Ergebnisse der Knieendoprothetik

Früh wurde bereits erkannt, dass die Lockerung der tibialen Komponente das besondere Problem der Knieendoprothetik darstellt (Böhm und Holy 1998). Bei einer Standzeit von 94,6 % nach 15 Jahren mit guten klinischen Ergebnissen konnten Ranawat et al. (1993) nach 11 Jahren radiologisch tibiale Lysesäume in 72 % nachweisen, die in Abhängigkeit zum Körpergewicht stehen (Hamoui et al. 2006). Dabei schwanken die Lockerungsraten tibial von 0,53 % (femoral 0,35 %) bei Windsor et al. (1989) bis zu deutlich höheren Raten, z. B. 7 % bei Ducheyne et al. (1978).

Bei älteren Modellen wurde als Grund für die hohe Bruch-, Lockerungs- und Infektionsrate eine unphysiologischen Kinematik bei nur einem Freiheitsgrad angesehen. Wie jedoch ist die Auslockerung insbesondere der tibialen Komponente bei Nachfolgemodellen mit wesentlichen mechanischen Vorteilen gegenüber den älteren Modellen zu sehen?

Als Ursachen des Versagens der tibialen Komponente wurden nach Ducheyne et al. (1978) Wechselwirkungen am Knochen-Zement-Interface, Kollaps des trabekulären Knochens, Veränderungen des Alignments der unteren Extremität sowie Fehler in der Implantationstechnik der Prothesen (tibiofemorale Varusfehlstellung, Varusfehlstellung der tibialen Komponente, ausgedehnte tibiale Resektion) angesehen (Cameron und Hunter 1982). In In-vitro-Studien konnte ein verstärktes Stress-Shielding in der Knochen-Kortikalis-Kontaktzone der proximalen Tibia bei Prothesen mit intramedullärem Stem als Ursache für eine aseptische Auslockerung gezeigt werden (Bourne und Finlay 1986). Bei zementierten Prothesen wiesen Ritter et al. (1994) den Einfluss der Zementiertechnik (Lavage vs. Jet-Lavage und manuelles Einbringen des Zementes vs. Zementinjektion) auf eine Auslockerung der tibialen Komponente nach.

Die niedrigeren Revisionsraten von zementierten Prothesen durch verbesserte Material- und Implantationstechniken spiegeln sich so auch in der deutlichen Reduktion der Cumulative Revision Rate (CRR) in diesem Jahrhundert wider (Abb. 2).

Die dezidierten Gründe für die Veränderungen sind nach Angaben der Autoren letztendlich nicht fassbar. Am ehesten spielen hier die schon besprochenen Faktoren wie Implantatauswahl, OP-Methode und die Erfahrung des Chirurgen eine Rolle.

Insbesondere die Untersuchungen der Radio Lucent Line (RLL) für den Progress einer Lockerung zeigten die Möglichkeit als Eintrittsportal für Abrieb mit Zunahme der RLL und Lyse bei zu stark belasteten im Gegensatz zu wenig belasteten Prothesen ohne Progress auf Basis einer fehlerhaften Zementiertechnik, z. B. Injektion in sklerotischen Knochen, auf (Smith et al. 1999). Auf die geringe klinische Validität der Radiolucency weisen Lundberg-Jensen et al. (2002) hin, indem sie nachwiesen, dass mit einer Lockerung assoziierte RLLs bis Stärke von 2 mm, klinisch nicht relevant sind. Das Auftreten einer RLL mit einer Lockerung zu assoziieren, muss im Einzelfall also von einer vorhandenen bzw. nicht vorhandenen Klinik abhängig gemacht werden. Hieraus ergibt sich entsprechend das weitere Vorgehen.

Weitere Versagensgründe sind der erzeugte Abrieb der meist verwendeten PE-Inlays, der trotz Fortschritten bei Polyethylenen (PE) zunächst in der Hüftendoprothetik nun auch zu verstärktem Interesse und Einsatz von hochvernetztem PE (HXLPE) bei der Knieendoprothetik (TKA) geführt hat. Sowohl Simulationsstudien als auch biomechanische Daten haben verbesserte Abriebeigenschaften und weniger Verschleiß und Oxidationsraten für HXLPE-Einsätze im Vergleich zu herkömmlichem Polyethylen (CPE) in TKA gezeigt.

Die neueren Registeranalysen sind widersprüchlich. Sowohl kurz- bis mittelfristige klinische Studien konnten keinen signifikanten Unterschied zwischen HXLPE und CPE bei höheren Kosten durch Einsatz der hochvernetzten PE’s feststellen, sodass langfristige klinische Daten und weitere Studien zur Bewertung um die Rolle des Einsatzes von HXLPE-Einsätzen bei TKA erforderlich sind (Wilhelm et al. 2018); Partridge et al. (2020) favorisieren deshalb die mögliche Verwendung in bestimmten Gruppen mit „höherem Anspruch“, z. B. bei Patienten <60 Jahre und/oder Patienten mit einem BMI von >35, und keinen routinemäßigen Einsatz, da nach einer maximaler Nachbeobachtungsdauer von 12 Jahren kein Gesamtüberlebensvorteil von HXLPE nachgewiesen werden konnte.

Im Vergleich zu den klinischen Ergebnissen von vor 10 Jahren (Sharkey et al. 2002) deuten die aktuellen Daten ihrer Kohorte von 10.000 Patienten außerdem darauf hin, dass der Polyethylen-Verschleiß nicht mehr die Hauptursache für das Versagen von TKAs ist (Sharkey et al. 2014). Die gegenwärtig häufigsten Indikationen für Revisionen waren Lockerung (39,9 %), Infektion (27,4 %), Instabilität (7,5 %) und periprothetische Frakturen (4,7 %). So hat sich insgesamt die Häufigkeit von Lockerungen und Infektionen seit 2002 bei signifikanter Verringerung der Inzidenz von Instabilität, Arthrofibrose und Fehlstellung beobachtbar erhöht und sich als Hauptversagensgrund etabliert.

Ein weiteres entscheidendes Problem der Fixation der tibialen Komponenten ist die Struktur der proximalen Tibia: Diese besteht lediglich zu ca. 7 % aus kortikalem Knochen, zu ca. 35 % aus Spongiosa und zum Rest aus Fettmark bzw. blutbildendem Knochenmark. Deshalb ist die zementfreie Fixation der Tibia kritisch (Albrektsson et al. 1992). Gerade beim Oberflächenersatz des Kniegelenks hat sich die zementierte Verankerung der tibialen Komponente bewährt und wird von Lombardi et al. (2007) nach wie vor als Goldstandard in der endoprothetischen Versorgung bezeichnet, da verschiedene Studien, einzigartige Komplikationen wie die bereits zuvor behandelten Radio Lucent Lines (RLL), aseptische Lockerungen durch Stress-Shielding, Osteolysen etc. bei zementfreien Implantationen beschrieben.

Auch wenn verschiedene Studien ohne Zementierung über einen Beobachtungszeitraum von ca. 9 Jahren über das Auftreten von RLLs ohne Progress berichten (Costales et al. 2020), können Nakama et al. (2012) in ihrer Cochrane-Analyse einen stabileren Knochen-Implantat-Kontakt für zementierte Prothesen innerhalb der ersten 5 Jahre im Vergleich zu unzementierten Prothesen bei jedoch höherem Risiko einer zukünftigen aseptischen Lockerung als die zementfreie Fixierung belegen.

Selbst bei jüngeren Patienten konnten hier dauerhaft gute Ergebnisse nachgewiesen werden (Diduch et al. 1997), welche aber auf der anderen Seite in der neueren Literatur keine Vorteile für die zementfreie oder die zementierte Verankerung der Komponenten bezüglich des klinischen Ergebnisses und Überlebensrate der Oberflächenersatzprothesen aufzeigen können (Franceschetti et al. 2017).

Ebenso wenig führt die additive Schraubenfixierung bei zementfreier TKA zur erhöhten Standfestigkeit bzw. ist im Gegenteil sogar mit in Studien belegtem Risiko einer periprothetischen Osteolysebildung und Prothesenlockerung (Klutzny et al. 2019) verbunden. Ähnliche Beispiele über konstruktions- und designtechnische Fehlentwicklungen finden sich vielfach in der Literatur.

Gill et al. (1999) berichten in ihrem 20-Jahres-Follow-up über keine nachweisbare Lockerung der femoralen Komponente, ebenso Melton et al. (2012) an 325 Patienten, die mit 432 unzementierten Prothesen versorgt wurden und eine Überlebensrate von 96 % ohne aseptische Lockerung aufwiesen. Auch Nam et al. (2019) konnten in ihrer randomisiert kontrollierten Studie durchschnittlich 2 Jahre postoperativ vergleichbare Ergebnisse zwischen zementfreier und zementierter Prothese eines Designs berichten, ohne dass aseptische Ausfälle beider Implantate auftraten.

Tab. 1 zeigt, dass die häufigste Verankerungsform im internationalen Vergleich nach wie vor die zementierte Form ist (Quelle: EPRD-Jahresbericht 2019).

Von besonderer Bedeutung ist neben der Fixation die Positionierung der Implantatkomponenten (Ecker et al. 1987; Fisher et al. 2007). Da die Kontaktspannungen, die im Rahmen der Lastübertragung auf die Prothese auftreten, im Wesentlichen von der Form der Berührungsflächen abhängen, muss diese Geometrie der Kontaktflächen bei allen Gelenkbewegungen berücksichtigt werden. Bei Belastungen der Prothese mit einem Varus- und Flexionsmoment, erfolgt die Lastaufnahme ausschließlich auf dem medialen Kompartiment, im Extremfall kann ein lateraler Spalt von bis zu 5 mm entstehen (Burstein und Wright 1997).

Rousseau et al. (2008) beschrieben aufgrund der eigenen Ergebnisse 6 mechanische Problemzonen beim Vorliegen eines prothetischen Frühversagens:Auf die Problematik des Malalignments mit Achsfehlern in Valgus-/Varusstellung und dem Prothesenversagen schon bei niedrigen Belastungen durch eine exzentrische Lastaufnahme mit Überlastung des sog. Bonestocks wiesen bereits Bargren et al. (1983) hin.

Hinsichtlich der Rotationsmalposition fanden Assor und Aubaniac (2006) eine veränderte Translationsbewegung mit entsprechend veränderter Kontaktfläche, vermehrter PE-Abrasion und exzessiven Druckbelastungen auf dem medialen Plateau. Dieses Prothesenversagen aufgrund technischer Fehler zeigten Bonnin et al. (2000) in 36 % ihrer Fälle auf.

Des Weiteren zeigen osteoarthritische Knie eine große Variation in der Ausrichtung der gesamten koronaren Gliedmaßen als auch in der Ausrichtung des femoralen und tibialen koronaren Alignments. Gegenwärtige Ausrichtungsphilosophien für die Knieendoprothetik (TKA) und die präoperative Planung berücksichtigen diese Abweichungen nicht ausreichend, was ein Grund für schmerzhafte Knieprothesen sein könnte (Hess et al. 2019).

Auf die Bedeutung der Korrektur der mechanischen Beinachse und die korrekte Positionierung der Prothesenkomponenten weisen auch Tingart et al. (2008) in ihrer Arbeit zum Einfluss der Navigation auf die Implantation hin. So erscheint eine Verbesserung der Ausreißer der Achsfehlstellung und der optimierten Komponentenpositionierung durch die Navigation möglich (Perlick et al. 2004). Inwieweit sich jedoch die verbesserten Implantationstechniken auf das Outcome auswirken, bleibt abzuwarten, da bislang der Nachweis über eine Verbesserung des klinischen Ergebnisses im Vergleich zur konventionellen Methode aussteht. Auch Bonutti et al. (2008); Seon et al. (2009); Molfetta und Caldo (2008) mit einem 5-Jahres-Follow-up und Kim et al. (2017) mit ihren 12-Jahresergebnissen fanden in den vergleichenden Studien keine Vorteile der Navigation im klinischen Outcome und empfehlen weitere Untersuchungen hinsichtlich der Langzeit-Prothesen-Überlebensrate, besonders auch aufgrund der Einschränkung der Spezifität durch Einsatz eines einzelnes Navigations- und Prothesensystems.

Auch die Einführung patientenspezifischer Instrumentation bzw. Schnittblöcke (PSI) in die Knieendoprothetik brachte in der aktuellen Literaturanalyse keine Verbesserung der klinischen Ergebnisse noch liegen Langzeitdaten vor (Sassoon et al. 2015). Im Gegenteil ist der PSI-Einsatz teurer und zeitaufwendiger (Kosse et al. 2018).

Die klinischen Ergebnisse bei Verwendung von Mobile Bearings oder Fixed Bearings waren in vergleichenden Studien in Bezug auf Funktion, Schmerz und Komplikationen ähnlich (Bhan et al. 2005; Lädermann et al. 2008), welches ebenso für die Verwendung im internationalen Vergleich gilt (Tab. 1; Abb. 3 und 4).

Bei den Posterior-stabilisierten-Komponenten wird immer wieder die Bedeutung des hinteren Kreuzbandes betrachtet. In ihrem Review von 2006 beschreiben Grassmayr et al. (2007) bei Defizienz des hinteren Kreuzbandes eine vermehrte tibiale Translationsbewegung nach posterior, eine vermehrte Laxizität, erhöhte Drücke der Kontaktflächen sowie einen Verlust der Propriozeption, allerdings nach Studienlage ohne Evidenz eines Einflusses des Propriozeptionsverlustes auf Kraft und Kinematik sowie auf eine Aktivierung der kompensatorischen Muskelaktivität. Nach Swanik et al. (2004) kommt es nach Implantation einer Endoprothese zu einer Verbesserung der Propriozeption, Kinesthesie und Balance, was auf den Erhalt der kapsulären Strukturen, Schmerz- und Entzündungsminderung zurückgeführt wird. Ausdrücklich weisen die Autoren darauf hin, dass ein Erhalt des hinteren Kreuzbandes die Propriozeption und Balance im Vergleich zur Posterior-stabilisierten-Gruppe nicht signifikant verbessert. Zu ähnlichen Ergebnissen kommen Sathappan et al. (2006) und Hofmann et al. (2000), die den propriozeptiven Einfluss im Vergleich zu einer Gruppe mit ultrakongruenten Inlays untersuchten.

In Bezug auf Langzeitergebnisse konnten Jorgensen et al. (2019) nach 15 Jahren im National Joint Replacement Register Australiens bei einer Gesamtkohorte von knapp 480.000 Fällen eine kumulierte prozentuale MAR (Major Aseptic Revision) von 3,0 % der Fälle nachweisen, wobei Fixed Bearings signifikant niedrigere Raten mit 2,7 % im Vergleich zu 4,1 % für Mobile Bearings aufwiesen. In ihren Schlussfolgerungen sehen sie ein jüngeres Patientenalter (MAR 7,8 % bei Patienten <55 Jahre vs. MAR 1,0 % bei Patienten ≥75 Jahre), posteriore Stabilisierung, zementfreie Fixierung, bewegliches Lager und Nichtnavigation als Risikofaktoren für höhere MAR-Raten nach TKA an (Abb. 5).

Von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei den nicht achsgeführten Implantaten in der Knieendoprothetik, ist das Management der Weichteile. Die Balancierung der Kollateralbänder ist essentiell bei den Endoprothesen ohne Hinges. Yu et al. (2007) sehen im Weichteil-Balancing die wichtigste Maßnahme, um Varusdeformitäten und Beugekontrakturen auszugleichen. Die Bedeutung des Weichteilmanagements für die korrekte Implantation eines bikondylären Oberflächenersatzes mit Schaffung eines gleich großen Beuge- und Streckspalts unterstreichen Claus und Scharf (2007); Briard et al. (2007) sowie Meloni et al. (2017) zur Erzeugung eines optimalen Gleichgewichtes und guten postoperativen Ergebnisses.

Für das funktionelle Outcome nach Endoprothesenimplantation sind aber nicht nur die vorgenannten Überlegungen von Bedeutung. So zeigen die klinisch erhobenen PROM’s eine deutliche Verbesserung des Gesamtzustandes im Verlauf nach Implantation einer Knieprothese.

Entscheidend für ein gutes postoperatives Ergebnis ist hierbei die präoperative Funktion des Bewegungsausmaßes (ROM). Kawamura und Bourne (2001) schlussfolgerten aus ihren Studienergebnissen, dass die wichtigsten Faktoren eines guten postoperativen Bewegungsumfanges sowohl die präoperative ROM als auch eine Varus-Valgus-Fehlstellung sind. Auch verschiedene andere Autoren sehen die präoperative ROM als sehr wichtig (Gatha et al. 2004) für das postoperative Outcome an, vertreten aber den Standpunkt eines multifaktoriellen Geschehens, in das neben der ROM auch die Erfahrung des Chirurgen (Shi et al. 2006), Patellastärke, postoperativer Schmerz und die Höhe der postoperativen Gelenklinie (Ryu et al. 1993) hineinspielen.

Umgekehrt signifikante negative prädiktive Faktoren wie weibliches Geschlecht, hoher BMI, Voroperationen des Kniegelenks, Diabetes mellitus, Lungenerkrankungen und Depressionen konnten Fisher et al. 2007 herausarbeiten, welches so auch in aktuellen Reviews bestätigt wurde (di Laura Frattura et al. 2018; Lo et al. 2019).

Neben den vorgenannten Faktoren zeigt das schwedische Endoprothesenregister Unterschiede der Revisionsraten für einzelne Implantatmodelle (Abb. 6). Die Unterschiede der Ergebnisse der einzelnen Implantate sind sicherlich nicht dem Implantatmodell allein anzulasten. Zementart, Operateur, Indikationsstellung etc. tragen ebenfalls wesentlich zum Outcome mit bei. Die Gesamtrevisionsrate für alle Endoprothesen (n =118.447) wird mit ca. 4 % angegeben.

Die Entscheidung zur Verwendung des Patellarückflächenersatzes ist hinsichtlich des klinischen Ergebnisses weiter nicht eindeutig geklärt (Burnett et al. 2007) und wird entsprechend kontrovers diskutiert. Während z. B. Briard und Hungerford (1989) einen Ersatz der retropatellaren Gleitfläche für nicht erforderlich halten, sind z. B. Insall et al. (1979) der Überzeugung, dass ein Ersatz der retropatellaren Gleitfläche nötig ist, um ein patellofemorales Schmerzsyndrom zu vermeiden. Neuere Registerdaten zeigen, dass der Rückflächenersatz von regionalen Präferenzen geprägt ist – im Schwedischen Register sind 2017 nur 2,6 % aller TKA’s mit primärem Rückflächenersatz versehen worden, dagegen wird dies in Neuseeland in rund einem Drittel der Fälle praktiziert (Tab. 1).

Die genauen Auswirkungen dieser Versorgungsmodalität auf das klinische Ergebnis ist nicht endgültig klar und muss noch durch größere randomisierte kontrollierte Studien mit Langzeit-Follow-up bewertet werden (Longo et al. 2018). So verringert der Patellarückflächenersatz die Revisionsrate sowohl für minimal-stabilisierte Prothesen (7,1 %) als auch für posterior-stabilisierte Prothesen (7,9 %) im Gegensatz ohne Erneuerung (8,8 % bzw. 11,1 %). Onlay-Patella-Designs scheinen dabei im Vergleich zu Inlay-Patellae mit einer geringeren Revisionsrate (Coory et al. 2020) laut Australischem Register verbunden zu sein. Es ist mittlerweile aber klar, dass die Revisionsrate nicht immer ein idealer Parameter ist, um die Leistung eines bestimmten Implantatsystems zu beurteilen. Das Problem der Revisionsraten ist, dass die Indikation zu gewissen Anteilen subjektiv durch den Behandler geprägt wird und die Schwelle zur Revision bei partiellen Versorgungen (also z. B. TKA ohne Retropatellarersatz, RPE) immer niedriger ist, als in Fällen, bei denen bereits eine vollständige Versorgung vorliegt (Abschn. 9). Bei bestimmten speziellen Arthropathien, wie z. B. der Chondrokalzinose, hat es sich gezeigt, dass die Verwendung des Rückflächenersatzes sinnvoll ist.

Ende des letzten Jahrhunderts wurde erkannt, dass es entscheidende interindividuelle, geschlechtsspezifische Unterschiede in der Form der distalen Femora und der Tibiaplateaus gibt, die in vielen Prothesensystemen bislang nicht umgesetzt sind (Mahfouz et al. 2007). Diese Erkenntnisse könnten möglicherweise die Passform der Komponenten, die Beugefähigkeit der Gelenke und das Patellatracking verbessern, welches aber in Studien im Vergleich zur Standardprothese so bisher nicht nachgewiesen werden konnte (Saevarsson et al. 2013; Cheng et al. 2014). Dies gilt gleichwohl auch bei den unikondylären Endoprothesen (Lustig et al. 2012).

Weiterhin wurden Unterschiede in der dreidimensionalen Kniemorphologie zwischen kaukasischen, afroamerikanischen und ostasiatischen Populationen identifiziert, deren Bedeutung für das Implantatdesign zunächst in klinischen Studien zu evaluieren ist (Mahfouz et al. 2012).

Die Kniegelenkendoprothetik weist trotz fortschreitender Entwicklung der Implantationstechniken und Materialien einen stabil hohen Anteil an Patienten auf, je nach Studienlage von 20–30 %, bei denen sich zwischen der objektiven Befundlage und der subjektiven Einschätzung einer ungenügenden postoperativen Algofunktion Diskrepanzen zeigen (Forsythe et al. 2008). Im Rahmen dieser Bewertung ergibt sich oft eine Verbindung mit psychischen Belastungen, welche sich in Form von ängstlich-depressiver Symptomatik und spezifischer Kognition darstellt. Dabei weisen die ausgeprägten psychischen Belastungen eine enge Verbindung zur postoperativen Algofunktion auf. Weiterhin spielen pathologisch überzeichnete Angst vor Bewegungen (Kinesiophobie) und Katastrophisierung eine entscheidende Rolle für eine maladaptive und komplikationsträchtige Verarbeitung der Implantation einer Kniegelenkendoprothese. Im Rahmen von verschiedenen Untersuchungen zeigten sich aber auch Persönlichkeitsmerkmale (Vogel et al. 2019) und Persönlichkeitsstörungen (Vogel et al. 2020) entscheidend für die fehlgeleiteten Prozesse der Verarbeitung. Die Zufriedenheit mit der postoperativen Algofunktion scheint somit nicht nur durch den Körper, sondern auch durch den Geist in Verbindung zu stehen und an komplexe psychodynamische Mechanismen der Fehlanpassung gekoppelt zu sein.

Vielfach wird heutzutage versucht, klare Richtlinien aufzuzeigen und Goldstandards zu definieren. Anhand der vielfältigen Ergebnisse, zunehmenden Heterogenität der Prothesenmodelle und operativen Versorgungen lässt sich ersehen, dass die Definition eines einzelnen Goldstandards schwierig ist und die Grenzen zwischen „etabliert“ und „Innovation“ fließend sind. Für jeden Patienten müssen letztendlich die individuellen Gegebenheiten des Gelenks und darüber hinaus allgemeine Situationen berücksichtigt werden, um ein exzellentes Ergebnis zu erzielen.

In der Vergangenheit war die Änderung des Implantatdesigns ein Ziel für die Verbesserung. Es wird jedoch zunehmend klinisch anerkannt, dass Fortschritte durch optimierte Implantationsmethoden, Vermeidung von Komplikationen und Verfeinerung der perioperativen Versorgung von Patienten erzielt werden können (Price et al. 2018). Neue Technologien wie Robotik, Künstliche Intelligenz und Augmented Reality werden die künftige Knieendoprothetik wahrscheinlich weiter vorantreiben. Ihre Einführung muss jedoch ausreichend reguliert und überwacht werden, um die fortlaufende Patientensicherheit zu gewährleisten.

Besonders bedeutsam sind aber auch die modernen Erkenntnisse über psychogene Faktoren, welche das Ergebnis beeinflussen können. Offensichtlich sind diese von erheblicher Relevanz für das subjektive Empfinden des Patienten, und in der Vergangenheit aber zu Gunsten einer eher mechanistisch geprägten Betrachtungsweise häufig übersehen worden. Hier ergeben sich daher neue und interessante Ansätze zur Verbesserung des Ergebnisses, unabhängig von den Entwicklungen in operations- und materialtechnischer Hinsicht.