mini|Modell einer Kniegelenksprothese
Eine Knieprothese, Knieendoprothese oder Kniegelenksprothese ist eine implantierte Prothese (Endoprothese), die das Kniegelenk ganz (als TEP = Totalendoprothese) oder teilweise ersetzt. Die Knieprothese wird hauptsächlich bei schwerem Verschleiß des Knies (Kniegelenksarthrose = Gonarthrose, Pangonarthrose) und nach Verletzungen des Knies als operative Therapie eingesetzt, um die schmerzfreie Bewegungsfähigkeit und gegebenenfalls bei Bandinstabilitäten zusätzlich auch die Kniegelenksstabilität wiederherzustellen. Es können Teil- oder Totalendoprothesen (als Halb- oder Ganzgelenke) verwendet werden. Die Knieprothese ist nach der Hüftgelenksprothese die am zweithäufigsten verwendete Gelenksendoprothese mit deutschlandweit jährlich etwa 175.000 Erst-Operationen (Erstimplantationen 2009).Barmer GEK: Schwerpunktthema: Trends in der Endoprothetik des Hüft- und Kniegelenks (PDF; 1,9 MB) Barmer GEK Report Krankenhaus 2010, 2011, S. 9.
Dieser Artikel beschäftigt sich nicht mit der externen Knieprothese bzw. dem Prothesenknie einer Oberschenkelprothese nach Amputationen oberhalb des Kniegelenks.
Indikationen und Kontraindikationen Der Einsatz einer Knieprothese kann notwendig werden bei:
degenerativer Arthrose (Beschädigung des Gelenkknorpels) rheumatoider Arthritis (Entzündung des Gelenks mit Knorpelschädigung) posttraumatischer Arthritis (Arthritis nach Unfall) symptomatischer Knieinstabilität (Verletzungen des Bandapparats) Knieversteifung (Rekonstruktion der Beweglichkeit des Gelenks) Deformationen des Kniegelenks Rekonstruktion einer Kniegelenksfunktion nach Resektionen im Rahmen der Tumorchirurgie
Je nach Erkrankung und deren Schweregrad muss der Arzt aus den unterschiedlichen Implantattypen die bestmögliche Lösung und Therapie für den Patienten auswählen. Die richtige Indikationsstellung liegt allein im Verantwortungsbereich des behandelnden Arztes. Die betroffenen Patienten sollten auch in den Entscheidungsprozess einbezogen werden, damit Arzt und Patient sich über die Vorstellungen und Bedürfnisse der Patienten und die Abläufe und zu erwartende OP-Ergebnisse austauschen. So können diese Faktoren bei der Indikationsstellung berücksichtigt werden.
Eine Knieprothese sollte nicht eingesetzt werden, wenn ein rekonstruktiver Eingriff (z. B. Osteotomie) zur Therapie des Gelenkleidens möglich ist, akute oder chronische Infektionen im Gelenk oder in dessen Nähe oder systemische Infektionen vorliegen. Gegenanzeigen sind auch Störungen im Knochen selbst wie beispielsweise Störungen des Stoffwechsels, eine Osteoporose oder Osteomalazie, eine Schädigung der Knochenstruktur, die eine stabile Verankerung des Implantats verhindern oder Knochentumoren im Bereich der Implantatverankerung. Bei knöchernen Missbildungen oder extremen Achsfehlstellungen ist die Knieprothese ebenfalls kaum einsetzbar. Eine mögliche oder nachgewiesene Metallallergie oder -unverträglichkeit stellt ebenfalls eine Kontraindikation dar. Eine zu erwartende Überlastung des Implantats zum Beispiel durch Adipositas (Übergewicht) gilt als Risikokonstellation, ebenso Medikamenten-, Drogen- oder Alkoholsucht.
Einteilung der Knieprothesen mini|zentriert|Schematische Darstellung von Knieprothesen-Typen, je nach Verletzungsgrad oder Schwere der ArthroseKnieprothesen teilt man nach ihrem Koppelungsgrad ein. Das heißt, je mehr Funktionalität des natürlichen Bandapparats im Kniegelenk beschädigt ist und von der Knieprothese übernommen werden muss, desto höher der Koppelungsgrad. Das Kniegelenk ist ein sogenanntes Roll-Gleit-Gelenk. Während des normalen Gangs rotiert der Unterschenkel um den Oberschenkelknochen und gleitet dabei nach vorn. Die Kniekinematik ist dadurch sehr komplex.
Bei der Bewegung von der Flexion in die Extension (vom gebeugten in das gestreckte Knie) rotiert der Unterschenkel um den Oberschenkel nach vorne. Dabei dreht sich der Fuß und somit der Unterschenkel um den medialen (inneren) Kondylus nach außen. Bei der Bewegung von der Extension in die Flexion rotiert der Unterschenkel um den Oberschenkel nach hinten. Dabei dreht sich der Fuß nach innen und der Unterschenkel gleitet nach vorn. Diese komplexe Kinematik kommt durch die Form der Gelenkflächen, der Menisken und vor allem durch die Anordnung der Bänder und Muskeln zustande.mini|Mediale Schlittenprothese
Das sogenannte Uniknie (unikondyläre [synonym: monokondyläre] Schlittenprothese) kommt zur Anwendung, wenn alle Bänder am Kniegelenk voll funktionsfähig sind und nur an einem der beiden Kondylen eine Schädigung des Gelenkknorpels vorliegt. Während die Komponente femoral uniform aus einer Metalllegierung besteht, existieren tibial drei verschiedene Grundtypen: reine Polyethylenkomponente (sog. all-poly, z. B. Genesis, Journey, Mod I, St. Georg, UC plus), fest fixierte PE-Komponente mit Metallbasis (sog. metal-backed, z. B. Genesis, Journey, Mod II, UC Plus) oder analoge Varianten mit mobiler PE-Komponente (z. B. Oxford, LCS uni). Eine bikondyläre Primärprothese kann zum Einsatz kommen, wenn mindestens zwei der drei Gelenkabschnitte (inneres bzw. äußeres Kompartment sowie Kniescheibe mit Gleitlager) und ggf. auch das vordere Kreuzband beschädigt sind, die anderen Bänder aber ausreichend funktionsfähig sind. Es werden sowohl am Oberschenkelknochen als auch am Schienbein die Gelenkflächen ersetzt. Die Menisken werden entfernt. Es gibt auch einzelne Implantatsysteme, die selbst bei intaktem vorderem Kreuzband eingesetzt werden können. mini|Röntgenaufnahme einer Knieprothese (von vorne) mini|Knieprothese von der Seite
Bei den primären Totalendoprothesen erfolgt eine Einteilung der Prothesen in der Regel danach, ob die Kreuzbänder erhalten werden, dann wird eine CR-Prothese () eingesetzt. Sind die Kreuzbänder nicht erhalten oder werden sie im Rahmen der Operation entfernt, wird eine Prothese verwendet, die die Funktion der Kreuzbänder teilweise übernimmt. Dies ist eine PS-Prothese (). Diese führt das Schienbein bei zunehmender Beugung nach vorne bzw. den Oberschenkelknochen nach hinten.
Für den Drehgleitmechanismus gibt es dabei drei Verfahren, die jedes ein anderes Design der Tibiakomponente haben, während Femur- und Patellakomponente gleich bleiben: Die Tibiakomponente besteht ausschließlich aus Polyethylen, und dieses wird mittels Knochenzement direkt auf den präparierten Schienbeinknochen gesetzt (all-polyethylene). Eine Polyethylenkomponente wird fest fixiert auf eine Metallkomponente aufgesetzt, die wiederum im Schienbein entweder mit oder ohne Zement verankert wird (modular metal backed oder fixed bearing). Eine Polyethylenkomponente wird so auf eine Metallkomponente aufgesetzt, dass sie sich in einem vorgegebenen Rahmen gegen die Metallkomponente bewegen kann, was vorwiegend ein Gleitmechanismus bei Kniebeugung ist (rotating platform oder mobile bearing). Die Metallkomponente wird wiederum zementiert oder unzementiert im präparierten Schienbeinknochen fixiert. Eine prospektive randomisierte Studie hat diese drei Komponenten eines Herstellers bei immer gleichen Femur- und Patellakomponenten miteinander verglichen, die Operateure waren sehr erfahren und gleichermaßen mit allen drei Tibiakomponenten vertraut, und konnte bei jeweils 75–76 Patienten pro Gruppe nach zwei und fünf Jahren keinerlei signifikante noch klinische Unterschiede nachweisen, was Beweglichkeit, Kraft, Funktion und Zufriedenheit betrafen. Bei insgesamt nur vier Revisionen erlaubt diese Studie noch keine Aussagen über die Langzeit-Standfestigkeit.M. M. Kalisvaart, M. W. Pagnano, R. T. Trousdale, M. J. Stuart, A. D. Hanssen: Randomized clinical trial of rotating-platform and fixed-bearing total knee arthroplasty: no clinically detecatable differences at five years. In: The Journal of Bone and Joint Surgery. American volume. Band 94, Nummer 6, 21. März 2012, S. 481–489, . doi:10.2106/JBJS.K.00315.
Sind sowohl die Kreuzbänder als auch die Seitenbänder beschädigt, die Gelenkkapsel und der Muskelapparat aber noch gut intakt, kann eine sogenannte achsgeführte Rotationsprothese (Rotating-Hinge) eingesetzt werden. Hier übernimmt das Implantat die Stabilisierung des Gelenks sowohl nach vorne und hinten als auch nach links und rechts. Es lässt aber eine Rotation der Tibia gegen das Femur zu, das heißt, der Fuß kann noch nach außen gedreht werden.
Als letzte Möglichkeit gilt das achsgeführte Knie. Sind auch die Kapsel und der Muskelapparat beschädigt, was oft mit großen Knochendefekten einhergeht, muss auch die Rotation der Tibia gegen das Femur, sprich das Drehen des Fußes, eingeschränkt und das Kniegelenk so weiter stabilisiert werden. Hier kann nun nur noch die Tibia gegen das Femur nach vorne und hinten bewegt werden.
Individuelle Kniegelenksprothesen Bei jüngeren Patienten kommen gelegentlich individuell für den Patienten und dessen Geometrie gefertigte Prothesen zum Einsatz. Dabei müssen die hierfür notwendigen Maße zuvor mittels Computertomographie (CT) ermittelt werden. Auf Basis der CT-Daten wird am Computer ein virtuelles 3D-Modell vom betroffenen Knie des Patienten erstellt, woraus eine Schablone gefertigt wird, eine sogenannte Negativ-Form, mit deren Hilfe das Implantat gefertigt wird. Auch das notwendige OP-Werkzeug wird individuell auf die Anatomie des Patienten abgestimmt und im 3D-Druckverfahren gefertigt. Das OP-Werkzeug dient der präzisen Durchführung der Knochenschnitte und der Positionierung des Ersatz-Gelenks. Eine korrekte Positionierung und Ausrichtung sollen zu einem möglichst geringen Knochenverbrauch und zu einer langen Lebensdauer der Prothese beitragen. Dieses Verfahren kann sowohl für Teilprothesen als auch als Knietotalendoprothesen (Knie-TEP) genutzt werden. Neben den höheren Kosten für die individuelle Anfertigung der Prothese resultieren aus diesem Verfahren auch eine höhere Strahlenbelastung durch die Computertomographie und eine längere OP-Zeit. Dass die Haltbarkeit der Prothesen verlängert werden kann, ist bisher im Langzeitverlauf nicht belegt.
Verankerung des Implantats Implantate werden meist mit Knochenzement am Knochen verankert. Wahlweise kann auch eine Verankerung ohne Knochenzement gewählt werden. Dann sind die Implantatkomponenten meist mit einer Beschichtung versehen, welche eine besonders poröse und damit große Oberfläche hat, die ein An-/Einwachsen des Knochens begünstigt und so eine sichere Verankerung gewährleistet. Bis der Knochen in diese Schicht eingewachsen ist, hält das Implantat durch den sogenannten Presssitz („press-fit“). Das heißt, das Implantatlager im Knochen wird so präpariert, dass die Prothese im Knochen festklemmt.
Verwendete Werkstoffe Der am häufigsten verwendete Werkstoff ist die Cobalt-Chrom-Gusslegierung CoCr29Mo nach ISO 5832-4 für die Femur- und Tibia-Implantatkomponenten. Für Augmentationskeile und Platten wird häufig eine Cobalt-Chrom-Legierung nach ISO 5832-12 verwendet. Es kommen auch Titanlegierungen oder Oberflächenbeschichtungen aus Zirconiumnitrid, Titannitrid oder Titanniobnitrid zum Einsatz, die vor allem für Patienten mit Metallallergie wie z. B. Nickelallergie verwendet werden. Bei Titanlegierungen wird das Titan an den artikulierenden Flächen, aufgrund der geringen Abriebresistenz, mit einem speziellen Oberflächenhärtungsverfahren mit Stickstoffionen behandelt. Die Oberflächenbeschichtungen werden im PVD-Verfahren aufgedampft. Die Inlays (Meniskenersatz) sind in der Regel aus UHMWPE (ultra hochmolekulares Polyethylen) nach ISO 5834-2 hergestellt.
Operationsergebnisse
Risiken und Komplikationen Es können prinzipiell Frühkomplikationen in den ersten drei bis sechs Monaten und Spätfolgen unterschieden werden sowie prothesenspezifische und allgemeine Operationskomplikationen.