Einteilung der Knieprothesen
Komponentenverankerung
Ziel der neuen Entwicklung
PCR-Prothesen
Erhalt beider Kreuzbänder


Einteilung der Knieprothesen

Ein künstlicher Kniegelenksersatz mittels Endoprothesen ist seit einigen Jahrzehnten etabliert und auch aufgrund der demographischen Entwicklung der Bevölkerung weiter stark zunehmend.

Je nach Schweregrad und Ausbreitung der Gonarthrose sowie der Berücksichtigung der Bandstabilität des zu versorgenden Kniegelenkes werden unterschiedliche Prothesentypen implantiert:

• unicondyläre Schlittenprothesen, (Bild 1-1a)
• bicondyläre Knieprothesen, (Bild 1-1b)
• (halb-) stabilisierte Knieprothesen, (Bild 1-1c)
• Scharnierprothesen.

Dabei kommen bei primärer Versorgung hauptsächlich die bicondylären Knieprothesen zum Einsatz.
Hier stehen zahlreiche verschiedene Prothesen-Designs zur Verfügung, welche weiter nach dem Erhalt der Kreuzbänder unterschieden werden können:

• beide Kreuzbänder erhaltend (bicruciate retaining BCR),
• nur das hintere Kreuzband erhaltend (posterior cruciate retaining PCR),
• beide Kreuzbänder opfernd (posterior cruciate sacrificing PCS).

Obwohl die wichtige Rolle des vorderen Kreuzbandes sowohl im Hinblick auf die Kniestabilität als auch auf die physiologische Kinematik allgemein bekannt ist, konnte sich bislang kein Prothesen-Design durchsetzen, welches beide Kreuzbänder erhält. [Probleme des VKB-Erhalts]
Der größte Marktanteil im Knieprothesenbereich ist den PCR-Prothesen zuzuschreiben.[PCR-Prothesen]


back Komponentenverankerung

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Betrachtung der Knieprothesen ist die Verankerung der Komponenten. Während die Femurkomponenten der bicondylären Knieprothesen von Beginn der Entwicklung an recht unproblematisch waren und auf lange Zeit fest am Knochen verankert werden konnten, wurde das Konzept der Tibiaplateauverankerung mehrfach überarbeitet. Grund hierfür waren die Scherkräfte (Bild 1-2 b) bei hochkongruenten Designs, welche zu frühzeitigen aseptischen Lockerungen der Tibiakomponenten führten.

Zwei Konzepte haben sich bislang durchgesetzt: zum einen wenig kongruente Designs in Verbindung mit festen Inlays (Bild 1-2 a), zum anderen hochkongruente bewegliche Inlays (Bild 1-2 c). Zeigt sich bei ersteren vor allem ein erhöhter Polyethylen-Verschleiß der Inlays aufgrund der hohen Kontaktspitzendrücke, muß bei der Verwendung beweglicher Inlays verminderter Stabilität Rechnung getragen werden. Daher sind hier meist verschiedene Führungen oder Anschläge zur Bewegungseinschränkung zu finden, was aber wiederum die Scherkräfte erhöht.

back Ziel der neuen Entwicklung

Viele gängige Knieprothesen-Designs weisen im Tibiaplateaubereich einen Stem (Bild 1-2) in konischer oder anderer geometrischer Form auf, um gegen die Scherkraftbelastung abzustützen.

Dieses Verankerungsprinzip ist jedoch nur zu verwirklichen, wenn das vordere Kreuzband (VKB) geopfert wird, um intraoperativ das zu versorgende Kniegelenk so weit aufklappen zu können, dass dieser Stem nach entsprechender Vorbereitung von proximal eingebracht werden kann.

Trotz dieser Maßnahmen und Entwicklungen bleibt die Verankerung des Tibiaplateaus ein die zu erwartende Standzeit limitierender Faktor, so dass viele Operateure zusätzlich im Tibiabereich „Knochenzement“ (PMMA) verwenden, während sie bei der Femurkomponenten-Verankerung darauf verzichten können. Bei der Verwendung von Zement sind weitere Probleme zu berücksichtigen, auf die hier nicht näher eingegangen wird.

Zeigt sich bei ersteren vor allem ein erhöhter Polyethylen-Verschleiß der Inlays aufgrund der hohen Kontaktspitzendrücke, muß bei der Verwendung beweglicher Inlays verminderter Stabilität Rechnung getragen werden. Daher sind hier meist verschiedene Führungen oder Anschläge zur Bewegungseinschränkung zu finden, was aber wiederum die Scherkräfte erhöht.

Prinzipiell besteht eine Abhängigkeit von drei wichtigen mechanischen Faktoren (Bild 1-3) im Tibiaplateau- und Inlaybereich: Ziel ist es, eine Prothese zu entwickeln, welche bei hoher Stabilität eine Beweglichkeit der Inlays mit hoher Kongruenz erlaubt und sicher in der Tibia verankert werden kann.

back PCR-Prothesen

Wie in [Einteilung der Knieprothesen] beschrieben werden heutzutage bei den bicondylären Schlittenprothesen vorwiegend Designs verwendet, die das Opfern des vorderen Kreuzbandes erfordern und lediglich das hintere Kreuzband erhalten. Die Restfunktion des alleinigen hinteren Kreuzbandes wird in der Literatur kontrovers diskutiert und von diversen Autoren angezweifelt. Weitere Ausführungen zu dieser Problematik mit entsprechenden Literaturangaben sind in meiner Dissertation [Nowakowski 2001]aufgezeigt.

Es konnte in zahlreichen Studien nachgewiesen werden, daß nach künstlichem Kniegelenksersatz mit PCR-Prothesen eine unphysiologische Kniekinematik vorherrscht, welche auch bei Ganganalysen zum Tragen kommt. Anstelle des physiologischen Roll Back (Abrollen der Femurkondylen auf der Tibia nach hinten bei zunehmender Flexion des Kniegelenkes) wird oft ein Paradoxal Movement (entgegengesetzter Bewegungsablauf) nach Kniegelenksersatz nachgewiesen, oder es treten zum Teil ruckartige undefinierte Bewegungen auf. Dennis et al. [1996] stellten in einer rechnerunterstützten fluoroskopischen In-vivo- Messung fest, daß PCR-Prothesen sich ähnlich wie Kniegelenke mit einer vorderen Kreuzband-Insuffizienz verhalten: der tibiofemorale Kontaktpunkt liegt weiter posterior (Bild 1-4) und die Bewegung zwischen einzelnen Kniegelenken ist sehr unterschiedlich.

back Erhalt beider Kreuzbänder

Andriacchi et al. [1982] und Komistek et al. [2000] konnten demgegenüber natürlichere Bewegungen bei Implantation von Knieprothesen mit Erhalt des vorderen Kreuzbandes aufzeigen. Die besonderen Probleme bislang verwendeter Prothesen-Designs mit VKB-Erhalt, welche nach ähnlichem Prinzip wie die PCR-Prothesen konstruiert waren, werden in [Probleme des VKB-Erhalts] dargestellt.

Einen weiteren positiven Effekt neben der physiologischeren Bewegung durch den Erhalt beider Kreuzbänder erwarten Fuchs et al. [2003] vor allem auch durch bessere Propriozeption, da entsprechend mehr natürliche Rezeptoren im prothetisch versorgten Kniegelenk verbleiben. Vor allem die Rezeptoren des VKB werden für die Balance bei gestrecktem Bein verantwortlich gemacht, so daß sie - neben einigen anderen Operateuren - die Versorgung mit je einer unicondylären Schlittenprothese medial und lateral für sinnvoll erachten und entsprechend durchführen.

Mögliche Nachteile dieses Verfahrens werden ebenfalls in [Probleme des VKB-Erhalts] erläutert.

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