ArchivDeutsches Ärzteblatt22/1998Die Behandlung von Gelenkknorpeldefekten

MEDIZIN: Aktuell

Die Behandlung von Gelenkknorpeldefekten

Dtsch Arztebl 1998; 95(22): A-1379 / B-1152 / C-1077

Erggelet, Christoph; Steinwachs, Matthias; Reichelt, Achim

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LNSLNS Stichwörter: Gelenkknorpeldefekt, Chondrozytentransplantation, Knorpelbiologie, Osteochondrosis dissecans
Die normale Gelenkfunktion ist ohne Gelenkknorpel nicht möglich. Gelenkknorpeldefekte entstehen entweder durch ein Trauma oder durch die ätiologisch noch nicht geklärte schleichende Auslösung eines Fragments bei der Osteochondrosis dissecans. Diagnostisch sind klinische Untersuchung und MRI wegweisend. Therapeutisch werden frische, traumatische Knorpelablösungen, meist arthroskopisch, refixiert. Gelingt dies nicht, kann versucht werden, durch knochenstimulierende Techniken (zum Beispiel Pridie-Bohrung, Abrasionschondroplastik) die Bildung von Knorpelersatzgewebe anzuregen. Auch achskorrigierende Osteotomien und Gelenkspülungen werden angewandt. Autologe osteochondrale Transplantationen sind seit langem bekannt und werden heute arthroskopisch ausgeführt. Verhältnismäßig neu ist die Idee der Wachstumsstimulierung von hyalinem Knorpel, zum Beispiel durch Periost, Perichondrium oder Chondrozyten. Diese Methoden zeigen auch klinisch initial erfreuliche Ergebnisse, wobei allerdings prospektive Untersuchungen und langfristige Ergebnisse noch fehlen.
Key words: Full thickness cartilage defect, chondrocyte transplantation, cartilage, osteochondritis dissecans
Normal joint function is not possible without intact cartilage. Full thickness cartilage defects arise either from trauma or slow dissection of a fragment in ostechondrosis dissecans. Safe diagnostic measures are clinical examination and MRI. Acute osteochondral lesions should be reattached, if possible, arthroscopically. For delayed lesions, a bone stimulating technique may be successful in regenerating fibrous cartilage. Osteotomy and arthroscopic lavage are common treatments. Autologous osteochondral transplantations (OATS, mosaic-plasty) are well studied procedures in the arthrotomic technique which are now performed arthroscopically. Recent developments include stimulation of chondroneogenesis in hyaline cartilage by implantation of perichondrium, periosteal flaps, and autologous chondrocytes. Those methods show promising short term results, but long term evaluations are still pending.
Zunehmend wird in der Fach- und Laienpresse über neue Möglichkeiten der Behandlung von Knorpelschäden der Gelenke berichtet. Ausgelöst wurde das weltweite Interesse 1994 durch einen Artikel im New England Journal of Medicine von Mats Brittberg und Mitarbeitern (3), in dem sie über die erfolgreiche Transplantation von autologen Chondrozyten und die In-vivo-Neubildung von hyalinem Knorpel berichteten. Die Schädigung der kartilaginären Oberfläche der Gelenke ist von immenser, auch volkswirtschaftlicher Bedeutung. Die normale Gelenkfunktion ist ohne intakten Gelenkknorpel nicht möglich. Um so bedeutsamer ist die Tatsache, daß der menschliche Gelenkknorpel nur wenig Potenz zur Regeneration besitzt. So hinterlassen auch kleinere traumatische Läsionen bleibende Schäden.
Biologie des Gelenkknorpels
Der Gelenkknorpel ist in seiner Ausbildung hyaliner Knorpel, welcher im Bereich des Kniegelenkes eine Dicke von bis zu 5 mm erreicht. Seinem komplizierten und einzigartigen Aufbau (Grafik 1) verdankt er die Fähigkeiten der mechanischen Dämpfung sowie des fast reibungslosen Gleitens der korrespondierenden Gelenkflächen. Die Ernährung erfolgt über synoviale Perfusion und in geringerem Maße auch hämatogen über die subchondrale Knochenplatte. Histologisch findet sich ein komplexer Aufbau aus Chondrozyten, Proteoglykanen und Kollagenfasern (Grafik 2). Auffallend ist, daß der Zellanteil nur etwa ein Prozent der Knorpelmasse ausmacht. Hauptsächlich Typ-II-Kollagenfasern bilden das Gerüst des hyalinen Knorpels, in geringem Umfang jedoch auch Kollagen Typ IX, X und XI. Das Kollagen macht etwa 60 bis 70 Prozent des Knorpeltrockengewichts aus. Die Kollagenfasern sind für die biomechanische Elastizität und Stärke des Gelenkknorpels verantwortlich. Die Proteoglykane zeichnen sich dadurch aus, daß sie, eingefügt in das Faserwerk der Kollagenfibrillen im Sinne einer physikalischen Elastizität, die Fähigkeit haben, Wasser aufzunehmen und wieder abzugeben.
Aus noch nicht bekannten Gründen hat der menschliche Körper nur eine sehr geringe intrinsische Fähigkeit zur Regeneration von hyalinem Knorpel. Vielmehr bildet er als Reaktion auf Schädigungen der Gelenkknorpeloberfläche fibröses Ersatzgewebe. Dieser Faserknorpel ist auf seiner Oberfläche rauher, substantiell weicher und von kürzerer Lebensdauer, was die Entstehung einer Osteoarthrose fördert. Makroskopisch stellt sich der intakte Gelenkknorpel als weiße spiegelnde Fläche dar, welche sich nur wenig eindrücken läßt, während fibröses Gewebe gelblich erscheint, eine stumpfe Oberfläche besitzt und leicht einzudrücken ist.
Gelenkknorpeldefekte
Man weiß noch sehr wenig über die Entstehung von Gelenkknorpeldefekten, wenn es sich nicht um ein Trauma mit einem biomechanisch nachvollziehbaren Schädigungsmechanismus handelt. Unfallbedingte Läsionen können durch frontale Kontusionen (Sturz oder Auffahrunfall) oder Distorsionen des Kniegelenkes, unter Umständen mit Begleitverletzungen des Kapselbandapparates, entstehen. Hierdurch kommt es zum Ausbrechen oder Abscheren der Knorpeloberfläche unterschiedlichen Ausmaßes. Für die Therapie ist die Größe des Defektes und deren Lokalisation wichtig. Von Bedeutung ist, ob um den Defekt eine ausreichende Knorpelschulter verbleibt (Abbildung 1). Ist dies der Fall, sind die Auswirkungen auf die Gelenkkinematik zunächst noch gering. Unabhängig davon wird der Patient jedoch über immer wieder auftretende Schmerzen, besonders nach körperlicher Belastung, klagen, was ein therapeutisches Handeln notwendig macht. Wichtig für die Prognose ist auch der Zustand der subchondralen Knochenplatte. Ist diese traumatisch zerstört, kommt es eher zu einer Einsprossung von Fibroblasten und zur Ausbildung eines faserknorpeligen Ersatzgewebes. Bei reinen Abscherungen der Knorpelfläche unter Schonung der subchondralen Schicht dauert eine Regeneration, gleich welcher Form, ungleich länger, sofern sie überhaupt eintritt. Der Entstehungsmechanismus der Osteochondrosis dissecans ist noch nicht endgültig geklärt. Für die schleichende Auslösung eines Knorpelfragments aus dem Verbund werden posttraumatische Veränderungen sowie vaskuläre Störungen diskutiert. Kommt es ohne spezifische Therapie zu einer Auslösung dieses Fragments, werden ein freier Gelenkkörper mit Einklemmungserscheinungen und Schmerzen das Beschwerdebild des Patienten charakterisieren.
Diagnostische Leitlinien
Nach akutem Trauma mit Hämarthrose oder sekundärem Kniegelenkserguß wird eine umfassende Diagnostik auch Läsionen des Gelenkknorpels aufdecken. Schwieriger wird es bei rezidivierenden Kniegelenkergüssen, Belastungsschmerz und gelegentlichem Reiben im Gelenk. Hier erfolgt die Diagnosesicherung mittels MRI, gegebenenfalls mit Kontrastmittel. Klinische Einklemmungserscheinungen sprechen bei negativen Meniskuszeichen für ein Corpus liberum, unter Umständen auf dem Boden eines chondralen Defekts. Konventionelle Röntgentechniken führen oft nicht weiter, da rein chondrale Fragmente oder Läsionen nicht dargestellt werden, es sei denn, es ist bereits zu einer Sklerosierung des Fragments gekommen oder es liegt eine begleitende ossäre Läsion vor. Auf eine rein diagnostische Arthroskopie sollte verzichtet werden, bis Klarheit über weitere therapeutische Optionen besteht.
Therapiemethoden
Refixation von losgelösten Fragmenten
Frische osteochondrale Läsionen (flake fractures) wird man anatomisch zu refixieren versuchen. Dies geschieht heute meist arthroskopisch mit Hilfe von resorbierbaren Schrauben oder Stiften. Bei Vorliegen von rein chondralen Loslösungen sind die Erfolgsaussichten einer Refixation bei weitem nicht so gut. Ein Versuch - besonders bei jungen Patienten - sollte jedoch in Anbetracht der drohenden Konsequenzen unternommen werden.
Bei Versagen dieser Therapie muß das Dissecat entfernt werden. Gleiches gilt für ausgelöste Fragmente bei Osteochondrosis dissecans. In Frühstadien dieser Erkrankungen kann es bei intakter Knorpeloberfläche erfolgreich sein, durch eine subchondrale Spongiosaplastik - sei es retrograd oder anterograd - den KnorpelKnochen-Verbund wieder herzustellen.
Knochenstimulierende
Techniken
Unter diesem Begriff werden Behandlungsmethoden zusammengefaßt, welche das Ziel verfolgen, die degenerativ veränderte und sklerosierte subchondrale Knochenplatte zu durchbrechen und somit eine Revaskularisierung und Revitalisierung zu erreichen. Wie oben erwähnt, führt dies zu einer Einsprossung von Fibroblasten und einer Deckung des Defektes mit fibrösem Ersatzgewebe. Dieses Ziel kann erreicht werden zum Beispiel durch antero- oder retrograde subchondrale Bohrungen. Tippet und Mitarbeiter (13) und andere haben über eine so behandelte Serie von Patienten berichtet, von denen über 70 Prozent mit dem Operationserfolg sehr zufrieden waren. Der Eingriff wurde jedoch in Verbindung mit einer achskorrigierenden Tibiaosteotomie durchgeführt. Zu beachten ist auch, daß bei einer solchen Therapie die subchondrale Platte mit ihrer noch nicht in allen Einzelheiten bekannten Funktion irreparabel geschädigt wird. Weit verbreitet ist die sogenannte Abrasionschondroplastik, bei der mit rotierenden Fräsinstrumenten (Shaver) degenerativ verändertes Gewebe der subchondralen Schicht entfernt wird.
Osteotomien
Achskorrigierende Osteotomien führen zu einer Entlastung des betroffenen Kompartiments. Sie lassen die schmerzverursachende Pathologie unberücksichtigt. Nach einem operativen Eingriff zur Behandlung von Knorpeldefekten ist eine physiologische Beinachse von großer Bedeutung für den Therapieerfolg. Die Korrektur von Varus- beziehungsweise Valgusdeformitäten ist daher unverzichtbar.
Periostlappenplastik
Die Defektdeckung mit einem autologen Periostlappen oder Perichondrium ist schon länger bekannt und wurde unter anderem von Bruns et al. (4) und Schlepckow und Kopf (11) untersucht. Hierbei wird ein Periostlappen von der Tibia oder Perichondrium vom Rippenbogen entnommen und auf den Defekt aufgesteppt. Tierexperimentell und klinisch hat sich gezeigt, daß sich unter dieser Defektdeckung ein Mischgewebe zwischen hyalinem und fibrösem Knorpel bildet. Die klinischen Ergebnisse sind ermutigend. Als bedeutende Komplikation wird häufiger eine Kalzifizierung des Periostlappens beschrieben mit nachfolgendem Verlust der Defektdeckung und sekundärer Schädigung der Knorpeloberfläche durch einen nun freien Gelenkkörper.
Autologe osteochondrale Transplantation
Bobic (2) und Hangody (7) haben fast zeitgleich über ein Verfahren berichtet, welches die arthroskopische Transposition von autologen Knorpelknochenzylindern ermöglicht (OATS, Mosaic-Plasty): Aus unbelasteten Knorpelarealen des Kniegelenkes werden mit einem speziellen Instrumentarium Zylinder von bis zu 1 cm Durchmesser und etwa 2 cm Länge entnommen, die in zuvor gleich groß ausgestanzte Löcher im Defektbereich transplantiert werden. Verfahren ähnlichen Prinzips sind bereits früher in arthrotomischer Technik mit unterschiedlichem Erfolg beschrieben (14). Neben der technischen Optimierung der arthroskopischen Systeme wird für langfristige Erfolge die Frage entscheidend sein, inwieweit die kleine subchondrale Knorpelplatte in der Lage ist, auch nach mechanischer Belastung durch die Transplantation das ebenso kleine Gelenkknorpelfragment zu halten. Ebenfalls noch nicht untersucht sind die Auswirkungen der zwischen den mosaikartig eingebrachten Transplantaten einsprossenden Faserknorpelinseln auf die tribologischen Eigenschaften des Gelenkes.
Autologe
Chondrozytentransplantation
Brittberg, Peterson und Mitarbeiter (3) haben 1994 eine Technik vorgestellt, deren Ziel es ist, tiefe Defekte des Gelenkknorpels (Abbildungen 2 und 3) durch hyalinen Knorpel durchgehend zu decken. Hierzu wird in einem primären arthroskopischen Eingriff ein kleines Fragment gesunden hyalinen Knorpels entnommen. Aus diesem werden Chondrozyten extrahiert und durch Kultivierung in ihrer Zahl vermehrt (Abbildung 4). Diese jetzt dedifferenzierten Zellen werden in einem zweiten Eingriff auf den Defekt replantiert, indem sie unter einen aufgesteppten Periostlappen (Abbildung 5) injiziert werden. Mit Fibrinkleber versiegelt, wird so eine "bioaktive Kammer" (bioactive chamber) gebildet, in der die Chondrozyten redifferenzieren. Schon nach vier Wochen läßt sich Kollagen II nachweisen als Zeichen einer Defektfüllung mit hyalinartigem Knorpelgewebe, welches sich durch annähernd gleiche biomechanische Eigenschaften auszeichnet wie physiologischer Gelenkknorpel. Bisher sind weltweit etwa 1 500 Patienten behandelt worden. Peterson und Mitarbeiter berichten in ihrer ersten Serie von 213 konsekutiven Patienten über eine Erfolgsrate von 80 bis 90 Prozent nach zwei bis fünf Jahren (10). Das deckt sich mit eigenen Ergebnissen. Auch eine standardisierte biomechanische Beurteilung der Knorpeloberfläche bei Second-look-Arthroskopien und 23 histologische Präparate zeigten, daß die vorliegenden Defekte an Femurkondylen und Patellarückfläche zum großen Teil beziehungsweise ausschließlich mit hyalinem Knorpel gedeckt waren. Ergebnisse prospektiver Untersuchungen liegen jedoch noch nicht vor. Eine Kalzifizierung des Periostlappens wurde nach autologer Chondrozytentransplantation bisher nicht beobachtet (3, 10).
Ausblick
Die durch zum Teil reißerische Berichte in den Medien entfachte Euphorie bei der Behandlung von traumatischen und degenerativen Knorpeldefekten entbehrt sicherlich einer wissenschaftlichen Basis. Es ist noch nicht möglich, Knorpeldefekte mit einer "Spritze ins Knie oder in das Hüftgelenk" zu heilen. Der Durchbruch liegt jedoch vielmehr darin, daß erstmalig Behandlungsmethoden zur Verfügung stehen, deren Ziel es ist, Gelenkknorpeldefekte biologisch beziehungsweise physiologisch zu decken. Daß dies im Bereich von Knie, Schulter und Sprunggelenk mit guten Ergebnissen möglich ist, konnte bereits gezeigt werden. Doch erst Langzeitergebnisse werden aufdecken, ob wirklich die frühzeitige Ausbildung einer Arthrose ausbleibt. Bis dahin sollten diese Behandlungsoptionen aufgrund ihrer Komplexität und Invasivität am Ende der therapeutischen Kaskade stehen. Neben der klinisch-funktionellen Überwachung konzentriert sich die experimentelle Forschung derzeit auf verschiedene Möglichkeiten, autologen Knorpel bereits im Labor in dreidimensionaler Definierung zu züchten. Auch die gentechnische Behandlung von Chondrozyten wird diskutiert (6). Erste Ergebnisse zum Einsatz von injizierbaren Chondrozytenträgern (9) und piezoelektrischer Wachstumsstimulation von Stammzellen (1) liegen bereits vor. Auch aus arthrotischem Knorpel sind schon erfolgreich Chondrozyten kultiviert worden (5, 12).
Die Zukunft wird zeigen, ob die Neubeschichtung - "re-surfacing" - zerstörter Gelenkflächen dauerhaft und belastbar möglich ist. Diese Idee ist so alt wie die orthopädische Forschung und von zentraler Bedeutung für den Erhalt der menschlichen Mobilität.


Zitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 1998; 95: A-1379-1382
[Heft 22]


Literatur
1. Baker B, Spadaro J, Marino A et al.: Electrical stimulation of articular cartilage regeneration. Annals New York Academy of Sciences 1974; 238: 491-499.
2. Bobic V: Arthroscopic osteochondral autograft transplantation in anterior cruciate ligament. Knee Surg, Sport Traumat, Arthrosc 1996; 3: 262-264.
3. Brittberg M, Lindhal A, Nilsson A et al.: Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte transplantation. N Engl J Med 1994; 331: 889-895.
4. Bruns J, Kersten P, Silbermann M et al.: Cartilage-flow phenomenon and evidence for it in perichondrial grafting. Arch Orthop Trauma Surg 1997; 116: 66-73.
5. Erggelet C, Steinwachs M: Autologous chondrocyte transplantation: Chondrocyte culturing and clinical aspects. In: Biological matrices and tissue reconstruction, Ed, Stark GB, Horch R, Tanczos E: Heidelberg New York Tokyo: Springer-Verlag 1998; 189-193.
6. Gerich TG, Lobenhofer P, Fu FH et al.: Möglichkeiten der Gentherapie bei traumatischen und degenerativen Gelenkläsionen. Orthopäde 1997; 26: 450-458.
7. Hangody L: Erfahrungen mit der Mosaik-Plastik bei Knorpelschäden, Vortrag 46. Jahrestagung Norddeutscher Orthopäden, Bremen 1997.
8. Noyes FR, Barber SD, Mooar LA: A rationale for assessing sports activity levels and limitations in knee disorders. Clin Orthop 1989; 246: 238-249.
9. Paige KT, Gima LG, Yaremchuk JP et al.: Injectable cartilage. Plast Reconstr Surg 1995; 96: 1390-1398.
10. Peterson L: Autologous chondrocyte transplantation. AAOS 65th Annual Meeting New Orleans 1998.
11. Schlepckow P, Kopf M: Makro- und mikromorphologische Befunde nach Periostlappentransplantation bei ausgedehnten Knorpeldefekten des Kniegelenkes. Chir Praxis 1991; 43: 273278.
12. Steinwachs M, Erggelet C: Cultivation of human chondrocytes from osteo-arthritic cartilage. 2nd Consensus Meeting, European Tissue Repair Society 1997, Freiburg 21. 8. 1997.
13. Tippet JW: Articular cartilage drilling and osteotomy in osteoarthritis of the knee. In: McGinty JB (Ed), Operative Arthroscopy. New York, NY: Raven Press 1991; 325-339.
14. Wagner H: Operative Behandlung der Osteochondrosis dissecans des Kniegelenkes. Z Orthop 1974; 98: 333-355.


Anschrift für die Verfasser
Dr. med. Christoph Erggelet
Orthopädische Abteilung der
Universitätskliniken Freiburg
Hugstetter Straße 55 · 79106 Freiburg

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