Cartilage repair

Autoren: Dr. med. Steffen Thier, Dr. med. Andreas Klonz

Knorpelaufbau Der hyaline Gelenkknorpel ist ein einzigartiges Gewebe, welches insbesondere die Lastübertragung, Lastverteilung sowie ein nahezu reibungsloses Gleiten der Gelenkpartner ermöglicht. Er setzt sich im Wesentlichen aus 3 Schichten zusammen und hat einen geringen Zellanteil. Wasser bildet mit 70-80% den Hauptbestandteil des Knorpelgewebes! Die übrigen Gewebsanteile („extrazelluläre Matrix (ECM)“) setzen sich aus Kollagen II (10-20%) und dem Proteoglycan „Agrecan“ zusammen. Knorpelgewebe ist nicht mit Nerven oder Blutgefäßen versorgt. Der Nährstoffaustausch des Knorpelgewebes erfolgt über die Gelenkflüssigkeit („Diffusion“). So kommt es bei einer Gelenkbelastung zur elastischen Verformung des Knorpelgewebes und dadurch zur Ausschleusung von Wasser in den Gelenkspalt. Bei Entlastung kann das nährstoffreiche Wasser dann wieder in das Gewebe zurückströmen. Zusätzlich werden durch das Wechselspiel von freiem und gebundenem Wasser Druckbelastungen kompensiert, was jedoch nur bei intaktem Knorpelgewebe funktioniert. Die geringe Stoffwechselaktivität ist ebenso kennzeichnend, wie die sehr begrenzte Fähigkeit zur Eigenreparatur. Hieraus ergibt sich bei Knorpelschäden die Notwendigkeit einer Knorpelersatztherapie, um einen zunehmenden Gelenkverschleiß zu vermeiden. Entstehung und Verlauf von Knorpelschäden Im Rahmen von Gelenkspiegelungen konnten in bis zu 15% der Fälle Knorpelverletzungen am Kniegelenk nachgewiesen werden. So kann es z.B. bei Verdrehtraumen des Kniegelenkes nicht nur zu Schädigungen der Bänder oder der Menisci kommen, sondern auch zur Schädigung des Gelenkknorpels. Häufig kommt es direkt nach dem Trauma zu belastungsabhängigen Beschwerden, wie Schmerzen und Schwellung des betroffenen Gelenkes. Grundlagenstudien konnten zeigen, dass durch eine wiederholte, lokale Drucküberlastung des Gelenkknorpels destruktive Prozesse im Knorpel auslöst werden können. Über eine Freisetzung von Botenstoffen kommt es zur Veränderung der ECM, die ein Anschwellen des Knorpelgewebes zur Folge hat („Chondromalazie-Knorpelkrankheit“). In Folge dessen verliert das Knorpelgewebe an Elastizität und ein Knorpelschaden kann entstehen.

Gesunder Knorpel Geschädigter Knorpel

Lokalisierte Knorpelschäden führen nachweislich zu einer Umverteilung der Druckbelastungen im Gelenk. Insbesondere im Randbereich der Knorpelschäden treten hohe Scherkräfte auf die zu einem Absterben der Knorpelzellen in diesem Bereich führen können. Dies führt über die Zeit zu einem fortschreitenden Verschleiß und somit zur Entstehung einer Arthrose.

Mikroskopische Bilder von gesundem Knorpel links bis fortgeschritten geschädigtem Knorpel rechts

Diagnostik von Knorpelschäden

Der aktuelle Goldstandard zur Erkennung eines Knorpelschadens ist die Kernspin-Untersuchung (MRT). Zur Erhöhung der Diagnosesicherheit werden spezielle knorpelspezifische Sequenzen verwendet. Zusätzlich sollte bei Verdacht auf eine Beinachsenfehlstellung eine Ganzbein-Röntgenaufnahme angefertigt werden, da diese ggf. ebenfalls therapiert werden muss. Behandlung von Knorpelschäden Zur Knorpelersatztherapie gibt es zurzeit drei verschiedene Therapiekonzepte. Jedes Konzept hat in Abhängigkeit von Patientenalter, Defektgröße, Defektlokalisation und Defektgrad seine Vor- und Nachteile.

Therapiekonzepte des Knorpelersatzes

Knochenmark stimulierende Therapien Das Grundprinzip der knochenmarksstimulierenden Techniken ist die lokale Perforation der Grenze zwischen Knorpel und Knochen („subchondrale Grenzlamelle“) im Defektbereich. Aus der Zone unterhalb des Knochens („subchondraler Raum“) kommt es durch die gezielte Perforation zur Einblutung in den Knorpeldefekt. Hier bildet sich eine Art Blutpropfen der Ursprungszellen aus der subchondralen Zone beinhaltet. Nach temporärer Ausbildung eines Granulationsgewebes entsteht hieraus schlussendlich ein faserartiges Ersatzknorpelgewebe. Nach aktueller Datenlage sollte diese Behandlungsoption bei Knorpelschäden bis etwa 2cm²Anwendung finden. Knorpel-Knochentransplantation (Mosaikplastik/OATS-Plastik) Bei dieser Technik wird zunächst aus wenig belasteten Regionen des Kniegelenkes ein Knorpel-Knochen-Zylinder ausgestanzt. Dieser wird dann in den zuvor ausgestanzten Defektbereich wieder eingestanzt. Das Stück wird also direkt in einer OP von einer Stellen zur anderen verpflanzt. Verwendet man hierbei mehrere Stanzzylinder handelt es sich definitionsgemäß um die sog. „Mosaikplastik“. Wird ein großer Zylinder verwendet handelt es sich um die sog. „OATS-Plastik“. Da die Größe der wenig belasteten Zonen des Kniegelenks limitiert sind, ist die zu behandelnde Defektgröße ebenfalls eingeschränkt. Zusätzlich handelt es sich um eine technisch anspruchsvolle Methode die bei ungeübten mit einer höheren Komplikationsrate verbunden ist. Bei kleinen Knorpel-Knochen Defekten (z.B. Osteochondrosis Dissecans) stellt die Knochen-Knorpeltransplantation die Methode der Wahl dar.

Prinzip der Mosaikplastik

Knorpelzelltransplantation (MACT-„Matrixassoziierte Autologe (körpereigene) Chondrozytentransplantation“)

Im Rahmen der Knorpelzelltransplantation werden im ersten Eingriff in Schlüsselloch-Technik (Arthroskopie) 2-3 kleine Knorpel-Knochen Zylinder aus wenig belasteten Regionen des Kniegelenkes entnommen. Die so gewonnen Knorpelzellen werden dann in einer Zellkultur vervielfältigt. Als Nährmedium werden hierfür ca. 200ml des Patientenblutes (wird im Rahmen der Narkose abgenommen) verwendet. Nach ca. 4-6 Wochen können dann die vervielfältigten, körpereigenen Knorpelzellen in den Knorpeldefekt eingesetzt werden. Die Knorpelzellen sind hierbei an ein gelartiges, ebenfalls körpereigenes Trägermaterial gebunden. Sollte zu einem Knorpeldefekt auch ein knöcherner Defekt bestehen, kann dieser zunächst mit körpereigenem Knochen aufgefüllt und dann mit einer Knorpelzelltransplantation kombiniert werden. Die Knorpelzelltransplantation ist eine sehr gut erforschte Therapieoption bei isolierten Knorpelschäden jeder Größe, bei jungen (18-50 Jahre) Patienten ohne Gelenkarthrose. Mit ihr verbunden ist ein strikter Nachbehandlungs-/Rehabilitationsplan. An dieser Stelle ist auch auf die Empfehlungen der AG Klinische Geweberegeneration der DGOU (Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie) zu verweisen. In regelmäßigen Abständen werden Übersichtarbeiten zum Thema Knorpelersatz publiziert in denen die aktuelle Kenntnislage und Orientierungshilfen zur Auswahl des geeigneten Therapieverfahrens beschrieben werden.

Orientierungshilfe zur Auswahl des geeigneten Therapieverfahrens der AG Klinische Geweberegeneration der DGOU (BMS: Bone Marrow Stimulation z. B. Mikrofrakturierung; ACT: autologe Chondrozytentransplantation; OCT: osteochondrale Transplantation)

Behandlungsschema nach Mikrofrakturierung/OATS-Plastik:

1.- 6. Woche nach der Operation

Direkt nach der Operation Ruhigstellung Kniegelenk für 48 Stunden
48 Stunden nach der Operation beginn mit passiven Bewegungsübungen
Ab dem 2. post-op. Tag aktiv-assistive Physiotherapie im freien Bewegungsumfang (Kryotherapie/ manuelle Lymphdrainage/ Übungen und KG mit geschlossener kinematischer Kette/ statisches Muskeltraining ohne distalen Widerstand)
Mobilisation mit Teilbelastung mit 15 kg an UAGs für die ersten 4 Wochen, dann für weitere 2 Wochen mit 30 kg (Unter Thromboseprophylaxe)

– 12. Woche nach der Operation (Bewegungstraining)

Übergang zur Vollbelastung
Ergometertraining ohne Widerstand, Schwimmen (Kraul-Beinschlag), bei allen Übungen noch keinen distalen Widerstand

ab 13. Woche nach der Operation (Muskel- und Koordinationstraining)

Beginn des Muskelaufbautrainings unter physiotherapeutischer Anleitung , Übungen und KG mit offener kinematische Kette im schmerzfreien Bewegungsumfang
Low-Impact-Sportarten Radfahren, Schwimmen oder Nordic Walking; Ergometertraining mit Widerstand
High-Impact-Sportarten sollten frühestens 4-6 Monate nach der Operation wieder aufgenommen werden

Behandlungsschema ACT Oberschenkelrolle/Unterschenkelplateau:

1.- 6. Woche nach der Operation (Therapie mit der Motorschiene)

Direkt nach der Operation Ruhigstellung Kniegelenk für 48 Stunden
48 Stunden nach der Operation beginn mit passiven Bewegungsübungen auf der Motorschiene (CPM-Schiene) ohne Bewegungslimitierung 3-8h/Tag (Wird für 4 Wochen von KV übernommen)
Ab dem 2. post-op. Tag aktiv-assistive Physiotherapie im freien Bewegungsumfang (Kryotherapie/ manuelle Lymphdrainage/ Übungen und KG mit geschlossener kinematischer Kette/ statisches Muskeltraining ohne distalen Widerstand)
Orthese zur zusätzlichen Stabilisierung des Kniegelenks
Mobilisation mit Teilbelastung mit 15 kg an UAGs für die ersten 4 Wochen, dann für weitere 2 Wochen mit 30 kg (Unter Thromboseprophylaxe)

– 12. Woche nach der Operation (Bewegungstraining)

Übergang zur Vollbelastung, Orthese abtrainieren
Ergometertraining ohne Widerstand, Schwimmen (Kraul-Beinschlag), bei allen Übungen noch keinen distalen Widerstand

ab 13. Woche nach der Operation (Muskel- und Koordinationstraining)

Beginn des Muskelaufbautrainings unter physiotherapeutischer Anleitung , Übungen und KG mit offener kinematische Kette im schmerzfreien Bewegungsumfang
Low-Impact-Sportarten Radfahren, Schwimmen, Rudern oder Nordic Walking; Ergometertraining mit mittlerem Widerstand
High-Impact-Sportarten sollten frühestens 12 Monate nach der Operation wieder aufgenommen werden

Behandlungsschema ACT Kniescheibe/Kniescheibengleitlager:

1.- 6. Woche nach der Operation (Therapie mit der Motorschiene)

Direkt nach der Operation Ruhigstellung Kniegelenk für 48 Stunden
48 Stunden nach der Operation beginn mit passiven Bewegungsübungen auf der Motorschiene (CPM-Schiene) mit Beugelimitierung 3-8h/Tag (Wird für 4 Wochen von KV übernommen)
Ab dem 2. post-op. Tag aktiv-assistive Physiotherapie mit limitierten Bewegungsumfang

Extension/Flexion Woche 1–2: 0-0-30°; Woche 3–4: 0-0-60°; Woche 5–6: 0-0-80°

Kryotherapie/ manuelle Lymphdrainage/ Übungen und KG mit geschlossener kinematischer Kette/ statisches Muskeltraining ohne distalen Widerstand
Orthese zur zusätzlichen Stabilisierung des Kniegelenks
Mobilisation mit Teilbelastung mit 15 kg an UAGs für die ersten 4 Wochen, dann für weitere 2 Wochen mit 30 kg (Unter Thromboseprophylaxe), Treppensteigen unter Entlastung im Nachstellschritt
Vollbelastung in Extension bei Bewegungslimitierung durch Orthese

– 12. Woche nach der Operation (Bewegungstraining)

Übergang zur Vollbelastung, Orthese abtrainieren
Ergometertraining ohne Widerstand, Schwimmen (Kraul-Beinschlag), bei allen Übungen noch keinen distalen Widerstand

ab 13. Woche nach der Operation (Muskel- und Koordinationstraining)

Beginn des Muskelaufbautrainings unter physiotherapeutischer Anleitung , Übungen und KG mit offener kinematische Kette im schmerzfreien Bewegungsumfang
Low-Impact-Sportarten Radfahren (erhöhte Sitzposition), Schwimmen oder Nordic Walking; Ergometertraining mit Widerstand
High-Impact-Sportarten sollten frühestens 12 Monate nach der Operation wieder aufgenommen werden