Therapie des Knorpelschadens mit knorpelregenerativen Operationsverfahren

Der jameda-Orthopädentipp gibt einen Überblick über knorpelregenerative Therapien und erklärt, wann die operative Behandlung des Knorpelschadens besonders erfolgversprechend ist.

Viele Gelenkknorpelschäden entstehen durch einen Unfall im Beruf, im häuslichen Umfeld oder beim Sport. Beim erwachsenen Menschen besteht im Unterschied zu Kindern keine Selbstheilungstendenz des Knorpelschadens. Ein Schaden bleibt somit lebenslang bestehen und wird sich im Laufe der Zeit vergrößern.

Dagegen besteht im Kindesalter bis zum Verschluss der Wachstumsfugen an den Knochen noch eine gewisse Tendenz zur Selbstheilung des Knorpels. Vollschichtige Knorpelschäden, d. h. bis auf den Knochen reichend, führen daher unbehandelt beim Erwachsenen unweigerlich zum Gelenkverschleiß (Arthrose).

Man unterscheidet hierbei eine ruhende Arthrose, die unbemerkt keine Beschwerden bereitet (klinisch stumm), von einer aktivierten Arthrose, die mit Schmerzen, Schwellung, Gelenkergüssen, Bewegungseinschränkung und Blockaden einhergehen kann.

Gelenkknorpelschäden müssen nicht zwingend operiert werden. Der Grad der Schädigung (Grad I-IV) spielt bei der Wahl der richtigen Therapieform eine wichtige Rolle. Es kann auch konservativ symptomatisch (nicht operativ) mittels Schmerzmittelgabe, knorpelstabilisierender Substanzen (Hyaluronsäure) und krankengymnastisch-physikalisch behandelt werden.

Operative Behandlung von Knorpelschäden

Allerdings ist hierdurch keine ursächliche Heilung des Grundleidens, sondern nur eine Beschwerdelinderung zu erwarten. Stehen jedoch Schmerzen im Vordergrund, kann eine operative Therapie angezeigt sein. Sie ist bei örtlich begrenzten Knorpelschäden besonders erfolgversprechend.

Es ist grundsätzlich zu beachten, dass Begleitverletzungen wie

• Bandinstabilitäten,
• Kniescheibenverrenkung,
• Beinachsfehlstellungen wie X- und O-Bein,
• Stoffwechselerkrankungen wie z. B. Gicht oder
• Infektionen

unbedingt mitbehandelt werden müssen, um bei der Knorpeltherapie nachhaltig erfolgreich therapieren zu können.

Die einfachste Form der operativen Knorpeltherapie ist die Spülung des Gelenkes, um die Schleimhaut von den reizenden Abriebpartikeln des Knorpels zu befreien. Das geschieht bei jeder Kniegelenksspiegelung (Arthroskopie).

Die nächste Stufe der Therapie besteht in der sogenannten Knorpelglättung. Dabei werden lockere, aus dem Verbund sich lösende oder fransig degenerierte Knorpelanteile abgetragen, um ein Fortschreiten dieses Prozesses und das Fortbestehen der Gelenkschleimhautreizung zu verhindern.

Knorpelregenerative Operationsverfahren

Bei den knorpelregenerativen Operationsverfahren unterscheidet man

• Knochenmark stimulierende Verfahren,
• zellfreie Verfahren (gegebenenfalls in Kombination mit knochenmarkstimulierenden Verfahren) sowie
• Knorpel-Knochen- und Knorpeltransplantationsverfahren.

Knochenmarkstimulierende Verfahren
Am häufigsten eingesetzt, weil operativ relativ einfach durchzuführen, ist die Mikrofrakturierung (MFx). Sie wird seit 1985 praktiziert. Die Indikation besteht bei der Behandlung kleiner Knorpeldefekte bis 2-3 cm2.

Hierbei werden mit einer spitzen Ahle Löcher mit ca. 3 mm Durchmesser in die Knochenlamelle im Defektbereich eingebracht. Hierdurch wird eine Verbindung zum Markraum des Knochens geschaffen, aus dem Knochenmarkstammzellen in den Defekt hineingelangen. Diese Zellen mischen sich mit dem sich Blutgerinnsel, das sich im Defektbereich bildet, und führen so zu einem Regeneratknorpel.

Die Nachbehandlung ist für alle knorpelregenerativen Verfahren sehr ähnlich und im Wesentlichen abhängig von der Größe und Lokalisation der Knorpelschäden. Zumeist schließt sich an die Operation eine 6-wöchige Teilbelastung mit Fußsohlenkontakt und Motorschienenbehandlung (passive Mobilisation zur Knorpelernährung) an.

Vorteil dieses Verfahrens: Es ist kostengünstig, einzeitig (nur ein Eingriff), wenig invasiv, da arthroskopisch durchführbar und zeigt zufriedenstellende Ergebnisse.

Nachteil des Verfahrens: Zum einen, dass gute Ergebnisse nur bei Defekten kleiner 2-3 cm2 erwartet werden können. Zum anderen verschlechtern sich die Ergebnisse aber auch häufig nach ca. 3 Jahren. Das Knorpelregenerat besteht meist nur aus minderwertigem Faserknorpel, der sich nach 3 Jahren meist wieder abbaut.

Zudem wird aus einem reinen Knorpeldefekt durch die Mikrofrakturierung ein Knorpel- und Knochendefekt gemacht. Relativ häufig kommt es dementsprechend auch zu Komplikationen wie Zystenbildung im Knochen unterhalb der Knorpelschicht und zu einer ungewollten Knochenneubildung statt der gewünschten Knorpelneubildung mitten im Defektbereich.

Nanofrakturierung (NF)

Die Nanofrakturierung (NF) ist eine Weiterentwicklung der MFx. Wirkungsprinzip und Nachbehandlung sind identisch, nur wird bei der NF mit einem 1 mm langen Draht, der mit definierter Tiefe von 9 mm eingebohrt wird, die Verbindung zum Knochen hergestellt. Man erwartet von der Nanofrakturierung etwas bessere Ergebnisse mit Hinblick auf den Regeneratknorpel und eine geringere Komplikationsrate in Bezug auf die problematische Zystenbildung im Knochen und die Verknöcherung des Regenerates.

Im Ergebnis ähnliche Befunde werden bei der Anbohrung (nach Pridie) des Knochens mit Drähten, die 1-1,4 mm im Durchmesser betragen, erwartet. Die Bohrtiefe hat keine definierte Länge und kann der Lokalisation und der Knochenqualität des Defektes individuell angepasst werden.

Abrasionsarthroplastik

Die Abrasionsarthroplastik (kurz: Abrasion) ist ein Verfahren, bei dem der Knochen mit einer Fräse oberflächlich aufgeraut und die Knochenschale solange abgetragen wird, bis es zu feinen punktförmigen Blutungen aus dem Knochen kommt. Es sollen dabei Knochenmarkstammzellen aus dem Knochen in den Defekt gelangen. Diese Zellen mischen sich mit dem Blutgerinnsel, das sich bildet, und führen so zu einem Regeneratknorpel.

Diese Technik wurde meist sehr großflächig eingesetzt. Es besteht trotz der langen Anwendungszeit bis heute keine gute Studienlage. Die Ergebnisse sind eher schlechter als die der MFx. Die Abrasion wird daher heute nur noch selten angewandt.

Zellfreie Verfahren

Zellfreie Implantate sind seit 2004 auf dem Markt.
Die zellfreien Implantate sollen bei kleinen Defekten bis 2 cm2 als Platzhalter dienen, in den Knorpelzellen einwandern und so einen Regeneratknorpel bilden können. Das ist nach heutigem Wissensstand nur bei kleinen Defekten möglich.

Bei Defekten größer 2-3 cm2 wird die Membran nach Anwendung der knochenmarkstimulierenden Techniken (MFx/NF/Abrasion) zur Abdeckung auf die aus dem Knochenmark einwandernden Stammzellen gelegt. Die Zellen wachsen dann in das Membrangewebe ein und entwickeln sich dort zu einem Regeneratknorpel (sog. AMIC-Verfahren: Autologe Matrixinduzierte Chondrogenese).

Ein Teil der Implantate kann arthroskopisch implantiert werden. Es gibt feste und flüssige Präparate.

Mittlerweile gibt es in Deutschland mindestens neun zugelassene zellfreie Implantate:

• Chondro-Gide®, als zweischichtige Membran aus Kollagen 1
• Hyalofast®, eine Membran aus Hyaluronsäurefasern
• Cartimaix, eine Kollagenmembran
• Novocart® Basic, eine zweiphasige Kollagenmembran
• BST Cargel®, Chitosanlösung mit Glycerolphosphat und Pufferlösung als Gel
• CaReS-1S®, in Hydrogel eingebettetes Kollagen
• ChondroFiller®, eine Kollagenmembran oder ein -gel
• Chondrotissue®, eine Membran aus Hyaluron- und Polyglykolsäure
• JointRep®, ein Hydrogel mit Chitosan und Glukosamin

Knorpel-Knochentransplantation / OCT (Osteochondrale Transplantation)

Die Knorpel-Knochentransplantation wird als OCT (Osteochondrale Transplantation) oder, bei der Transplantation mehrerer Knorpel-Knochenzylinder, als Mosaikplastik bezeichnet. Kleinere Knorpeldefekte und auch Knorpel-Knochendefekte von 1-3 cm2, die in der gewichttragenden Hauptbelastungszone einer Gelenkfläche liegen, können durch einen Knorpel-Knochenzylinder ersetzt werden.

Dabei wird im Austausch nach dem Dübelprinzip der Zylinder aus dem Defektbereich etwas kleiner und der Zylinder aus dem Entnahmebereich ca. 1 mm im Durchmesser größer gewählt. Er wird pressfit, ähnlich einem Holzdübel, vorsichtig in das Defektareal eingeschlagen. Diese Behandlungsoption zeigt gute bis sehr gute Langzeitergebnisse – in einem hohen Anteil der Fälle über 10-20 Jahre.

Die Knorpel-Knochentransplantation ist die Therapie der Wahl bei der Osteochondrosis dissecans (OD) mit einer Größe von bis zu ca. 3 cm2 im Stadium 3 und 4. Denn sowohl der Knorpel als auch der Knochendefekt werden angegangen. Die Osteochondrosis dissecans ist eine örtlich begrenzte Durchblutungsstörung des Knochens (Infarkt). Der auf dem Knochen liegende Knorpel geht auch mit zugrunde und bricht schließlich als knorpelig-knöcherner Gelenkkörper (sogenannte ‘Gelenkmaus’) aus.

Er kann dann als freier Gelenkkörper zu Beschwerden und Blockaden führen. Die Osteochondrosis dissecans wird in vier Stadien eingeteilt, bei denen Stadium 3 und 4 eine Operationsindikation zur Knorpel-Knochentransplantation darstellen.

• Stadium 1: Schlummerstadium noch nicht sichtbar, nur im MRT!
• Stadium 2: Deutliche Aufhellung des Knochens unter dem Knorpel
• Stadium 3: Scharfe Abgrenzung des OD-Bezirkes gegenüber dem gesunden Knochen durch verkalkten Randsaum
• Stadium 4: Das Defektareal ist leer, ein freier Gelenkkörper (Gelenkmaus) befindet sich im Gelenk.

Die Vorteile der Knorpel-Knochentransplantation

• Es ist ein zeitiges Verfahren, an das sich eine relativ kurze Rehabilitationsphase anschließt. Der Defekt ist sofort mit gesundem festem Knorpelgewebe ausgefüllt.
• Es besteht eine relativ frühe Belastbarkeit nach ca. sechs Wochen und Sportfähigkeit nach ca. drei Monaten in Abhängigkeit von der Größe und Lage des Defektes.
• Sie ist zum Teil arthroskopisch durchführbar.
• Sie ist kostengünstig.

Die Nachteile der Knorpel-Knochentransplantation

• Aus einer gesunden wenig belasteten Knorpelregion des Gelenkes müssen ein oder mehrere Knorpel-Knochenzylinder gewonnen werden, die nur begrenzt verfügbar sind.
• Nachfolgend kommt es in ca. 5 % der Fälle zu Beschwerden an der Entnahmestelle.
• Es wird aus einem z. T. reinen Knorpelschaden ein knorpelig-knöcherner Defekt mit der, wenn auch relativ seltenen, Möglichkeit einer fehlenden Einheilung des Knochenzylinders.
• Die exakte Transplantation des Knorpel-Knochenzylinders ohne eine Stufenbildung zum umliegenden Knochen bzw. Knorpel ist technisch anspruchsvoll und nicht immer exakt möglich.

Knorpelzelltransplantation / Matrixgekoppelte Autologe Chondrozytentransplantation (MACT)

Mit der MACT (Matrixgekoppelte Autologe Chondrozytentransplantation) können Knorpeldefekte Grad 3 und 4 größer 2-3 cm2 wieder mit körpereigenen Knorpelzellen rekonstruiert werden. Es bildet sich hyalinartiger Knorpel, d. h. ein dem gesunden Knorpelgewebe sehr ähnliches Knorpelgewebe.

Bei geeignetem Krankheitsbild, adäquatem Verhalten des Patienten nach der Operation und richtiger Nachbehandlung sind in 70-80 % der Fälle gute bis sehr gute Ergebnisse zu erwarten. Die MACT wird seit 30 Jahren angewandt. Sie ist das am besten nachuntersuchte Operationsverfahren in der Orthopädie.

Da die MACT in der EU seit 2007 als Medikament eingestuft wird, sind für ihre Zulassung Studien und ein Wirksamkeitsnachweis wie für Arzneimittel erforderlich. Um als Operateur und Klinik eine Knorpelzelltransplantation durchführen zu dürfen, müssen aufwendige Zertifizierungs- und Schulungsmaßnahmen erfolgen und eine Genehmigung bei der zuständigen Bezirksregierung eingeholt werden.

Auch für die Transplantation selbst ist ein umfangreicher bürokratischer Aufwand erforderlich, sodass die Methode trotz hoher Effektivität und guter Erfolgsaussicht nur von relativ wenigen Ärzten und Kliniken angeboten wird.

Bei korrekter Indikationsstellung und Berücksichtigung aller administrativer Auflagen einschließlich der Auflage, den Fall in eine Studie einzubringen, werden die Kosten neben den Operations- und Krankenhauskosten in aller Regel von den Krankenkassen übernommen. Die Indikation zur MACT ist bei Knorpeldefekten Grad 3 und 4, die größer als 2-3 cm2 sind, gegeben.

Kontraindikation zur MACT besteht bei

• ursächlichen Begleiterkrankungen, die nicht gleichzeitig behandelt werden
• funktionell weitgehend entferntem Meniskus im betroffenen Gelenkanteil
• fortgeschrittener Arthrose
• sogenannten Kissing Lesions, bei denen 3-4-gradige Knorpelschäden auch an der korrespondierenden Knorpeloberfläche vorliegen
• entzündlichen Gelenkerkrankungen wie Rheuma
• relativer Kontraindikation: Das betrifft die MACT bei Kindern und Jugendlichen mit noch offenen Wachstumsfugen an den Knochen, da die Kostenzusage von den Krankenkassen nicht gesichert ist.

Als günstige Voraussetzungen für ein gutes Ergebnis haben sich anhand von Studien folgende Parameter herauskristallisiert:

• Junger Patient unter 30-35 Jahren
• Aktiver Sportler
• Keine Voroperationen
• Männlich
• Kurzer Symptomzeitraum (12 Monate)
• Ein Defekt und Defektgröße größer als 2-3 cm2
• Nichtraucher

Ungünstige Voraussetzungen:

• knochenmarkstimulierende Voroperation
• weibliches Geschlecht
• ACT der ersten Generation (Vorläufer der MACT)
• verschiedene Voroperationen am selben Knie
• Symptomzeitraum > 1-2 Jahre
• Raucher

Technik der Knorpelzelltransplantation

Für die körpereigene Knorpeltransplantation (MACT) sind zwei Operationen im Abstand von ca. 3 bzw. 6-8 Wochen, je nach kultivierender Firma, erforderlich.

Ablauf der ersten Operation

Im Rahmen der ersten Operation wird arthroskopisch die Eignung des Verfahrens beim vorliegenden Krankheitsbild überprüft. Sofern keine Kontraindikation besteht, wird eine kleine Menge Knorpel aus einem nicht belasteten Gelenkanteil entnommen. Diese Knorpelbiopsie wird per Eilboten zu einem der zwei in Deutschland ansässigen und zugelassenen Speziallabors gesandt.

Kultivierung der Knorpelzellen in Speziallabors

Dort werden die Knorpelzellen in einem aufwändigen Verfahren aus den Biopsien isoliert und in speziellen Nährlösungen vermehrt.

Bei der Kultivierung in einem der beiden Speziallabore werden die Knorpelzellen in Fremdspenderblut ca. 3 Wochen vermehrt und dann auf eine Kollagenmembran (Matrix) aufgebracht. Dann werden sie per Eilbote als Kollagenflies oder Kollagengel zur Transplantation für den zweiten Eingriff an die operierende Klinik zurückgesandt.

Bei der Kultivierung durch das andere Speziallabor werden die Knorpelzellen ebenfalls aus der Biopsie isoliert, aber im Eigenblut des Patienten kultiviert und durch ein spezielles Verfahren dazu gebracht, sich schon in der Kultur nicht nur zu vermehren, sondern auch schon Knorpelgewebe zu produzieren. Dadurch wird bei diesem Verfahren keine Fremdmatrix (Kollagenmembran) eingesetzt und es können nach einem etwas längeren Kultivierungszeitraum von ca. 6-8 Wochen Knorpelzellhaufen (Spheroide) mit Knorpelgewebe (Matrix) zur Transplantation zur Verfügung gestellt werden.

Ablauf der zweiten Operation

Bei der zweiten Operation werden die kultivierten Transplantate arthroskopisch oder über eine kleinere Gelenkeröffnung (Miniarthrotomie) in den zur Transplantation vorbereiteten Defekt eingebracht. Diese Operation geschieht kurzstationär mit 3-5 Tagen Aufenthalt im Krankenhaus. Die häufigste Anwendung der MACT findet am Kniegelenk statt, wobei mit den neuen Techniken alle Gelenkflächenanteile versorgt werden können.

Immer öfter findet die Behandlung auch am Hüft- und Sprunggelenk statt, wobei die Versorgung am Hüftgelenk in Deutschland nur von sehr wenigen hochspezialisierten Operateuren angeboten wird. Seltenere Indikationen finden sich am Schultergelenk.

Postoperative Behandlung

Für die postoperative Behandlung erhält der Patient einen genauen, individuellen Nachbehandlungsplan. In der Regel ist in den ersten 24 Stunden Bettruhe einzuhalten. Danach wird mit aktiven und passiven krankengymnastischen Übungen begonnen.

Für die gesamte, zumeist sechs Wochen betragende Zeit der Nachbehandlung sollte eine Motorschienenbehandlung erfolgen. Hierbei bewegt eine elektrisch betriebene Schiene das Knie, ohne dass das Gelenk belastet wird. Auf dieser Grundlage kann sich eine möglichst gute Knorpelqualität bilden.

Eine solche Motorschiene wird in der Regel bereits vor der zweiten Operation für zu Hause verordnet, da sich die Kostenübernahme hierfür mit einigen Krankenkassen mitunter als etwas zu bürokratisch darstellt. Außerdem würde dieses für die Nachbehandlung so wichtige Übungsgerät dem Patienten zu Hause sonst nicht rechtzeitig zur Verfügung stehen.

Das angemessene postoperative Bewegungsausmaß

Das zugelassene postoperative Bewegungsausmaß richtet sich nach der Ort des Defekts und den Begleiteingriffen wie Kreuzbandplastik, Meniskusnaht, Patella-Stabilisierung oder Beinachsveränderung. In einfachen Fällen ist eine sofortige freie Beweglichkeit erlaubt. Bei einer ungünstigen Lage des Defekts oder komplexeren Operationen darf die Beugung nur stufenweise gesteigert werden. Hierzu kommen Orthesen zur Anwendung.

Bewegung und Belastung des betroffenen Gelenks

Spätestens nach sechs Wochen darf das betroffene Gelenk frei bewegt werden. Eine Entlassung aus der stationären Behandlung ist meist nach wenigen Tagen möglich. Allerdings ist streng darauf zu achten, dass das operierte Bein für insgesamt sechs Wochen mehrere Stunden täglich bewegt, aber in vielen Fällen nur mit maximal 20 kg teilbelastet wird. In dieser Zeit soll bis zur Belastung mit mindestend dem halbem Körpergewicht täglich ein Medikament zur Thromboseprophylaxe (meist Thrombosespritzen) verabreicht werden. Nach sechs Wochen (in manchen Fällen auch früher) erfolgt ein schmerzadaptierter Belastungsaufbau.

Bis zur Vollbelastung können je nach Situation 6-12 Wochen vergehen! Nach dieser Zeit kann die gewohnte Alltagstätigkeit wieder aufgenommen werden. Wandern, Radfahren und Schwimmen sind ebenfalls möglich. Sprung- und Laufsportarten sollten jedoch 12 Monate lang nicht durchgeführt werden.

Ergebnisse und Erfolgsaussichten

In den letzten 25 Jahren wurden weltweit ca. 25.000 Knorpeltransplantationen vorgenommen. In zahlreichen zum Teil hochkarätigen Studien konnte die Wirksamkeit und Effektivität der Knorpeltransplantation auch in der mittel- und langfristigen Nachbeobachtung nachgewiesen werden. Die (M)ACT zeigt hierbei zwischen 75 % und 92 % der Patienten gute und sehr gute Ergebnisse bis zu 20 Jahre postoperativ. Dabei gibt es ab einer Defektgröße über 4 cm2 keine Alternative zur MACT und auch bei einer Defektgröße von ca. 2,5 cm2 konnte eine leichte Überlegenheit der MACT gegenüber den reinen knochenmarkstimulierenden Verfahren, wie der Mikrofrakturierung, nachgewiesen werden.

Ergebnisse der Gewebeproben nach MACT und Langzeitergebnisse

Die Ergebnisse bleiben meist auch im Langzeitverlauf stabil und verbessern sich zum Teil sogar noch. In der arthroskopischen Technik verbessert sich das Ergebnis bis zum 18 Monat postoperativ. Bei der offenen Technik dauert es bis zu 24 Monaten. Im MRT konnte 9-18 Jahre nach der Knorpeltransplantation gezeigt werden, dass der Regeneratknorpel ähnliche Qualität besitzt wie der gesunde Umgebungsknorpel.

Die Gewebeproben aus dem Transplantatbereich von 83 % der beschwerdefreien Patienten enthielten nach mehr als 18 Monaten normales, hyalines Knorpelgewebe. 45 % der Gewebeproben aller Patienten (beschwerdefrei und nicht beschwerdefrei) enthielten nahezu gesundes, ausgereiftes Knorpelgewebe.

Verbesserung des Langzeitergebnisses

Sportliches Training nach MACT verbessert das Langzeitergebnis und sollte mindestens 2-3 Jahre postoperativ durchgeführt werden. Patienten, bei denen in einer Voroperation mit Mikrofrakturierung der Defektbereich bearbeitet wurde, zeigen dreimal so häufig Komplikationen (zum Beispiel Transplantatversagen) wie nicht voroperierte Patienten. Die Knorpeltransplantation der ersten Generation besitzt mit 27 % die größte Versagensrate.

Die (M)ACT der dritten Generation und Arthrotomie hat noch 5 % Versagensquote und die (M)ACT der dritten Generation in arthroskopischer Technik nur noch 1,4 %.

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