Osteochondrale Transplantation

Als osteochondrale Transplantation (Knorpel-Knochen-Transplantation) wird in der Orthopädie und Unfallchirurgie die Verpflanzung (autologe Transplantation) eines gesunden Knorpelabschnittes in den Bereich eines Knorpelschadens bezeichnet. Hierbei wird der Knorpel zusammen mit einem Stück des darunterliegenden Knochens „en bloc“ verpflanzt.

Knorpelschaden

Gelenkknorpel ermöglicht durch seine Gleitfähigkeit und seine Dämpfungsfunktion die freie Beweglichkeit aller Gelenke. Das Gewebe besteht aus einer geringen Zahl von Zellen (<1 %) einer einzigen Zellart (Chondrozyten, Knorpelzellen), deren Produkten Collagen und Proteoglykane (Matrixproteine) und viel an die Proteine gebundenes Wasser. Weil Gelenkknorpel keine Gefäße enthält und damit keinen Zugang zu Stammzellen hat sowie ausschließlich durch Diffusion von der Gelenkflüssigkeit ernährt wird, hat Gelenkknorpel bei Verletzungen oder Schäden aufgrund anderer Ursachen eine nur minimale Tendenz zur Selbstheilung. Je nach Größe und Lokalisation des Knorpelschadens nimmt seine Ausdehnung sogar zu und kann mittelfristig zu einer diffusen Gelenkschädigung (Arthrose) führen. Als Ursache für Knorpelschäden kommen direkte Verletzungen aber auch übertriebener und nicht sachgerecht durchgeführter Sport in Frage. Dabei kann die Knorpelschädigung auch Folge von Gelenkbrüchen (z.B.Sprunggelenkfrakturen) oder Bandverletzugen (z.B. Kreuzbandriss) sein. Auch bakteriell bedingte Gelenkinfekte und Rheuma können Gelenkknorpel zerstören. Knorpelschäden finden sich bei jungen Menschen vor allem am Kniegelenk und am oberen Sprunggelenk. Bei Älteren stehen die diffusen Knorpelschäden am Hüft-, Schulter- und Kniegelenk aufgrund von chronischem Verschleiß im Vordergrund.

Symptomatik

Knorpelschäden haben eine typische Symptomatik: Gelenkschmerzen, Gelenkerguss, Bewegungseinschränkungen, Blockaden, Gelenkknacken, Hinken. Diese Beschwerden ergeben sich vor allem bei Beanspruchung von Gelenken oder auch bei Beginn einer Tätigkeit, z. B. Gehen („Anlaufschmerz“). Sportliche oder berufliche Tätigkeiten können dann besonders erschwert sein. Aber auch Tätigkeiten des täglichen Lebens können behindert werden.

Diagnostik

Von entscheidender Bedeutung in der Diagnostik ist neben der individuellen Vorgeschichte (Unfälle, Sportaktivität, Alter) die Beschwerdesymptomatik. Wann treten die Beschwerden auf, welche Beschwerden sind führend, seit wann bestehen die Beschwerden? Die Untersuchung muss auf die oben genannten Symptome abheben. Röntgenbilder bringen nur bei massiven Erkrankungen eine Darstellung der knöchernen Folgeschäden des Knorpelschadens in Form von Gelenkspaltverschmälerungen, knöchernen Anbauten an Gelenken (Osteophyten) und Verdichtungen der unter dem Knorpel liegenden Knochenlamellen („subchondrale Sklerosierung“). Als Diagnostikum der Wahl gilt bei entsprechender Indikation die Magnetresonanztomographie („Kernspin“), eine Untersuchungsmethode, die neben der knöchernen Gelenkstruktur auch die bindegewebigen Strukturen zeigt: Knorpel, Bänder, Muskeln und Gelenkkapsel. Hier können Knorpelschäden ziemlich genau dargestellt werden. Die genaueste Darstellung ergibt sich aber durch eine operative Arthroskopie (Gelenkspiegeleung), weil hier neben der Betrachtung des Knorpels selber auch eine Betastung des Gewebes sowie die operative Abtragung von losen Knorpelfragmenten und Glättung von Knorpelkanten möglich ist. Knorpel erfüllt ausschließlich mechanische Aufgaben im Körper, so dass dieser Aspekt der mechanischen Prüfung von größter Bedeutung ist.

Therapiemöglichkeiten

Aufgrund der geringen spontanen Heilungstendenz von Gelenkknorpel sind therapeutischen Eingriffe bei Beschwerden unverzichtbar. Einfachste Möglichkeiten sind physiotherapeutische Maßnahmen (Krankengymnastik) zur Verbesserung der Gelenkbeweglichkeit und der Muskelführung der Gelenke. Auch können Medikamente zur Verbesserung der Gleitfähigkeit in das Gelenk eingespritzt werden. Ein Beweis für eine Knorpelregeneration durch diese Maßnahmen kann nicht geführt werden. Aufgrund des Fehlens von Gefäßen im Knorpelgewebe sind Operationen zur Regeneration von Knorpel sinnvoll, die eine Erschließung des Knorpeldefektes durch Gefäße und Zellen ermöglichen: Hier sind Bohrungen (Pridie-Bohrungen) oder Bruchlinien (Mikrofrakturierung) in die undurchlässigen Knochenlamellen, auf denen der Knorpel liegt und festgewachsen ist (subchondrale Lamelle), sinnvoll. Diese Operationen können minimal invasiv, also arthroskopisch, und zum Teil ambulant operativ durchgeführt werden. Die Erfolgsquote bei kleineren Knorpelschäden ist sehr hoch, die Wirksamkeit durch Studien bewiesen.

Knorpel-Knochentransplantation

Knorpel-Knochen-Transplantat implantiert im Kniegelenk

Prinzip

Größere Defekte von mehr als einem Zentimeter Durchmesser müssen mit Verfahren behandelt werden, die vitales Gewebe mit Zellen in den Defekt bringen. Knorpel allein lässt sich aber nicht transplantieren, weil er ohne festen biologischen Kontakt (festgewachsen über Collagenfasern) nicht den Beanspruchungen standhält, sondern bei Bewegung einfach abschwimmt. Knorpelgewebe mit dem darunter liegenden Knochen kann als Transplantat aus Gelenkarealen entnommen werden, die gering belastet oder außerhalb der Belastungszonen gelegen sind und daher mechanisch nicht auf eine intakte Gelenkfläche angewiesen sind. Hier haben sich im Kniegelenk Knorpelzonen am Rand der belasteten Areale bewährt. An diesen Stellen kann also Knorpel mit darunter liegendem Knochen als Stück (z.B. als Zylinder) entnommen werden und dann in eine entsprechend vorbereitete Defektregion implantiert werden.

Vorgehen

In den meisten Fällen wird eine solche Operation offen, d. h. mit einem offenen Zugang zum Gelenk mit Durchtrennung von Haut, Unterhautgewebe, bindegewebiger Gelenkkapsel und der Gelenkschleimhaut durchgeführt. Man präpariert auf den Knorpeldefekt zu, um diesen dann auszumessen und zu beurteilen, soweit das arthroskopisch noch nicht geschehen ist. Die Defektzone wird dann mit einer Stanze ausgestanzt und zwar beim Kniegelenk bis etwa 1.5 cm Tiefe, d.h. die Gewebestanze enthält vor allem Knochen (Spongiosa; „Schwammknochen“) mit dem darauf haftenden zerstörten Knorpel. Aus einem anderen geeigneten Areal des Gelenkes wird mit dem gleichen Instrumentarium dann eine vergleichbar große Stanze gesunden Knorpels mit Knochen darunter entnommen und in das Defektareal transplantiert. Entscheidend ist es, die Transplantat-Zylinder genau so lange zu nehmen wie die Defektzylinder, damit die Transplantate perfekt passen und gleich nach wenigen Tagen belastet werden können, ohne unter Last im Oberschenkelknochen zu versinken. Diese Zylinder wachsen in wenigen Tagen bis Wochen durch Knochenbruchheilung von Knochen im Lager zum Transplantatknochen fest, wohingegen interessanterweise (auch hier zeigt sich die geringe Heilungstendenz des Knorpelgewebes) der Knorpel in der Gelenkfläche nie spaltlos verheilt, sondern immer die Grenze zwischen Transplantat und Umgebung (mikroskopisch) als Spalt sichtbar bleibt.

Nachbehandlung

Wenn das Transplantat korrekt eingebracht ist, wird das Gelenk schichtweise wieder mit Nähten verschlossen und ein Verband gemacht. Nach der Operation muss der Patient einige Tage mit Gehstützen (Krücken) entlasten, damit die Transplantate gut einheilen können und die Nähte gut heilen. Schon wenige Wochen nach dem Eingriff können so operierte Gelenke wieder belastet werden und spätestens 3 Monate nach der Operation ist sogar Sport wieder möglich. Die Knorpel-Knochentransplantate zeigen klinisch meistens eine sehr gute Funktion und Dauerhaltbarkeit. Selten kommt es zu geringen Beschweren am Areal der Knorpelentnahme, die aber im Vergleich zu den vorherigen Beschwerden deutlich geringer sind.

Begleitschäden

Bei der Knorpel-Knochen-Transplantation ist zu beachten, dass im Rahmen der Operation und auch schon bei der Planung über die Ursachen des Knorpelschadens nachzudenken ist, um z. B. Kreuzbandschäden als Ursache gleichzeitig oder zuvor ebenfalls operativ korrigieren zu können. Gelenkstufen oder Fehlstellungen nach Gelenkbrüchen sind durch Korrekturoperationen auszugleichen. Das gleich gilt für eventuell bestehende Achsfehler des Beines, was über eine chronische Fehlbeanspruchung für den Knorpelschaden verantwortlich ist. Hier muss eine Achskorrektur (z.B. Umstellungsosteotomie) durchgeführt werden, um die Knorpeltransplantation dauerhaft erfolgreich sein zu lassen.

Literatur

• Steadman JR et al.: Outcomes of microfracture for traumatic chondral defects of the knee: average 11-year follow-up. In: Arthroscopy: The Journal of Arthroscopic & Related Surgery. Band 19, Nr. 5, Elsevier, 2003, S. 477-484 (http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0749806303001245).
• Lexer E: Substitution of whole or half joints from freshly amputated extremities by free plastic operations. In: Surg Gynecol Obstet. 6, 1908, S. 601–609.
• Wagner H: Möglichkeiten und klinische Erfahrungen mit der Knorpeltransplantation (Possibilities and experiences with cartilage transplantation). In: Zeitschrift für Orthopädie und Ihre Grenzgebiete. 110, 1972, S. 705–708.
• Messner K, Gillquist J: Cartilage repair. A critical review. In: Acta Orthopedica Scandinavica. 67, Nr. 5, 1996, S. 523–529.
• Meenen NM, Rischke B: Autogene osteochondrale Transplantation (AOT) bei Knorpeldefekten am Femurkondylus. In: Operative Orthopädie und Traumatologie. 15, 2003, S. 38-56.
• Petersen JP, Ruecker A, von Stechow D, Adamietz P, Poertner R, Rueger JM, Meenen NM: Present and future therapies of articular cartilage defects. In: European Journal of Trauma. 29, Nr. 1, 2003, S. 1-10.
• Baumbach K. Petersen JP, Ueblacker P, Schröder J, Göpfert C, Stork A, Rueger JM, Amling M, Meenen NM: The fate of osteochondral grafts after autologous osteochondral transplantation. a one-year follow-up study in a minipig model. In: Archives Orthopedic Trauma Surgery. 128, Nr. 11, 2008, S. 1255-63.
• Evans PJ, Miniaci A, Hurtig MB: Manual punch versus power harvesting of osteochondral grafts. In: Arthroscopy. 20, Nr. 3, 2004, S. 306-310.
• Horas U, Pelinkovic D, Herr G, Aigner T, Schnettler R: Autologous chondrocyte implantation and osteochondral cylinder transplantation in cartilage repair of the knee joint. A prospective, comparative trial.. In: Journal of Bone Joint Surgery American. 85 (A), Nr. 2, 2003, S. 185-192.

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