Künstliche Hüfte

Bei Endoprothesen handelt es sich um Implantate, welche dauerhaft im Körper verbleiben.

Am bekanntesten sind wohl die künstlichen Hüftgelenke. Heute stehen auch Endoprothesen für weitere Gelenke zur Verfügung (Kniegelenk, Schultergelenk, seltener auch eine Sprunggelenks-Endoprothese, sowie Ellenbogengelenks- und Fingergelenksprothesen), wobei arthrotische Gelenkveränderungen eine häufige Indikation darstellen. In der Veterinärmedizin (Hunde/Katzen) hat das künstliche Hüftgelenk inzwischen Einzug gehalten.

Röntgenbild einer konventionellen, zementfrei eingesetzten Endoprothese des Hüftgelenkes. (Abkürzung: HTP oder H-TEP Das große Metallimplantat erscheint auf der Aufnahme fast weiß, stellenweise durchscheinend. Die künstliche Pfanne ist aus relativ dünnem Material und mit einem Polyethylen- Lager ausgekleidet. Schemenhaft zeigt sich in der großen Auflösung die Metallkugel, die den Hüftkopf ersetzt.

Verankerung von Prothesen im Knochen

Grundsätzlich entsteht der dauerhafte Halt einer Prothese durch vom Körper neu gebildete Knochensubstanz, die die Prothese fest umschließt. Diese knöcherne Integration erfordert eine genaue Einpassung der Prothese in das Knochenlager. Durch Knochenzement kann die Passgenauigkeit methodisch vereinfacht werden. Man unterscheidet demnach

• zementierte Prothesen
• zementfreie Prothesen
• Hybrid-Prothesen, bei denen beispielsweise die Hüftpfannenprothese zementiert und der Schaft zementfrei ist.

Werkstoffe/Werkstoffpaarungen

Der Prothesenschaft einer Hüftprothese besteht in der Regel aus

• Titan (TiAl6V4, TiAl6Nb7 - Schmiedelegierung) (zementfrei)
• CoCrMo-Schmiedelegierungen (=Stahl) (zementiert)
• (heute nicht mehr) CoNiCrMo-Schmiedelegierungen
• (vereinzelt) faserverstärkte Kunststoffe

Die Femur- und Tibiakomponenten eines Knieimplantats bestehen in der Regel aus

• CoCrMo-Gusslegierungen
• Titan-Legierungen (i.d.R. Guss)

Typische Gleitpaarungen im Artikulationsbereich bei TEP sind

• CoCrMo/Polyethen (UHMWPE - Ultra high molecular weight polyethylene = ultrahochmolekulares Polyethylen)
• Keramik/Keramik
• Keramik/Polyethen
• CoCrMo/CoCrMo
• Keramik/CoCrMo

Aufgrund der sehr schlechten tribologischen Eigenschaften von Titan wird dieses nicht als Material für artikulierende Prothesenteile eingesetzt.

Grundsätzlich geht bei Endoprothesen die Tendenz immer mehr in Richtung der Nickel-freien Materialien, da die relativ häufig auftretenden Nickelallergien postoperativ zu Komplikationen führen können.

Auf dem Weg die Standzeit einer Gelenkendoprothese zu erhöhen kommen immer weitere Formen und Verbesserungen der Werkstoffe auf den Markt. Zum Beispiel soll eine "kreuzvernetzte PE- Struktur" den Abrieb (durch die Artikulationsreibung entstehende Partikelfreisetzung des Polyethylens) stark vermindert werden. Ebenfalls geht die Tendenz bei Hüft- Endoprothetik immer mehr in Richtung der zementfreien Verankerung, auch bei Patienten in hohem Alter, deren Knochensubstanz die zementfreie Version noch zulässt.

Hüftgelenksprothesen

Hüftgelenkprothese

In Deutschland werden pro Jahr knapp 200.000 Hüftgelenke implantiert.^[1] 95 Prozent dieser Endoprothesen sind auch nach zehn Jahren noch funktionstüchtig,^[2] 75 Prozent aller eingesetzten Hüftendoprothesen müssen auch nach 26 Jahren noch nicht ausgetauscht werden.^[3]

Bei Hüftgelenkprothesen wird zwischen (Hüft-/Oberschenkel-) Kopfprothesen, Schaftprothesen (Stielprothesen) (Femurschaft) und Hüftpfannenprothesen unterschieden. Werden sowohl der Gelenkkopf als auch die Gelenkpfanne ersetzt, handelt es sich um eine Total-Endo-Prothese (TEP, wird nur der Kopf ersetzt, spricht man von Hemi- Endo- Prothese (HEP).

Eine neuere Form der Schaftprothese ist die Kurzschaftprothese, die fast ausschließlich im Schenkelhals des Femur verankert wird.

Neuere Prothesenformen

Daneben gibt es zwei neuere Prothesenformen, bei denen der obere Teil des Oberschenkelknochens in weitaus größerem Umfang erhalten bleibt. Während bei der Schaftprothese der Kopf des Oberschenkelknochens und der Schenkelhals (völlig) entfernt werden, wird bei der ASR-Huefte, McMinn- oder Hüftkappen-Prothese (engl. resurfacing) lediglich die Oberfläche des Gelenkkopfes entfernt und durch eine Metallkappe ersetzt (Oberflächenersatz am Hüftgelenk). Prothesen, bei denen der Knochen in größerem Umfang erhalten bleibt, sind vor allem für jüngere Patienten interessant, weil hier mehr Möglichkeiten bei einer späteren Revision bestehen. Der geringe Knochenverlust, die geringe Luxationsgefahr und der Erhalt der physiologischen Gelenkmechanik gelten als die größten Vorteile des Oberflächenersatzes. Allerdings relativiert sich die Knochenschonung durch eine größere Pfannenfräsung, der Metallabrieb in der großflächigen Metall-Metall-Hartpaarung stellt ein bisher ungelöstes Problem dar, und das Langzeitschicksal des Resthüftkopfes unter der zementierten Kappe ist noch nicht geklärt. Etwas in Konkurrenz zum Oberflächenersatz wiederum bei jüngeren Patienten, ebenfalls mit dem Anspruch der Knochenschonung, stehen die Kurzschaftprothesen. In der mehrjährigen Erfahrung haben die Kurzschäfte teilweise überraschend gute Haltbarkeitsergebnisse geliefert, andererseits ist bei Revisionen der Pfannenwechsel gegenüber der Oberflächenprothese wegen geringerer Durchmesser weniger problematisch. Die neuen Wege in der Endoprothetik müssen allerdings mit der durchaus erfolgreichen konventionellen Technik, die immer noch als Maßstab gilt, verglichen werden.

Operative Behandlung

Die Operation kann sowohl unter Vollnarkose als auch mit einer Spinalanästhesie durchgeführt werden. Zunächst werden die verschlissenen Gelenkoberflächen und der bisherige Gelenkkopf am Oberschenkel entfernt und der verbleibende Knochen für das Implantat vorbereitet. Dadurch können evtl. vorhandene Beinlängendifferenzen meistens vollständig ausgeglichen werden. Danach erfolgt die Implantation und Verankerung der beiden Gelenkkomponenten mit den oben beschriebenen Alternativen. Für die gesamte Operation bis Wundverschluss kann etwa mit 1,5 Stunden gerechnet werden. Der Patient kommt zur Überwachung in eine Aufwacheinheit. Nach weiteren 2 bis 4 Stunden erfolgt dann die Rückverlegung in die Normal- oder Überwachungsstation.

Minimal-invasive Hüftgelenks-Endoprothetik

Minimal-invasive Hüftgelenk-Operation mit implantierter Endoprothese. Durch den etwa 7 cm großen sogenannten dorsolateralen Zugang zum Hüftgelenk sieht man das Hüftpfannen-Inlay aus Polyäthylen (weiß) und darin den Endoprothesen-Kopf.

Moderne minimal-invasive Operationstechniken erlauben heute eine gewebeschonende Art der Implantation. Es handelt sich hierbei um minimal- oder geringinvasive Zugänge zum Hüftgelenk. Die Definition des minimalinvasiven Zugangs wird jedoch zur Zeit kontrovers diskutiert. Sicher ist aber wohl, dass dieses Prädikat „minimalinvasiv“ in Verbindung mit möglichst geringer Weichteilirritation nicht nur von einer einzigen Methode beansprucht werden kann, sondern „mehrere Wege nach Rom führen“. Ein Vorteil ist die schnellere Rehabilitation der Patienten als bei den konventionellen Techniken aufgrund der schonenderen Weichteilbehandlung. Dies betrifft jedoch nur die ersten Tage nach der Operation. Im weiteren Verlauf gibt es keinen Unterschied zwischen den einzelnen Techniken in der Beweglichkeit oder Belastungsfähigkeit des Hüftgelenkes. Die minimalinvasive Technik ist nicht bei jeder Hüftgelenkserkrankung anzuwenden und hat ihre Grenzen.

Betreuung nach der OP

In den ersten Tagen nach der Operation werden Wundschmerzen mit Medikamenten aufgefangen. Die krankengymnastische Bewegungstherapie des operierten Beines beginnt. Das postoperative Vorgehen unterscheidet sich erheblich zwischen zementierten und zementfreien Prothesen. Während der große Vorteil von zementierten Prothesen darin besteht, dass die Mobilisation bereits am 1. Tag nach der Operation beginnt und der Patient die ersten Schritte gehen kann, erfolgt bei zementfreien Prothesen in der ersten postoperativen Woche noch gar keine Belastung der Prothese, damit die recht langsam erfolgende knöcherne Integration nicht gestört wird.

In den ersten Wochen werden Unterarmgehstützen benutzt, um die Gangsicherheit zu verbessern und das operierte Hüftgelenk nicht zu überlasten. Die stationäre Behandlung in den meisten Kliniken dauert nach einem komplikationslosen Eingriff ca. 8 bis 10 Tage. In dieser Zeit wird eine Anschlussheilbehandlung festgelegt. In diesen Rehabilitationskliniken sollten die Mobilität weiter verbessert und die das Hüftgelenk stabilisierende Muskulatur gezielt trainiert werden.

In darauf spezialisierten Kliniken werden mit Standardimplantaten Langzeitergebnisse von über 15 Jahren erreicht. Sie erlauben in über 90 % der Fälle ein gutes funktionelles Ergebnis (Laufen, Stehen) bei weitgehender Schmerzfreiheit.

Regelmäßige Verlaufskontrollen in der Klinikambulanz oder beim Orthopäden mit klinischer und röntgenologischer Untersuchung sollen diese Ergebnisse langfristig begleiten.

Risiken eines solchen operativen Eingriffes

Die Implantation eines künstlichen Hüftgelenkes ist mit den generellen Risiken eines größeren operativen Eingriffs verbunden. Dazu gehören die Bildung von Blutgerinnseln in den Beinen (Thrombose) während oder nach der Operation, die Wundheilungsstörung (Infektionen), der postoperative Bluterguss (Hämatom), die Nachblutung und die Möglichkeit einer Verletzung von Nerven und Blutgefäßen. Gelegentlich kann während der Operation ein Blutverlust auftreten, der eine Bluttransfusion (Eigen- oder Fremdblut) erfordert. Eine Implantatallergie gegen Bestandteile der Endoprothese kann ähnlich wie bei einer Infektion einen Austausch des künstlichen Gelenkes erforderlich machen (Revisionsoperation). Ein für den Eingriff spezifisches Risiko ist eine selten auftretende Absprengung von Knochengewebe am Oberschenkel, die dann einer zusätzlichen Stabilisierung durch Verdrahtung oder Schrauben bedarf. Bei circa 3% der Patienten kommt es im Laufe von 10 Jahren zu einer sogenannten Endoprothesenlockerung, die mit Schmerzen und eventuell entzündlichen Veränderungen einhergeht und eine Revisionsoperation mit einem Wechsel der Endoprothese erforderlich machen kann. Oft kommt es in den ersten Monaten nach der Operation zu heterotoper Knochenbildung, einer Periartikulären Ossifikation. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen würde durch sie die durch die Operation gewonnene Beweglichkeit wieder zunichte gemacht. Durch vorbeugende Röntgen-Bestrahlung des umliegenden Gewebes unmittelbar vor der Operation (in der Regel mit 7 Gy mittels eines Linearbeschleunigers) und postoperativer Gabe eines geeigneten Entzündungshemmers (in der Regel Indometacin) wird die Ossifikation so begrenzt, dass es in der Regel nicht zu klinisch relevanten Komplikationen kommt. ^[4]
Die genannten Risiken treten in darauf spezialisierten Kliniken in weniger als einem Prozent der Behandlungsfälle auf. Vgl. dazu die jeweiligen Qualitätsberichte.

Schulter-Endoprothese

Vergleichbar zur Behandlung der Hüftarthrose gibt es bei der Schulter etwa seit 1990 eine 3. Generation der Schulter-Endoprothese (künstl. Schulter-Gelenke). Nach Neer-I-Prothesen (seit 1972) wurden drei verschiedenen formschlüssige (constraint) Prothesendesigns erprobt. Die Verwendung dieser wurde 1974 beendet. Seit Anfang der 90er-Jahre stehen Systeme der zweiten Generation zur Verfügung(Neer-II-Prothesen). Im Laufe der 90er-Jahre wurden Systeme der dritten Generation entwickelt, mit spezieller Offset-Kopfgeometrie des Humerus und neuen Pfannensystemen.

Knieprothesen

Knieprothesen unterteilt man nach ihrem Koppelungsgrad in mehrere Gruppen:

• Ungekoppelte Prothesen: Die uni-, bi- und trikondyläre Endoprothese. Bei der unikondylären wird nur der innere oder (seltener) der äußere Kondylus (= Gelenkrolle) des Oberschenkelknochens ersetzt samt der gegenüber liegenden halben Gelenkfläche des Schienbeinkopfes (zwei Implantate). Die bikondyläre Endoprothese ersetzt beide Kondylen und die gesamte Gelenkfläche des Schienbeinkopfes. Bei der trikondylären Methode - früher fast routinemäßig und heute eher die Ausnahme - erfolgt zusätzlich ein Ersatz der Gelenkfläche der Kniescheibe. Den Metall-Implantaten ist als Gleitfläche eine Polyäthylenschicht aufgelagert.

Der Hauptunterschied zu den gekoppelten Endoprothesen besteht darin, dass die prothetischen Anteile nicht fest mechanisch verbunden, sondern gegeneinander verschiebbar sind. Die bikondyläre Endoprothese zählt bereits zu den totalen Knieendoprothesen, da bei ihr das gesamte tibiofemorale Gelenk ersetzt wird. Für den Einsatz einer ungekoppelten Knieprothese müssen beide Außenbänder intakt und funktionsfähig bzw. rekonstruierbar sein. Bei fehlendem oder defektem hinteren Kreuzband existieren, diesen Mangel kompensierende, funktionell stabilisierende oder teilgekoppelte Modelle.

• Teilgekoppelte Prothesen. Zu ihnen zählt man hauptsächlich das sogenannte PS-Knie. Posterior Stabilisierte Prothesen kommen zum Einsatz, wenn das hintere Kreuzband beschädigt oder entfernt wurden.
• Gekoppelte Prothesen sind achsgeführte Implantate (Scharniergelenk). Sie kommen zum Einsatz, wenn die Band- und muskuläre Stabilität des Gelenks unzureichend sind. Dies ist der Fall, wenn z. B. Außen- und Innenband degenerativ oder traumatisch geschädigt sind oder der gesamte Kapselbandapperat bei starker Achsenfehlstellung (X-Bein/O-Bein) degeneriert ist. Außerdem ist die achsgeführt-gekoppelte Knieprothese eine häufige Lösung für Prothesenwechsel, bei denen mit Bandzerstörung und/oder Knochenverlust zu rechnen ist.

Sprunggelenk-Endoprothese

Röntgenbild einer implantierten Sprunggelenks-Endoprothese mit einer Tibia-Gleitplatte (oben) und einer Kappe für den Talus (unten) mit einem Polyethylen-Gleitkern in der Mitte

Es gibt zur Zeit mehrere Endoprothesen-Modelle, allen gemeinsam ist jedoch das 3-Komponenten-Design. Meistens wird die Sprunggelenks-Endoprothese über einen vorderen, längsverlaufenden Zugang zum oberen Sprunggelenk eingesetzt. Dabei wird ein ausreichend langer Hautschnitt durchgeführt um Zug der Haken auf die Weichteile zu vermeiden. Durch präzise Ausrichtungs- und Sägeschablonen wird das Knochenlager im Bereich der Tibia und des Talus entsprechend zugerichtet, so daß die Prothese eingesetzt werden kann. Der Eingriff erfolgt normalerweise in Regionalanästhesie, bei der entweder die untere Körperhälfte, oder nur das betroffene Bein in die Anästhesie einbezogen werden. Der wesentliche Vorteil dieser Methode liegt in der erleichterten Schmerztherapie nach der Operation. In besonderen Fällen wird der Eingriff auch in Allgemeinnarkose durchgeführt und dauert zwischen 90 und 120 Minuten. Unmittelbar nach der Operation wird der Patient mit einer abnehmbaren Vacoped®-Schiene versorgt. Bei unkompliziertem Verlauf kann der Patient bereits am 1. Tag nach der Operation mit Hilfe aufstehen. Am 2. Tag nach der Operation wird das Bein mit der Vacoped®-Schiene einmalig kontrolliert axial voll belastet. Dies dient zur Nachkompression der Prothesen-Komponenten im Knochenlager.

Indikation: Um die für eine Prothese geeigneten Patienten herauszufinden, wird vor jeder Operation eine gründliche körperliche Untersuchung des Patienten erfolgen, die das Röntgen des erkrankten Gelenkes beinhaltet. Eine Kernspintomographie (NMR) kann in bestimmten Fällen eine notwendige Zusatzuntersuchung sein. Bei Durchblutungsstörungen im Bereich des Talus, Infektionen und schweren Weichteilproblemen im Bereich des Sprunggelenkes ist kein Sprunggelenksersatz möglich. Grobe Fehlstellungen im oberen Sprunggelenk können die Operation erheblich erschweren. Die Implantation eines künstlichen Sprunggelenkes ist eine technisch anspruchsvolle und schwierige Operation. Sie sollte deshalb von geübten, mit dieser Problematik vertrauten Operateuren durchgeführt werden. In Deutschland werden derzeit ca. 1000 Sprunggelenksendoprothesen pro Jahr implantiert. Die Zentren mit der größten Erfahrung auf dem Gebiet der Sprunggelenks-Endoprothetik befinden sich derzeit (2009) in Basel (Schweiz),Bad Bramstedt, Bad Oeynhausen, Berlin, Magdeburg, Offenburg, Schongau und Wiesbaden.

Zahnimplantate

Zahnimplantate sind nach obiger Definition ebenfalls Endoprothesen, vorwiegend aus Reinsttitan. Sie unterscheiden sich biomechanisch von Hüft- oder Knieendoprothesen dadurch, dass sie nicht "geschlossene", sondern "offene Implantate" sind, weil sie im oberen Anteil die Schleimhaut perforieren und damit der infektiösen Umgebung der Mundhöhle ausgesetzt sind.

Belastung von Endoprothesen

Instrumentierte Hüftendoprothese zur telemetrischen Belastungsmessung im Patienten. Julius Wolff Institut

Über die tatsächlichen mechanischen Belastungen von Endoprothesen war bisher nur wenig bekannt. Genaue Kenntnisse über die Größe und Richtung der einwirkenden Kräfte und Momente sind aber eine Voraussetzung für die Verbesserung der Implantate und deren Verankerung im Knochen. Ein Forscherteam des Julius Wolff Instituts der Charité – Universitätsmedizin Berlin entwickelt seit vielen Jahren Endoprothesen mit integrierter Messelektronik mit denen die Gelenkbelastung im Patienten gemessen und drahtlos an einen Computer übertragen wird. Die Belastungen, die ein mehrfaches des Körpergewichts betragen können, werden für die verschiedenen Alltagsaktivitäten gemessen, in einer Datenbank gespeichert und im Internet Interessierten zugänglich gemacht. Neben Hüft-, Schulter- und Knieendoprothesen wurden auch Wirbelsäulenimplantate für in vivo Messungen instrumentiert.

Belastungsmessung im Patienten mit instrumentierter Knieendoprothese

Einzelnachweise

1. ↑ zimmergermany.de (Dump vom 30. Juni 2008) unter Verweis auf statistische Angaben für 2007 der im Bundesverband Medizintechnologie e.V. vertretenen Unternehmen
2. ↑ zimmergermany.de (Dump vom 30. Juni 2008) unter Verweis auf statistische Angaben für 2007 der im Bundesverband Medizintechnologie e.V. vertretenen Unternehmen
3. ↑ zimmergermany.de (Dump vom 30. Juni 2008) unter Verweis auf „The Swedish Hip Arthroplasty Register“: Annual Report 2005. Online publiziert unter www.jru.orthop.gu.se/
4. ↑ [1] "Präoperative Bestrahlung zur Prävention heterotoper Ossifikation nach Hüftgelenksendoprothese", oft zitierte Dissertation zu diesem Thema)

Literatur

Hinkelmann U, Fleischhauer M, Hrsg (2007): Die Endoprothese. Das künstliche Hüft- und Kniegelenk Schritt für Schritt erklärt. Elsevier Urban & Fischer

Weblinks

• PDF: Endoprothetik
• Hüftendoprothese Eine Checkliste aus Patientensicht zur Auswahl der geeigneten Klinik
• Florian Jena, 2006: Klinische Ergebnisse einer Schulterendoprothese der dritten Generation. Dissertation LMU München: Medizinische Fakultät (pdf-Datei, ca. 900 kB)
• Jörg Jerosch, Jürgen Heisel: Schulterendoprothetik: eine Standortbestimmung – Implantation bei Omarthrosen und Frakturen des proximalen Humerus. In: Deutsches Ärzteblatt 100, Ausgabe 37 vom 12.09.2003
• Röntgenbild McMinn
• Informationen und Bildmaterial zu: Oberflächenersatz nach McMinn-Birmingham Hip Resurfacing (BHR),Kopf-Schenkelhals-Prothese nach McMinn - Birmingham Mid-Head-Resection (BMHR) und Metall-Metall Großkopfprothesen mit Standardstielen
• Diashow zur Implantation einer Knieprothese
• Instrumentierte Implantate zur in vivo Messung der Kräfte und Momente Julius Wolff Institut, Charité - Universitätsmedizin Berlin
• frei zugängliche Internet-Datenbank "OrthoLoad" mit Ergebnissen von Belastungsmessungen verschiedener Endoprothesen (englisch)
• Strategien für bessere und langlebigere künstliche Hüftgelenke

Bitte beachte den Hinweis zu Gesundheitsthemen!