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Knieprothese, künstliches Kniegelenk

Synonyme: Knieendoprothese; englisch: knee replacement, knee arthroplasty

Was versteht man unter einer Knieprothese?

Unter einer Knieprothese versteht man den künstlichen Ersatz eines krankhaften Kniegelenks. Dabei werden die krankhaften Gelenksanteile im Rahmen einer Operation entfernt und durch künstliche Implantate ersetzt. Je nach Ausmaß der Arthrose kann entweder das gesamte Kniegelenk ersetzt werden (Knie-Totalendoprothese – K-TEP), oder ein Teilersatz des stärker betroffenen Gelenkabschnittes (Halbschlitten, patellofemorale Gleitlagerprothese) durchgeführt werden. In der Regel bestehen Knieprothesen aus speziell angefertigten Metalllegierungen.

Schematische Abbildung einer Knieprothese (Totalendoprothese)
Modell einer Knieprothese (Totalendoprothese)

Die zerstörten Gelenkskomponenten (Knorpelgleitflächen) im Kontaktbereich zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein werden durch metallische Oberflächen ersetzt und im Knochen verankert. Es ergibt sich demnach eine Oberschenkelkomponente und eine Schienbeinkomponente der Prothese. Damit bei der Bewegung nicht Metall an Metall reibt, befindet sich auf der Schienbeinkomponente als zusätzlicher Gleitkörper ein sogenanntes „Inlay“ aus einem speziellen Kunststoff (hochvernetztes Polyethylen). Es handelt sich hierbei um ein verhältnismäßig weicheres Kunststoffmaterial, das auch in anderer Form in Plastikflaschen (PET) vorkommt, und das durch seine hervorragende Elastizität den Bewegungsablauf im Knie deutlich verbessert. Es kann im weiteren Sinne mit der Funktion des Meniskus im gesunden Knie verglichen werden.

Die Komponenten einer Knieprothese nebeneinander liegend
Komponenten einer Knieprothese

Wann ist eine Knieprothese notwendig?

Wenn der Therapieerfolg bei anderen Behandlungsmethoden ausbleibt, stellt die operative Implantation einer Knieprothese meist die letzte Therapiemöglichkeit bei fortgeschrittenen Kniearthrosen dar. Da es sich bei der Arthrose um eine chronisch fortschreitende Gelenkverschleißerkrankung handelt, kann die Knorpelabnützung bzw. der Knorpeldefekt ein derart großes Ausmaß annehmen, dass durch eine rein konservative Therapie keine Besserung der Beschwerden mehr zu erwarten sind.  Kommt es beispielsweise bei einem Patienten mit ausgeprägter Kniearthrose trotz Physiotherapie und „knorpelaufbauenden“ Therapieversuchen (Hyaluronsäure-Infiltration, ACP-Therapie) dennoch zu einem Anhalten oder sogar zu einer Zunahme der Beschwerden, so muss eine Knieprothese für diesen Patienten in Erwägung gezogen werden. Wichtige Kriterien für eine Knieprothese sind das Auftreten von Nacht- und Ruheschmerzen, deutliche reduzierte Mobilität im Kniegelenk, sowie alle damit verbundenen Beschwerden, die eine schmerzfreie Bewältigung des Alltags beeinträchtigen können. Ein solches klinisches Bild zeigt sich im Röntgen anhand einer massiven Verschmälerung des Gelenkspaltes oder im MRT meist in Form einer hochgradigen Knorpelschädigung (Chondropathie Grad III-IV). Das bedeutet, dass der Knorpel bereits bis (nahe) auf den Knochen abgenützt ist und somit seine Schutz-und Gleitfunktionen nicht mehr gewährleistet wird. Die Bildgebung zusammen mit der klinischen Diagnostik liefert dem Orthopäden die nötigen Informationen, um über das weitere Vorgehen und die Wahl der richtigen Knieprothese zu entscheiden. Der individuellen Beschwerdesymptomatik des Patienten wird hierbei eine besondere Wichtigkeit zugesprochen.

Schematische Abbildung einer hochgradigen Kniearthrose
hochgradige Arthrose als Grund für eine Knieprothese

Welche unterschiedlichen Knieprothesen-Implantate gibt es?

Das Knie ist ein zusammengesetztes Gelenk aus drei Gelenkkörpern (Patella, Femur und Tibia), die untereinander zwei Gelenke ausbilden.  Zwischen Patella und Oberschenkelknochen (Femur) befindet sich das Patellofemoralgelenk, zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein (Tibia) das Tibiofemoralgelenk, welches weiter in einen inneren (medialen) und einen äußeren (lateralen) Abschnitt gegliedert werden kann. Je nachdem, welcher bzw. wie viele Gelenkabschnitte von der Arthrose betroffen sind, kann eine Teilprothese oder eine Totalendoprothese (K-TEP) angewendet werden.

Teilprothese

Halbschlittenprothese (Unikondyläre Knieprothese)

Wenn durch den Arthroseprozess nur das mittlere (oder äußere) Kompartiment des Tibiofemoralgelenks isoliert beschädigt ist (z.B. bei O- oder X-Beinfehlstellung), so kann nach präziser Evaluierung des Gelenkstatus eine Halbschlittenprothese in Betracht gezogen werden. Der Vorteil einer solchen Teilprothese ist, dass durch Erhalt beider Kreuzbänder und nur minimaler Schädigung des Kapsel-Band-Apparats die körpereigene Tiefensensibilität und Stabilität des Kniegelenks weitgehend erhalten bleibt. Die aktuelle Studienlage zeigt, dass Patienten, die für eine unikondyläre Knieprothese in Frage kommen und diese auch erhalten, eine bessere Mobilität im Kniegelenk nach der Operation haben können, als Patienten, die mit einer Totalendoprothese versorgt wurden. Einen Beitrag dazu leistet die Tatsache, dass die Knieprothesen laufend modifiziert und verbessert werden. Außerdem sind die Prothesenkomponenten alle in unterschiedlichen Größen vorhanden, sodass eine individuelle Anpassung an die Gelenkkörper erfolgen kann. Dadurch wird nur so viel Gelenkfläche (Knochen) entfernt, wie durch die Knieprothese auch tatsächlich ersetzt wird. Wie bei der Totalendoprothese werden die Gelenkflächen des Oberschenkelknochens und Schienbeins mit Metall ersetzt. Auf der Schienbeinkomponente der Prothese wird ebenfalls ein Polyethylen-Inlay befestigt, auf dem das Metall optimal gleiten kann. Die Prothese wird in der Regel am Knochen zementiert, damit es zu keinen frühzeitigen Lockerungen kommen kann. Obwohl manche Studienautoren eine Überlebensrate der Halbschlittenprothese nach zehn Jahren von bis zu 98% beschreiben, ist bei Teilprothesen im Vergleich zu Totalendoprothesen tendenziell mit einer reduzierten Haltbarkeit zu rechnen.

Ein implantierte mediale Halbschlittenprothese im Röntgen von vorne
mediale Halbschlittenprothese im Röntgen von vorne
Eine implantierte mediale Halbschlittenprothese im Röntgen von der Seite
mediale Halbschlittenprothese im Röntgen von der Seite

Patellofemorale Gleitlagerprothese

Die patellofemorale Teilprothese kann bei isolierter Arthrose im Gelenk zwischen der Kniescheibe und dem Oberschenkelgleitlager (Patellofemoral-Arthrose) eingesetzt werden. Eine Nachhaltigkeit und Wirksamkeit dieser Prothese ist nur unter Einhalten zahlreicher Voraussetzungen und unter bestimmten Bedingungen gegeben. Die Implantation der patellofemoralen Gleitlagerprothese erfordert ein hohes Maß an Erfahrung und sollte nur nach gründlicher Untersuchung und Abklärung aller potentiellen Ausschlusskriterien von einem Kniespezialisten durchgeführt werden. Der Vorteil einer solchen Operation ist, dass der Arthroseprozess – sofern dieser auf das Patellofemoral-Gelenk beschränkt ist – durch die Gleitlagerprothese langsamer auf die großen Kompartimente des Tibiofemoralgelenks übergreift. Eine rechtzeitige Anwendung einer solchen Prothese kann also den Termin für die Knie-Totalendoprothese deutlich hinauszögern. Eine Möglichkeit der Implantation stellt die HemiCAPâ-Prothese dar, welche als Gleitlagerersatz fest in den Oberschenkelknochen geschraubt wird. Es gibt sie in verschiedenen Größen und Formen, um der natürlichen Gestalt der Gleitrinne gerecht zu werden. Eine präzise Auswahl der richtigen Größe ist für das Ergebnis unabdinglich. Falls kein Knorpelschaden an der Rückfläche der Patella besteht, kann der körpereigene Knorpel als Gleitpartner erhalten bleiben. Ansonsten wird hinter der Patella ein hochvernetztes Polyethylen-Inlay als Gelenkpartner angebracht.

Ein implantierte patellofemorale Teilprothese im Röntgen von vorne
Patellofemorale Teilprothese im Röntgen von vorne
Ein implantierte patellofemorale Teilprothese im Röntgen von der Seite
Patellofemorale Teilprothese im Röntgen von der Seite

Vollprothese – Knie-Totalendoprothese (K-TEP)

Bei der K-TEP werden sowohl die femoralen als auch die tibialen Gelenkflächen beider tibiofemoralen Gelenkskompartimente vollständig durch die Metallprothese ersetzt. Es gibt demnach einerseits eine femorale Komponente der Knieprothese, die die paarigen, walzenförmigen Enden des Oberschenkelknochens nachformt und weiters auf der Vorderseite eine Gleitrinne für die Kniescheibe aufweist. Anderseits ersetzt die tibiale Komponente das sogenannte „Tibiaplateau“ des Schienbeins und wird über einen Stiel im Schienbein fest verankert. Auf der tibialen Komponente der Knieprothese wird außerdem das Polyethylen-Inlay befestigt, welches ein reibungsarmes Gleiten im Kniegelenk bei Bewegung ermöglichen soll. Bei den modernen Knie-Vollprothesen handelt es sich um sogenannte Oberflächenersatzprothesen, bei denen nur die oberflächlichen beschädigten Gelenkflächen (Knorpel) entfernt und durch die Knieprothese ersetzt werden. Der darunterliegende Knochen bleibt weitgehend erhalten. In bestimmten Fällen kann auch der Knorpel an der Kniescheibe durch eine patellare Komponente der Knieprothese ersetzt werden. In diesem Fall wird der kaputte Knorpel abgetragen und durch gleitfähiges Polyethylen ersetzt.

Ein implantierte Knietotalendoprothese im Röntgen von vorne
Knietotalendoprothese im Röntgen von vorne
Ein implantierte Knietotalendoprothese im Röntgen von der Seite
Knietotalendoprothese im Röntgen von der Seite

In der Knie-Totalendoprothetik stößt man häufig auf die Begriffe „gekoppelte“ und „ungekoppelte“ Prothese. Diese Begriffe beziehen sich auf die Bewegungsmöglichkeiten im Kniegelenk. Aus mechanischer Sicht wird das Kniegelenk oft fälschlicherweise als Scharniergelenk bezeichnet. Ein Scharniergelenk hat nur einen Freiheitsgrad, was im Falle des Knies bedeuten würde, dass nur eine Beugung und Streckung im Kniegelenk möglich wäre. Bei gebeugtem Knie erschlaffen jedoch die Seitenbänder, was auch eine Rotation im Kniegelenk ermöglicht. Sind also das innere und äußere Seitenband, sowie das hintere Kreuzband intakt, so verwendet man eine ungekoppelte Knieprothese, die der natürlichen Funktion des Knies am ehesten gerecht wird. Die Stabilisierung erfolgt nach wie vor durch die genannten körpereignen Bänder und es ist neben der Streckung und Beugung, auch eine Rotation möglich. Da alle Komponenten der ungekoppelte Knieprothese beweglich bleiben, wird die ungekoppelte Knieprothese weniger stark belasten und ist von einer längeren Haltbarkeit gekennzeichnet.

Die gekoppelte Knieprothese verbindet die Ober- und Unterschenkelkomponente der Prothese fest miteinander und erlaubt nur eine Streckung und Beugung im Kniegelenk jedoch ohne Rotation. Sie ahmt somit in der Mechanik ein Scharniergelenk nach. Die gekoppelte Knieprothese kommt dann zum Einsatz, wenn körpereigenen Seitenbänder bzw. die Kreuzbänder nicht mehr leistungsfähig sind (z.B. bei extremer X- oder O-Beinfehlstellung). Der Bandapparat könnte eine ungekoppelte Knieprothese nicht stabilisieren und das Risiko einer Luxation wäre drastisch erhöht. Der Bewegungskomfort und die Haltbarkeit einer gekoppelten Knieprothese kann mit einer ungekoppelten nicht verglichen werden. Daher wird heutzutage, wenn möglich, eine ungekoppelte Knieprothese verwendet.

Wie läuft die Operation einer Knieprothese ab?

Vor der Operation werden spezielle Röntgenaufnahmen vom Knie und ganzen Bein angefertigt, um die Operation und die Implantate genau zu planen. Die Narkose kann entweder in Form einer Allgemeinanästhesie (Vollnarkose) oder einer Spinalanästhesie (Kreuzstich) erfolgen.
Im Operationssaal befindet sich der Patient in Rückenlage. Der Hautschnitt erfolgt meist mittig längsverlaufend, vom Ansatz der Kniescheibensehne bis etwas über den Oberrand der Kniescheibe. Nach Eröffnung des Gelenkes wird die Kniescheibe auf die Seite geschoben, um Einsicht in das Tibiofemoral-Gelenk zu erhalten. In weiterer Folge wird der krankhafte Gelenkknorpel mit einem Stück darunterliegenden Knochen anhand einer Sägelehre mit einer oszillierenden Säge abgetragen. Um einen festen Sitz der Knieprothese zu ermöglichen, wird das Implantat von der Größe genau an den Patienten angepasst und auf die Schnittflächen des Knochens fixiert. Dabei gibt es Knieprothesen, die mit schnell bindendem Knochenzement befestigt werden sowie zementfreie Prothesen nach dem "Press-fit"-Verfahren. Eine weitere Möglichkeit stellt die Hybridbefestigung dar, bei der die Oberschenkelkomponente zementiert wird und die Unterschenkelkomponente nach dem „Press-fit“-Verfahren angebracht wird. Die Stabilität und Beweglichkeit der Knieprothese werden noch während der Operation durch den Operateur überprüft, indem das Knie gründlich durchbewegt wird. 

Nachbehandlung bei einer Knieprothese

Rapid Recovery

Nach der Operation ist mit einem Krankenhausaufenthalt von ca. 5-7 Tagen zu rechnen, bei dem der Patient durch intensive Nachbehandlung und Betreuung möglichst schnell wieder schmerzfrei und mobil werden soll. Ein bewährtes Konzept, welches im Orthopädischen Spital Speising praktiziert wird, ist das sogenannte Rapid Recovery-Programm. Dieses sieht vor, den Patienten vom ersten Tag des Spitalaufenthalts an bestmöglich über den gesamten Ablauf, über alle therapeutischen Maßnahmen sowie über das Verhalten nach der Entlassung zu informieren (Patientenschulung). Damit der Patient auch zu Hause optimal unterstützt wird, kann eine Begleitperson bei der Informationsausgabe anwesend sein. Direkt nach der Operation wird der Patient solange im Aufwachraum engmaschig überwacht, bis er aus medizinischer Sicht kreislaufstabil und schmerzfrei ist, was durch die Wahl der idealen postoperativen Schmerztherapie gewährleistet wird. Danach begleitet das qualifizierte Pflegepersonal den Patienten aufs Zimmer, wo schon am ersten Tag mit den Fachkräften der Physio- und Ergotherapie die ersten Mobilisierungsversuche geübt werden. Dabei sollen zum Beispiel das langsame Aufstehen und das eigenständige Anziehen der Kleidung unter professioneller Überwachung trainiert werden. In den folgenden Tagen im Spital wird der Patient weiter von den Therapeuten betreut und das selbstständige Stiegensteigen mit 2 Unterarm-Stützkrücken geübt. Nach dem Spitalsaufenthalt läuft die individuelle Physiotherapie weiter und im Rahmen eines 3 – 4-wöchigen Rehabilitationsaufenthalts in einem spezialisierten Zentrum wird intensiv an der Wiedererlangung der Mobilität gearbeitet. Im Orthopädischen Spital Speising besteht auch die Möglichkeit, die Rehabilitation ambulant zu absolvieren.

Kontrollen nach der Operation

Noch während der Operation und des Krankenhausaufenthalts werden Röntgenkontrollen der Knieprothese durchgeführt, bei der die korrekte Lage überprüft wird. Auch nach Abschluss der Rehabilitationsphase erfolgt eine Röntgenbildgebung, da hier das Knie intensiv beansprucht wird. Weitere Röntgenbilder sollten sechs Monate nach der Operation und dann im 1 – 2-jährigen Intervallen, bzw. jederzeit bei Auftreten von Beschwerden angefertigt werden.
Bei regelmäßigen klinischen Kontrollen gilt es den Bewegungsstatus des Gelenks nachzuverfolgen und außerdem Anzeichen einer Infektion oder sonstige Komplikationen rechtzeitig erkennen zu können, damit frühzeitig die richtigen Gegenmaßnahmen gesetzt werden können.

Gebeugtes Knie eines Patienten nach Knieprothese mit einem Pflasterverband
Klinische Kontrolle nach einer Knieprothese

Welche Komplikationen und Risiken können bei einer Knieprothesen-Operation auftreten?

Die Implantation einer Knieprothese kann wie jeder andere operative Eingriff Risiken mit sich bringen. Dadurch, dass das Kniegelenk chirurgisch eröffnet wird, ergibt sich eine Eintrittspforte für unterschiedliche Keime. Es besteht daher die Gefahr einer Gelenksinfektion. Um diese Gefahr zu minimieren, werden dem Patienten schon während der Operation Antibiotika verabreicht. Ein weiteres Risiko ist die Entstehung von Thrombosen, welche durch eine blutverdünnende Medikationnach der Operation verhindert werden soll. Durch einen pathologischen Wundheilungs- und Vernarbungsprozesses mit Wucherungen von Narbengewebe nach der Knieoperation kann es zur sogenannten Arhrofibrose kommen. Während sich im Normalfall die Beweglichkeit im Knie nach und nach verbessert, verursacht die Arthrofibrose fortschreitende Bewegungseinschränkungen.

Lockerung der Kniprothese

Man unterscheidet prinzipiell eine septische von einer aseptischen Lockerung. Erstere entsteht durch eine bakterielle Infektion des Kniegelenks, bei der sich ein Bakterienfilm über das Implantat ablagert. Die daraufhin resultierende Immunantwort führt unter anderem zu einem Knochenabbau (Osteolyse) und die Knieprothese lockert sich. Ein solcher Infekt erfordert sofortiges Handeln und die Verabreichung von Antibiotika. Im schlimmsten Fall muss zur Therapie des Gelenkinfektes die Knieprothese sogar entnommen werden und zu einem späteren Zeitpunkt eine Revisionsendoprothese eingesetzt werden.

Die aseptische Lockerung kann entstehen, wenn die Knieprothese ihr Ablaufdatum überschritten hat. Durch die kontinuierliche Krafteinwirkung auf das Polyethyleninlay können sich Abriebpartikel lösen, die im Knie eine Immunreaktion auslösen, Die Immun-Fresszellen (Makrophagen) können diese Partikel jedoch nicht abbauen, was zur Folge hat, dass die Immunreaktion nicht zurückgeht beziehungsweise sogar immer schlimmer wird. Das Resultat ist wiederum ein Knochenabbau um das Implantat herum, wodurch sich die Knieprothese löst.

Eine lockere Knieprothese kann den hohen Scher- und Druckkräften, die beim Gehen und Stehen entstehen nicht standhalten, und muss in der Regel durch eine Revisionsprothese ersetzt werden.

Wie lange hält eine Knieprothese?

Die Überlebensdauer einer Knieprothese variiert sehr stark und hängt von verschiedenen Faktoren ab. Bei komplikationsfreiem Ablauf der Operation und des postoperativen Managements kann man mit einer Haltbarkeit von ca. 15 – 20 Jahren rechnen. Das Körpergewicht, das Ausmaß der Belastung, die Knochenqualität, die Ernährung und der generelle Lebensstil sind Faktoren, die die Haltbarkeit beeinflussen können.

Kommt es im Laufe der Zeit zu einem Abrieb des Kunststoff-Inlays, kann dieses ausgewechselt werden. Gibt es zunehmend Anzeichen auf Lockerungen der Knieprothese und daraus resultierenden Beschwerden, so kann die Prothese durch eine sogenannte Revisionsendoprothese ausgetauscht werden. Dieser Eingriff ist jedoch komplizierter und mit einem höheren Risiko von Komplikationen verbunden als der Ersteingriff.

Welche Ergebnisse kann man sich von einer Knieprothese erwarten?

Die Anforderung an ein künstliches Kniegelenk sollte vorrangig immer die schmerzfreie Bewältigung des Alltags sein. Die Beweglichkeit im Knie ist bei einer Prothese etwas eingeschränkt (Beugung bis zu 130°), da das maximale Bewegungsausmaß aus rein mechanischen Gründen nicht mehr ganz erreicht werden kann. Sportliche Aktivität ist grundsätzlich wünschenswert, es sollten bei der Auswahl der Sportarten jedoch gewisse Dinge beachtet werden. So sollten Sportarten mit hohen Belastungsintensitäten und mit hoher Verletzungsgefahr (Kontaktsportarten) vermieden werden. Zu empfehlen sind hingegen Sportarten wie Radfahren, Schwimmen, Nordic Walking und Wandern. Je nach Vorerfahrung können mit einer Knieprothese teilweise auch anspruchsvollere Sportarten wie Schifahren und Tennis bis zu einem gewissen Grad wieder ausgeübt werden.

Welche Knieprothese kommt bei einer Nickelallergie in Frage?

In der Regel bestehen Knieprothesen aus speziell angefertigten Metalllegierungen aus Chrom, Kobalt und Molybdän und können auch Spuren von Nickel enthalten. Bei Patienten mit einer diagnostizierten Kontaktallergie gegen Nickel muss diese Tatsache berücksichtigt werden, da es eventuell zu einer Reaktion kommen könnte. Prinzipiell ist es jedoch nicht bewiesen, dass der Knochen auf das Allergen (in dem Falls Nickel) gleich reagiert wie die Haut und daher ist eine Nickelallergie auch kein absoluter Ausschlussgrund für eine herkömmliche Prothese aus Chrom-Kobalt-Molybdän-Legierungen. Der Haut kommt nämlich in der Immunologie eine besondere Bedeutung zu, da sie den Körper vor äußeren Fremd- und Schadstoffen schützen muss. Für diesen Zweck befinden sich in der Haut spezialisierte Immunzellen (Langerhans-Zellen), die bei Kontakt mit einem Fremdstoff (oder Allergen) für die Immunreaktion (oder allergische Reaktion) verantwortlich sind. Diese Immunzellen und auch andere in die Immunabwehr eingebundene biologische und biochemische Komponenten kommen im Knochen kaum bzw. gar nicht vor. Für den Fall wurden dennoch spezielle Allergieknieprothesen angefertigt, die mit Titan beschichtet sind, wodurch der Körper mit dem Nickel gar nicht in Kontakt kommt. Da Titan jedoch eine minimal geringere Gleitfähigkeit aufweist, ergeben sich dementsprechend auch Nachteile des Allergieimplantats (z.B. geringere Haltbarkeit). Welche Knieprothese schlussendlich verwendet wird, muss mit jedem Patienten individuell besprochen werden.