St. Franziskus Altenpflegeheim

Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie mit Sportmedizin und Alterstraumatologie

Knorpelschäden und Knorpelreparative Operationen

Operationsbezeichnungen
Mikrofrakturierung (MFX), Abrasionsarthroplastik, Chondroplastik, Autologe Chondrozytentransplantation (ACT), Knorpelzelltransplantation, ACI (Autologous Chondrocyte Implantation), Matrixgekoppelte ACT (MACT), Osteochondrale Transplantation (OCT, OATS),

Klassifikation der Knorpelschäden:

Outerbridge (degenerative = verschleissbedingte Knorpelschäden)
Grad I (leicht) bis IV (schwer)
ICRS (International Cartilage Repair Society): Grad I (leicht) bis IV (schwer)
Bauer und Jackson (traumatische Knorpelschäden): 6 Typen

Wann ist welche Behandlung angezeigt?

Grad I –II (Outerbridge, ICRS), oberflächliche (Bauer&Jackson):
Konservativ: (Enlastung, Hyaluronsäure, Chondroitin-/Glucosaminsulfat, Krankengymnastik, Miskelaufbau)
Operativ: Debridement (Knorpelglättung)
Operativ: Grad III und IV und Tiefe Defekte (Bauer&Jackson)
- Bis ca. 2cm² : Mikrofrakturierung, Abrasion, OCT
- >> 2cm² : ACT, MACT, (Mikrofrakturierung/OCT) unter
  Berücksichtigung des Patientenalters und Begleitschäden

Operationstechnik:

Mikrofrakturierung: arthroskopisch, säubern des Defektes und Einmeißeln von kleinen Löchern im ca 3 mm Abständen.
OCT: Knorpel-Knochenzylinder entnommen aus einem wenig belasteten Bereich (meist Knie) und „Verpflanzung“ in den Defektbereich.
ACT, MACT: 2 Operationen nötig:
- Operation: Entnahme von Knorpelgewebe zur Zellanzüchtung im Labor
- Operation: nach 2 bis 6 Wochen (je nach Verfahren) Implantation der gezüchteten Zellen unter einen Knochenhautlappen (ACT) oder in einer speziellen Matrix (Membran, Gel, Zellkugeln, …).

(siehe Abbildungen a,b,c,d in der rechten Spalte)

Krankenhausaufenthalt:
Arthroskopische Verfahren und die Gewebeentnahmen zur Anzüchtung können auch ambulant erfolgen. Bei offenen OP-Verfahren (ACT, MACT, OCT…) ist meist eine Entlassung nach 5 bis 7 Tagen möglich.
Nachbehandlung:
Je nach Knorpeldefektlokalisation meist 6 Wochen Teilbelastung, Motorschienenbehandlung des Gelenkes und Krankengymnastik. Kontaktsportarten meist erst nach einem Jahr erlaubt (Außer Debridement). Individueller Nachbehandlungsplan.

Detaillierte Informationen:
Viele Gelenkknorpelschäden entstehen durch einen Unfall wie z.B. eine Sprunggelenks- oder Knieverdrehung. Umfangreiche tierexperimentelle Untersuchungen haben in der Vergangenheit die beim erwachsenen Menschen beobachtbare Unfähigkeit zur Selbstheilung von Knorpelschäden (chondrale Läsionen) bestätigt. Im Gegensatz dazu zeigen kindliche Knorpelverletzungen wohl aufgrund eines höheren Stammzellanteils eine gute Selbstheilungstendenz. Deshalb führen beim Erwachsenen unbehandelt vollschichtige Knorpelschäden zur Ausbildung eines altersvorauseilenden Gelenkverschleißes (Arthrose). Dieser äußert sich in der Regel in (belastungsabhängigen) Schmerzen, Schwellung, Gelenkergüssen und Blockierungen.
Gelenkknorpelschäden müssen nicht zwingend operiert werden. Der Grad der Schädigung (Grad I bis IV) spielt hier auch eine Rolle. Man kann auch rein symptomatisch, z.B. durch Schmerzmittelgabe, knorpelstabilisierende Substanzen (Hyaluronsäure, Chondroitin/Glucosamin) oder durch krankengymnastische Beübung behandeln. Allerdings bringt dies natürlich keine ursächliche Heilung des Grundleidens, sondern nur eine Beschwerdelinderung. Wenn aber Schmerzen im Vordergrund stehen, kann eine operative Therapie empfohlen werden. Dabei sind vor allem lokal begrenzte Gelenkknorpelschäden besonders geeignet.

Die Einteilung der Knorpelschäden erfolgt neuerdings nach der Klassifikation der ICRS (International Cartilage Repair Society) ebenso die Einteilung der Osteochondrosis dissekans = OD (Erkrankung des Knochens und des Knorpels durch Knochenminderdurchblutung). Andere gebräuchliche Einteilungen sind die nach Outerbridge (degenerative = verschleissbedingte Knorpelschäden)
Grad I (leicht) bis IV (schwer) und Bauer&Jackson (traumatische Knorpelschäden): 6 Typen

Abb. 2: Einteilung der Knorpelschäden nach ICRS mit Beispielen

Abb. 3: Einteilung der traumatischen Knorpelschäden nach
Bauer & Jackson mit Beispielen.

Welche Operationsverfahren werden angeboten?

Mikrofrakturierung oder Anbohrung und Abrasion
(hierbei bildet sich in aller Regel nur minderwertiger Faserknorpel)
Transplantation von Knorpel-Knochenzylindern (Osteochondrale Transplantation = OCT)
Knorpelzelltransplantation (ACT = autologe Chondrozytentransplantation, MACT = matrixgekoppelte autologe Chondrozytentransplantation)
Kombinationsverfahren bei Achsabweichungen (O-Bein oder X-Bein) oder Knochendefekten z.B. Umstellungsosteotomie + MACT oder Mikrofrakturierung; Knochentranspantation + MACT etc.

Microfrakturierung / Anbohrung / (Abrasion)
Die Anbohrung oder "Mikrofrakturierung" der dem Knorpel anliegenden Knochenlamelle mit kleinen Bohrern bzw. Meißeln führt zum Eintritt von Blut und Stammzellen in den Defektbereich. Dies gelingt auch durch vorsichtiges Anfräsen der Knochenlamelle im Defektbezirk (Abrasion genannt), wird aber immer seltener durchgeführt, da keine Vorteile gegenüber dem Verfahren der Microfrakturierung bekannt sind, jedoch größere Risiken bestehen. Manchmal macht dieses Verfahren bei sehr dicker (sklerosierter) Knochenlamelle Sinn oder bei schwer zugänglichen Bereichen (z.B. Hüftgelenk).
Nach heutiger Erkenntnis füllt sich der Defektbereich im Laufe der folgenden Monate mit narbigem Bindegewebe, dem sog. Faserknorpel oder Ersatzknorpel. Über die Haltbarkeit dieses Ersatzgewebes bzw. dessen biomechanische Eigenschaften ist nicht viel bekannt, da die Qualität von Patient zu Patient sehr unterschiedlich sein kann. Der Ersatzfaserknorpel unterscheidet sich jedoch biologisch und feingeweblich wesentlich vom ursprünglichen "hyalinen" Gelenkknorpel des Menschen. Ein wesentlicher Vorteil der Anbohrung oder Mikrofrakturierung ist, dass der Eingriff in der Regel arthroskopisch d.h. im Rahmen einer Gelenkspiegelung (Arthroskopie) durchgeführt werden kann.
Das Infektionsrisiko ist geringer als bei einem Eingriff am offenen Gelenk und es kommt zu fast keiner störenden Narbenbildung der Haut. Außerdem kann man dieses Verfahren auch bei einer schon bestehenden Arthrose (Gelenkverschleiß) versuchen, bevor man evtl. ein künstliches Gelenk einbauen muß.
Während die Entwickler der Methode (24) noch mit guten 11-Jahres-Ergebnissen bei kleineren Defekten (2,7cm²) aufwarten können, zeigen aktuelle Studien, dass bereits nach 2 Jahren wieder eine Verschlechterung klinischer Scores feststellbar ist. Für alle operativen Therapien bei der Behandlung von Gelenkknorpelschäden stellt die Beseitigung von Begleitverletzungen eine Conditio sine qua non dar. Bestehende Varus- und Valgusdeformitäten sowie Bandinstabilitäten müssen vor oder gleichzeitig mit einer Therapie des Knorpelschadens erfolgen.

Abb. 4: Technik der Mikrofrakturierung und Postoperative Kontrolle

Osteochondrale Transplantation
Eine weitere Möglichkeit der operativen Versorgung ausgedehnter Gelenkknorpelschäden ist die Verpflanzung eines körpereigenen Knochen- Knorpelzylinders, die sog. "Osteochondrale Transplantation (OCT, Mosaikplastik)". Eine fortgeschrittene Arthrose sollte dabei nicht vorliegen. Hierbei werden Knorpel/Knochenzylinder aus nicht- oder gering tragenden Gelenkanteilen entnommen und in den Defektbereich eingebolzt. Der größte Anteil des Defektbereiches kann so mit originären hyalinem Knorpel gedeckt werden. Allerdings bildet sich zwischen den einzelnen Knorpel/Knochenzylindern Ersatzfaserknorpel, so dass insgesamt ein Mischknorpelgewebe entsteht und es ist auch nicht einfach die Zylinder ganz genau an den umgebenden Knorpel stufenfrei einzupassen. Vor allem bei kleineren Defekten, bei denen auch der Knochen betroffen ist (Osteochondrosis dissecans = OD) sind die Ergebnisse jedoch als gut zu bezeichnen. Die Mosaikplastik kann bei kleinen Defekten gelegentlich rein arthroskopisch durchgeführt werden, was mit den bekannten Vorteilen verbunden ist. Allerdings sind der Mosaikplastik Grenzen gesetzt: durch die begrenzte Menge an verfügbarem Spenderknorpel (aus geringtragenden Gelenkgebieten) lassen sich größere Defekte eben nicht mehr vollständig wiederherstellen. HANGODY (14) berichtet über gute Ergebnisse mit einem Follow-up von 10 Jahren.

(Siehe Abbildungen Abb. 5 in der rechten Spalte)

ACT und MACT
Die autologe Knorpelzelltransplantation (ACT) (Knorpelzellen = Chondrozyten) bietet die Möglichkeit auch größere Defektzonen mit hyalinem bzw. hyalinartigem Gelenkknorpel biologisch zu rekonstruieren. Eine fortgeschrittene Arthrose sollte dabei nicht vorliegen. Hierbei sind 2 Operationen notwendig und die 2. Operation ist bisher nicht ambulant durchfürbar.
Bei der 1. Operation wird im Rahmen einer (häufig ambulanten) Gelenkspiegelung aus einem nichttragenden Gelenkanteil eine winzige Menge Knorpel gewonnen. Außerdem werden bei den meisten Verfahren ca. 150 ml Blut vom Patienten entnommen, denn daraus wird u. a. die Zellkulturlösung hegestellt. Die im Knorpel enthaltenen Zellen (Chondrozyten) werden in einem aufwändigen Verfahren im Speziallabor aus dem Knorpel isoliert und vermehrt. Man kann inzwischen die Knorpelzellen auch auf einer Trägersubstanz (Matrix) züchten und somit ein dreidimensionales Knorpel-Matrixprodukt erhalten. Bei der klassischen ACT wird dann nach Anzüchtung in einer 2. Operation nach Eröffnung des Kniegelenkes ein Knochenhautlappen vom gleichseitigen Schienbeinkopf oder von der Oberschenkelrolle über den Defektbereich genäht und wasserdicht mit Fibrinkleber verschlossen. So entsteht eine Defektkammer. In diese dichte Kammer hinein werden die Knorpelzellen, die in einer Lösung "schwimmen" (0,7 ml Suspension) injiziert. In den kommenden Wochen und Monaten produzieren die Knorpelzellen dann Grundsubstanz, also Matrix. Die Reifung der Matrix dauert etwa 12 Monate – dann ist ein hyalinartiger Knorpel (ähnlich dem Originalknorpel) entstanden.

Abb. 6:
Prinzip der Gewebeentnahme und Zellzüchtung autologer Knorpelzellen.

Bei der MACT (matrixgekoppelte autologe Chondrocytentransplantation) liegen die Knorpelzellen im Labor schon fest in der Trägersubstanz oder werden je nach Verfahren bei der Operation an die Matrix gekoppelt. Man erhält also für die Operation meist keine Lösung mit Knorpelzellen mehr, sondern ein dreidimensionales Knorpelkonstrukt bestimmter Größe und Dicke oder Membranen, in denen die Knorpelzellen verteilt wurden. Diese Matrixprodukte werden dann in den vorbereiteten Defekt geklebt oder eingenäht. Man muß also keinen Knochenhautlappen auf den Defekt aufnähen, was die Operation sehr vereinfacht und verkürzt. Außerdem kann der Schnitt viel kleiner als bei der klassischen ACT gewählt werden. Diese matrixgekoppelte Zellanzüchtung hat viele Vorteile, so dass die klassische ACT in Deutschland zugunsten der neuen Matrixverfahren nahezu verlassen wurde.
Inzwischen sind auch arthroskopische MACT-Verfahren möglich. Außerdem erwartet man bei der MACT, dass die Patienten schon früher belasten können. Allerdings ist die MACT noch ein junges und nicht so lange untersuchtes Verfahren wie die ACT. Derzeit übernehmen die Krankenkassen die Kosten für eine Zellzüchtung und den Transport nur in Einzelfällen. Eine vorherige Abklärung ist deshalb empfehlenswert. Im St. Vinzenz Hospital werden derzeit 4 unterschiedliche MACT-Verfahren angeboten, damit verschiedene Knorpeldefekte mit speziellen dafür noch besser angepassten Techniken behandelt werden können. Hierzu ist neuerdings eine mit strengen Auflagen belegte Zertifizierung bei der Bezirksregierung erforderlich.

Abb 7: Abb 8:
Abb. 7:Abb. 8:

Abb. 7 bis 10: Unterschiedliche MACT-Verfahren im St. Vinzenz-Hospital

Welche Gelenke sind dafür geeignet?

Die häufigse Anwendung der ACT und MACT findet am Kniegelenk statt, wobei mit den neuen Techniken alle Bezirke transplantiert werden können. Immer häufiger findet die Behandlung auch am Sprunggelenk statt, wenn die Mikrofrakturierung, die an diesem Gelenk in den meisten Fällen langfristige Erfolge zeigt, versagt. Seltene Indikationen sind das Hüftgelenk und Schultergelenk. Am Hüftgelenk finden häufiger Mikrofrakturierungstechniken Anwendung.
Die OCT wurde in ausgewählen Fällen bei uns auch bei Osteonekrsen an der Hand und am Fuß angewendet. Dies ist jedoch sicher eine Seltenheit.

Abb. 11: Gegenüberstellung der Knorpelreparaturverfahren
(„Vinzenz-Knorpel-Strategie“)

Wie verläuft die Nachbehandlung?
Jeder Patient erhält einen Nachbehandlungsplan. In der Regel wird nach 48 Stunden Bettruhe und Entfernung der Wunddrainage mit aktiver und passiver krankengymnastischer Übungsbehandlung begonnen. Eine Motorschienenbehandlung (hierbei bewegt eine elektrisch betriebene Schiene das Knie, ohne dass das Knie belastet wird) sollte für die gesamte Zeit erfolgen, damit sich eine möglichst gute Ersatzknorpelqualität bildet. Eine solche Motorschiene wird Ihnen vor Entlassung für zu Hause verordnet, wobei auch hier oft die Kostenübernahme mit der Krankenkasse zu klären ist. Freie Beweglichkeit ist meist erlaubt, sofern keine anderen Operationen wie Kreuzbandoperationen, Operationen an der Kniescheibe oder Meniskunähte zusätzlich durchgeführt wurden. Eine Entlassung aus der stationären Behandlung ist meist nach wenigen Tagen möglich. Allerdings ist streng darauf zu achten, dass das operierte Bein für insgesamt 6 Wochen mehrere Stunden täglich bewegt, aber nur mit maximal 20 kg teilbelastet wird. In dieser Zeit müssen täglich Thrombosespritzen verabreicht werden. Danach soll die Belastung pro Woche um ca. 10 kg gesteigert werden. Bis zur Vollbelastung können also gut 12 Wochen vergehen! Nach dieser Zeit können Sie wieder Ihre gewohnte Alltagstätigkeit aufnehmen. Wandern, Radfahren und Schwimmen sind ebenfalls möglich. Sprung- und Laufsportarten sollten jedoch etwa 12 Monate lang nicht durchgeführt werden.

Wie sind die Behandlungsergebnisse?

Auch bei diesem innovativen Verfahren fehlen Langzeitergebnisse über mehr als 15 Jahre. Die bisherigen Ergebnisse deuten jedoch auf eine außerordentlich hohe Erfolgsrate hin. Nach den bisherigen Erkenntnissen stufen ca. 80 – 90% der Behandelten das Ergebnis als "gut" oder "sehr gut" ein.

Weiterführende Fachliteratur:

Weiterführende Fachliteratur:
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3. Behrens P, Bosch U, Bruns J et al. (2004) Indikations- und Durchführungsempfehlungen der Arbeitsgemeinschaft „Geweberegeneration und Gewebeersatz“ der DGU & DGOOC zur Autologen Chondrozyten-Transplantation (ACT). Z Orthop Ihre Grenzgeb 142: 529–539
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8. Fritz J, Gaissmaier C, Schewe B, Weise K (2005) Stellenwert und Technik der Autologen Chondrozyten-Transplantation. Zentralbl Chir 130: 327–332
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10. Gaissmaier C, Fritz J, Schewe B et al. (2006) Cartilage defects: epidemiology and natural history. Osteo Trauma Care 14: 188–194
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