. Es ist somit festzustellen, dass die Gruppe der aseptischen Prothesenlockerung heterogen ist und einer weiteren Differenzierung bedarf. Dies lässt sich auch aus der veröffentlichten histologischen Konsensus-Klassifikation für periprothetische Membranen erschließen (Krenn et al. 2014):
  • Typ I: periprothetische Membran vom abriebinduzierten Typ, 55 %,
  • Typ II: periprothetische Membran vom infektiösen Typ, 20 %,
  • Typ III: periprothetische Membran vom Mischtyp, 5 %,
  • Typ IV: periprothetische Membran vom Indifferenztyp, 15 %,
  • nicht beurteilbar 5 %
Die Klassifikation teilt die aseptischen Lockerungen in 3 Typen ein (Typ I, Teile von Typ III und Typ IV). Problematisch ist, dass diesen Typen der aseptischen Prothesenlockerung keine einheitliche Entität zugrunde liegt und keine differenzialtherapeutischen Schlüsse gezogen werden können. Nur durch eine Zusammenschau mit dem klinischen und radiologischen Verlauf ist es möglich, eine Einordnung vorzunehmen.

Pathogenese abriebbedingter Osteolysen/Partikelkrankheit

Den größten Anteil an der Gruppe der aseptischen Osteolysen wird von Morawietz et al. (2006) dem abriebinduzierten Typ mit einem Anteil von 55 % zugeteilt.
Die meisten der Kniegelenkendoprothesen werden aus einem oder zwei verschiedenen metallischen Werkstoffen und einem Ultra-high-molecular-weight-Polyethylen gefertigt. Die Femurkomponente sowie ihr Gegenstück, das PE-Inlay, unterliegen hohen mechanischen und tribologischen Anforderungen. Anders als bei den Gleitpaarungen der Hüfte ist die Knieendoprothese einer kombinierten Gleit-/Wälzbeanspruchung ausgesetzt, sodass der Verschleiß des Polyethylens mit einer Lockerung einhergehen kann.
Trotzdem unterliegen die Gleitpaarungen einem Verschleißmechanismus. Neben abrasivem Materialabtrag, dem sog. pitting, zählt auch ein Risswachstum unter der Gleitfläche hierzu, das zu großen schollenförmigen Materialausbrüchen, sog. Delaminationen führen kann. Auch die unvermeidliche Oxidation des PE im Laufe der Zeit führt zu einer Abnahme der tribologischen Eigenschaften mit einer Verminderung der Abriebbeständigkeit und einer Versprödung des Werkstoffes (Steinhauser et al. 2006). Durch diese Vorgänge kommt es zur Anhäufung von Abriebpartikeln. Aufgrund unterschiedlicher Abriebmechanismen finden sich, im Unterschied zu den Abriebpartikeln an der Hüfte, im Knie größere und Flake-förmige Partikel (Schmalzried und Callaghan 1999). Um den Abrieb zu vermindern, wurden bewegliche Inlays entwickelt. Durch eine größere Auflagefläche kommt es zu einer geringeren Punkt- oder Linearbelastung, was in einem geringeren Abrieb resultieren kann (Yang et al. 2002).
Die Theorie der partikelinduzierten Osteolyse geht davon aus, dass Makrophagen durch die Phagozytose von Abriebpartikeln aktiviert werden und Mediatoren freisetzen, die über einen kaskadenartigen Prozess zu einer periprothetischen Inflammation und Knochenresorption führen. Das Modell hat im Laufe der Zeit einige Modifikationen, Konkretisierungen und Ergänzungen erhalten. So wurde in den ersten Arbeiten den aktivierten Makrophagen die Fähigkeit zugeschrieben, durch direkte Knochenresorption die periprothetische Osteolyse zu verursachen (Doorn et al. 1996; Glant und Jacobs 1994; Spangehl et al. 1999; Yang et al. 2002). Obwohl diese Fähigkeit von Makrophagen in geringem Ausmaß bewiesen zu sein scheint (Spangehl et al. 1999; Ziebuhr et al. 2001), gehen alle heutigen Modelle nicht davon aus. Die wesentliche Knochenresorption wird durch Osteoklasten hervorgerufen (Boyle et al. 2003). Eine periprothetische Osteolyse ist letztlich eine Folge einer lokalen, negativen Knochenbilanz. Diese Bilanz wird vom Knochenabbau, aber auch von der Knochenbildung mitbestimmt. So ist nach derzeitigem Verständnis diese negative Knochenbilanz als Ergebnis einer komplexen Interaktion verschiedener Zelltypen anzusehen.

Risikofaktoren einer aseptischen Lockerung

Die Standzeit einer Endoprothese wird von verschiedenen Faktoren bestimmt, die letztendlich für ein langfristig gutes Ergebnis entscheidend sind. Dazu zählen klassische Faktoren wie Operationstechnik und chirurgische Qualität (z. B. Primärstabilität, Release und Balancierung der Sehnen, Bänder und Muskeln), das Implantatdesign (z. B. Oberflächengeometrie), aber auch patientenabhängige Faktoren (Tab. 1). Im Folgenden werden die möglichen Risikofaktoren einer aseptischen Lockerung bzw. eines Implantatversagens dargestellt.
Tab. 1
Wichtige und mögliche Ursachen einer aseptischen Knieprothesenlockerung
Ursachen oder Faktoren
Patientenbedingte Gründe
Alter, Geschlecht
 
 
lokale Osteonekrose
 
Gewicht/BMI
 
Sturz/Unfall
 
Achsfehlstellung, z. B. Knick-Plattfuss
 
Komorbiditäten (Diabetes, AVK etc.)
Implantatbedingte Ursachen/herstellerbedingte Ursachen
Metallimplantat
Korrosion mit Ionenfluss
 
vermehrter PE-Abrieb durch Implantatkratzer
 
Kopplungsgrad der Endoprothese
Zement
Zementpartikelbedingte Osteolysen,
 
schlechte Zementiertechnik (kein Vakuumzement, keine Jet-Lavage etc.)
 
falscher Zement, der mit Metall reagiert
 
(Sulfixzement mit säureähnlichem Milieu)
Polyethylen
Polyethylenabrieb, -degradation
 
Highly-cross-linked PE versus konventionelles PE
 
Lockerung des PE-Inlays durch schlechten
 
Fixiermechanismus, oder bei mobilen Inlays
 
Metallpartikel (Metallose) bei PE-Abrieb
Operateurbedingte Ursachen
Zu große/zu kleine Implantate
 
Missmatching
 
Achsfehlstellung/Varus- oder Valgusfehlstellung
 
Bandspannung (Instabilität versus zu steif eingestellt)
 
Malrotation der Femur- oder Tibiakomponente
 
inkorrekte Zementierung
 
vorderer Knieschmerz, retropatellarer Ersatz

Patientenbezogene, individuelle Faktoren mit Einfluss auf die Standzeit

Patientenindividuelle Faktoren spielen eine wesentliche Rolle in Hinblick auf die Standzeit und das funktionelle Ergebnis einer Endoprothese.
Insbesondere junge Patienten haben häufig eine hohe Erwartungshaltung hinsichtlich des funktionellen Ergebnisses einer Endoprothese. Wird diese nicht erfüllt oder werden übertriebene Erwartungen geweckt, wirkt sich dieses präoperative Anspruchsdenken negativ auf die Zufriedenheit und die Bewertung der Endoprothese aus. Zudem weisen junge Patienten deutlich höhere Revisionsraten als ältere Patienten auf (Shah et al. 2017). Wurden noch vor wenigen Jahren bei jungen Patienten die erhöhten Polyethylenabriebraten bei vermehrter Aktivität für vorzeitige Lockerungen verantwortlich gemacht, so stehen diese heute bei deutlich verbesserten Gleitpaarungen nicht mehr im Vordergrund. Es zeigte sich in der Metanalyse von Shah et al. (2017) vielmehr, dass erhöhte Wechselraten in dieser Gruppe auf ein erhöhtes Gewicht/BMI mit den entsprechenden Risiken zurückzuführen sind.
Dennoch ist ein erhöhtes Körpergewicht und damit ein erhöhter BMI als alleinige Ursache für ein Implantversagen umstritten. Eine einheitliche Studienlage über signifikant schlechtere postoperative Ergebnisse oder erhöhte Lockerungsraten liegt nicht vor (Cherian et al. 2015). Trotzdem schneiden stark adipöse Patienten (BMI >40) in Nachuntersuchungen schlechter ab (Lim et al. 2017). Im Vordergrund stehen patellofemorale Beschwerden, die wahrscheinlich auf einer erhöhten Gelenkkraft mit zunehmendem Gewicht beruht, aber auch erhöhte Lockerungsraten. Insgesamt führt nach einer Metaanalyse von Sun et Li ein BMI von über 30 zu einer erhöhten peri- und postoperativen Komplikationsrate (Sun und Li 2017).
Die häufigsten Indikationen, die zum endoprothetischen Gelenkersatz führen, sind die primäre Gonarthrose und die rheumatoide Arthritis. Bezüglich der Revisionswahrscheinlichkeit konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden (Hotfiel et al. 2017; Hofstede et al. 2015). Betrachtet man in diesem Zusammenhang die altersabhängige Revisionswahrscheinlichkeit, werden mehr Revisionen im jüngeren Alter bei der Arthrose gefunden, während bei der rheumatoiden Arthritis keine Alterskorrelation vorliegt. In Bezug auf das Geschlecht, ist z. B. in der Schwedenstudie kein Unterschied bei den Revisionen zwischen den Geschlechtern festgestellt worden (Robertsson et al. 2001).
In letzter Zeit nehmen multiple Formen von Allergien zu. Die Endoprothetik ist von dieser Entwicklung nicht ausgeschlossen. Metallallergien, vor allem gegen Nickel, Chrom und Kobalt, aber auch Allergien gegen Knochenzement müssen bei der Versagensanalyse in Betracht gezogen werden (Thomas 2003). Weil es jedoch keinen gesicherten Zusammenhang zwischen einer Hautallergie von Prothesenbestandteilen und einer Hypersensitivität des periimplantären Gewebes gibt, können nach Rücksprache mit dem Patienten bei Allergien Standardimplantate verwendet werden (Middleton und Toms 2016; Walker et al. 2019). Zur Vermeidung späterer Auseinandersetzungen empfiehlt es sich jedoch, insbesondere bei kritischen Patienten mit nachgewiesener Allergie entsprechende „antiallergische“ Implantate mit einer Beschichtung aus Titan-Niob oder aus Oxinium einzubauen.
Daneben können anatomische Varianten, extreme Fehlstellungen oder posttraumatischen Fehlstellungen das Ergebnis beeinflussen. Da z. B. bei extremen Valgusfehlstellungen häufig schon primär achsgeführte Prothesen Verwendung finden, ist eine Vergleichbarkeit schwierig. Eine häufigere aseptische Lockerung kann so nicht nachgewiesen werden. Seltenere Ursachen für eine frühzeitige Lockerung können Knochen- oder Stoffwechselerkrankungen, die die Knochenqualität negativ beeinflussen, sein. Beispielhaft seien hier der Morbus Gaucher, Morbus Paget oder eine Osteopetrose genannt.
Als weitere, häufig patientenbedingte Ursachen- und Risikofaktoren eines aseptischen Versagens sind die Osteoporose, Osteonekrose und Risikofaktoren wie Rauchen, Kortisoneinnahme, Zustand nach Chemotherapie, Gefäßerkrankungen, Diabetes mellitus, Lymphödeme, Fußfehlstellungen und posttraumatische Zustände zu nennen (Tab. 1).

Implantatbedingte Ursachen

Ein Versagen des Implantates aufgrund des Designs ist mittlerweile eine Rarität und bei Standardimplantaten für den totalen Knieersatz zu vernachlässigen. Das Prothesendesign der großen Hersteller gleicht sich zudem zunehmend an.
Eine neue Arbeit von Robertsson et al. 2019 weist auf die besondere Rolle der Verankerung der tibialen Komponente bei der aseptischen Lockerung hin (Robertsson et al. 2019). Es konnte gezeigt werden, dass die Verankerung mit 4 kurzen Zapfen („four-pegged total knee arthroplasty baseplate“) eine deutlich erhöhte aseptische Lockerungsrate gegenüber der stielbasierten Tibiakomponente hervorrief. Auch in eigenen Arbeiten erwies sich die tibiale Komponente als Schwachstelle der Knieendoprothetik (Rader et al. 2014). Früh- und auch Spätlockerungen der tibialen Komponenten fanden sich vor allem bei jungen, aktiven Patienten. Grundsätzlich sollte daher bei diesen Patienten eine optimierte Zementiertechnik zur Anwendung kommen, dies im Sinne einer allumfassenden Einzementierung der Tibiakomponente, ergänzt durch eine Vakuumzementiertechnik mit Jetlavage (sog. 3. Generation der Zementiertechnik). Bei der Auswahl der Knieendoprothesen sollten „moderne Implantate“ mit immer kürzeren Stielen und verminderter Andockstelle für den Knochenzement möglichst gemieden werden, da die Standzeiten der Prothesen unter Umständen negativ beeinflusst sein könnten.
Hofstede et al. konnten in einer Metaanalyse zeigen, dass die Art der Inlayverankerung (mobil oder fest) keinen Unterschied im Outcome ergab. Auch mobile Inlays zeigten keine Nachteile, sofern der Mechanismus keine systematischen Fehler, z. B. einer begünstigten Inlayluxation, aufwies (Hofstede et al. 2015).
Unikompartimentelle Systeme scheinen im Vergleich zum kompletten Oberflächenersatz einer etwas erhöhten Revisionsrate (88 % versus 96 %) nach einem 10-Jahres-Follow-up zu unterliegen (Pfitzner et al. 2017). Als Gründe werden falsche Technik und die falsche Indikation angesehen. Insbesondere die schon vorhandene Retropatellararthrose wird in dieser Studie als falsche Indikation für eine Schlittenprothese angeführt. Dieser Punkt wird aber insgesamt kontrovers diskutiert.
Mechanisches Implantatversagen oder Materialversagen wird heute vor allem bei Revisions- und Tumorendoprothesen aufgrund mechanischer Belastung trotz langstreckiger Verankerungsstiele und Verankerungsstellen gesehen (Bader et al. 2006). Aufgrund der häufig starren Kopplung zwischen Ober- und Unterteil und der langstreckigen Verankerung kommt es insbesondere dann zu Lockerungen, wenn das Implantat nicht exakt an die anatomischen Hebelverhältnisse angepasst ist und durch die starre Kopplung Belastungsspitzen an Ober- oder Unterteil entstehen. Die Indikation für eine gekoppelte Prothese hat in einem differenzierten Behandlungskonzept durchaus ihren Platz. Bei älteren Patienten, Revisionen, schweren Fehlstellungen und Instabilitäten, Kontrakturen oder schweren Gelenkdestruktionen lässt eine gekoppelte Prothese weniger Komplikationen und bessere Langzeitergebnisse erwarten. Blauth und Hassenpflug beobachteten eine Überlebensrate der gekoppelten Blauth-Prothese nach 11 Jahren von 97 %, was mit den Ergebnissen des Oberflächenersatzes vergleichbar ist (Blauth und Hassenpflug 1991). Der Einbau sollte jedoch aufgrund des Knochenverlustes, der starren Gelenkführung und der langen Stiele besonderen Problemsituationen vorbehalten sein, da Rückzugsmöglichkeiten und erneute Revisionen mit erheblichen Schwierigkeiten belastet sein können.
Trotzdem kommt es auch bei modernstem Prothesendesign zu Verschleißerscheinungen vor allem des Polyethylen-Inlays, was in der Folge zur sog. Partikelkrankheit führen kann (Abschn. 4.2). Verschleißvorgänge wie schalenförmiger Materialausbruch (pitting), Delamination und Abrasion sind von der Dicke des Inlays (ab 8 mm), der Qualität des Ausgangsmaterials (Polyethylen), aber auch von der Bearbeitung und der Sterilisationstechnik abhängig (Bader et al. 2006; Heinz und von Mallek 2005).
Allerdings stehen Langzeitdaten noch aus: Eine Studie mit 5-Jahres-Follow-up verglich das Risiko einer aseptischen Lockerung im Vergleich von neuen highly cross-linked PEs gegenüber konventionellem PE. Es konnten in einem Kollektiv von n = 77.084 Fällen keine Unterschiede hinsichtlich des Risikos einer Revision aufgrund einer PE-abriebbedingten aseptischen Lockerung festgestellt werden (Paxton et al. 2015). Auch Wilhelm et al. sehen beim Kniegelenk noch keinen entscheidenden Vorteil für die highly cross-linked PE, wobei aber die Langzeitdaten über 12 und 15 Jahre ausstehen (Wilhelm et al. 2018).
Dennoch sind die partikelbedingten Osteolysen und die dadurch resultierenden Implantatlockerungen als Ursache der aseptischen Knieprothesenlockerung in den letzten 10 Jahren deutlich in den Hintergrund getreten. Die Jahrzehnte geltende Lehrmeinung, dass die Partikelkrankheit die Achillesferse der Endoprothetik sei, oder wie Harris es 1995 formulierte: „The problem is osteolysis“, muss vermutlich revidiert werden (Harris 1995).
Es zeigt sich heute, dass die neueren Sterilisationsmethoden (Vakuumsterilisation, Sterilisation mit Radikalfänger, wie z. B. Vitamin E und hochvernetzte Polyethylene = PE) der PEs nur noch wenige Abriebpartikel in größeren Zeiträumen entstehen lassen. Dieser Meilenstein in der Forschung der PE-Gleitpaarungen hat die „über 50-jährige Suche nach einem geeigneten Material für Implantate und Gelenkartikulation in der Endoprothetik beendet“ (Harris und Muratoglu 2019; Morlock und Jager 2017).
Kommen unterschiedliche Metalle, z. B. bei Konusverbindungen oder Stielfixation, in Kontakt, kann es zu einem ungewollten Ionenfluss und einer daraus resultierenden Korrosion als weiterer Ursache für ein Implantatversagen kommen. Auch bei modularen Implantaten, die mit sog. Wedges augmentiert wurden, können Mikrobewegungen oder unzureichende Fixationen resultieren, die in einem Implantatversagen münden.
Andere Versagensgründe können die Qualität des Knochenzementes (Zementiertechnik) oder designbedingte Ursachen des Implantates sein (z. B. keine ausreichende Andockfläche für den Knochenzement an der Prothesenrückfläche).
Betrachtet man grundsätzlich die Frage der Verankerungstechnik, so wiesen laut dem schwedischen Endoprothesenregister (Robertsson et al. 2001) zwischen 1988 und 1997 zementfreie Implantate eine signifikant erhöhte Revisionsrate von 1,4-fach im Vergleich zu den zementierten Implantaten auf. Insgesamt deuten die Literaturdaten darauf hin, dass eine zementfreie Fixation des Tibiaplateaus häufiger mit Saumbildungen einhergeht und eine erhöhte Revisionsrate zeigt. Bei der Femurkomponente zeigen sich allerdings zwischen der zementfreien und der zementierten Variante keine statistischen Unterschiede (Boos und Russlies 2006). Aufgrund eines zu erwartenden Drittkörperverschleißes beim Einbringen von Knochenzement werden neuerdings Diskussionen hin zu komplett zementfreien Verankerungen mit neuen, die Knochenintegration fördernden Rückflächenbeschichtungen geführt. Da diesbezüglich noch keine Daten vorliegen, scheint aber die Zementierung des Tibiaplateaus und der Femurkomponente nach derzeitigem Stand des Wissens die besten Langzeitergebnisse zu garantieren.

Intraoperative Einflussfaktoren und chirurgische Qualität

Bei den Revisionen, die allein auf die Operationstechnik und -durchführung zurückzuführen sind, hat die Erfahrung des Operateurs eine ausschlaggebende Bedeutung. Die Rekonstruktion einer geraden Beinachse mit einem Korridor von ±3° wird in der Literatur als ein wichtiger Parameter für das Langzeitüberleben von Oberflächenersatzprothesen gesehen. Eine dementsprechende Fehlpositionierung der Komponenten (Achs- und/oder Rotationsfehler) bedingt einen vergrößerten Verschleiß und damit ein eventuell frühzeitiges Versagen. Auch eine Fehldimensionierung der Komponenten erhöht die Belastung der Prothese. Ist eine knöcherne Auflagefläche nicht gewährleistet, wurden Ermüdungsbrüche des Tibiaplateaus beschrieben (Bader et al. 2006).
Sowohl für die femorale als auch tibiale Komponente gilt, dass eine gute knöcherne Auflagefläche die Voraussetzung für eine stabile und langfristige Verankerung ist. Vor allem zementfrei eingebrachte Implantate müssen „press fit“ eingebracht werden, um eine ausreichende Osseointegration zu ermöglichen. Prothesen-Knochendistanzen von 0,5 mm und mehr führen zu einer abnehmenden Integration und damit zu einer abnehmenden Prothesenfestigkeit (Dalton et al. 1995). Vor allem mangelnde Primärstabilität in der Einwachsphase hat einen hohen negativen Prädiktionswert für ein frühzeitiges Versagen (Rand et al. 2003; Ryd et al. 1995).
Weiterhin ist ein persistierender vorderer Knieschmerz eine häufige Ursache von aseptischen Revisionsoperationen (Rader et al. 2014). Fast in einem Viertel dieser Revisionsfälle wurde ein sekundärer Retropatellarersatz notwendig. Diese Problematik hält die Diskussion über einen Retropatellarersatz oder ein Remodelling der gelenkseitigen Patella in Gange. In der aktuellen Studienlage konnte kein Vorteil des Rückflächenersatzes im Vergleich mit einem Patellaremodelling gefunden werden, sodass beide Behandlungsmöglichkeiten gleichwertig erscheinen (Chen et al. 2013). Sollte man sich für einen Patellarückflächenersatz entscheiden, ist die zementierte PE-Komponente das Implantat der Wahl. Zementfreie metal-backed Patellaimplantate zeigten in der Vergangenheit z. T. Revisionsraten von über 30 % (Rader et al. 1996) und beherbergen zudem das Risiko einer ausgeprägten Metallose nach Verschleiß des PEs. Bei Verwendung eines Retropatellarersatzes muss eine ausreichende Patelladicke (>13 mm) verbleiben, da sonst Komplikationen wie vorzeitige Lockerung oder eine Nekrose und Fraktur des verbliebenen Knochens drohen können (von Spreckelsen et al. 1998). Daten aus dem australischen Endoprothesenregister (n = 134.799) zeigen deutlich, dass Patienten mit Retropatellarersatz nach 5 Jahren Prothesenstandzeit einen Vorteil haben. Beim 5-Jahres-Follow-up betrug die Revisionsrate der Patienten mit Retropatellarersatz 3,1 %, patellofemorale Schmerzen waren deutlich seltener (1 % versus 17 %), die Patella-only-Revision ebenfalls signifikant seltener (6–29 %) (Clements et al. 2010). Trotz der möglichen Komplikationen kann anhand der aktuellen Literatur grundsätzlich ein regelmäßiger Patellarersatz in der Primärendoprothetik empfohlen werden.

Fazit für die Praxis

Durch die Funktionsverbesserung und Schmerzbefreiung gehört der künstliche Gelenkersatz zu den erfolgreichsten Operationen überhaupt. Als Hauptgrund für ein Prothesenversagen sind auch heute noch aseptische Endoprothesenlockerungen zu nennen. Um zu einer eindeutigen Diagnose zu gelangen, müssen klinische und radiologische Faktoren und auch der zeitliche Verlauf betrachtet und sorgfältig ausgewertet werden. Die Standzeit einer Endoprothese wird dabei von individuellen, patientenbezogenen Faktoren, von implantatbedingten Faktoren und von intraoperativen Einflussfaktoren sowie der Qualität der operativen Versorgung beeinflusst. Aufgrund von Verbesserungen der OP-Technik, dem Instrumentarium, den Endoprothesen an sich sowie auch Verbesserungen der Gleitpaarungen haben sich die Standzeiten von Knieendoprothesen in den letzten Jahren deutlich verbessert. Durch die Optimierung der tribologischen Eigenschaften haben die Partikelkrankheit und dadurch resultierende periprothetische Osteolysen in den letzten Jahren an Bedeutung verloren und können heute nicht mehr als wesentlicher Grund für die aseptische Prothesenlockerung angesehen werden.
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