Zementfreie Knieendoprothetik

In der Hüftendoprothetik hat sich ein weltweiter Trend zur zementfreien Verankerung etabliert. Ob sich hieraus eine analoge Wende für die Knieendoprothetik ableiten lässt, vermag auch die Literatur (noch) nicht eindeutig zu beantworten.

© Shane Pequignot @EYE PIX Photography

Abb. 1: Zimmer Biomet Persona^TM

Im Jahr 1890 implantierte Themistocles Gluck die erste Kniegelenkendoprothese,¹ gefertigt aus Elfenbein, und verankerte diese mit einem erhitzten Gemisch aus Kolophonium und Bimsstein am Knochen. Über Jahrzehnte hinweg wurden seither Implantatdesigns, Materialien, OP-Techniken, Schmerzmanagement und die Evaluierung der postoperativen Ergebnisse stetig verbessert. Heute ist der Kniegelenksersatz mittels Totalendoprothese ein weltweit erprobtes und verlässliches Mittel zur chirurgischen Versorgung fortgeschrittener Arthrosen. Ziel sind die Wiedererlangung langfristiger Schmerzfreiheit sowie der Erhalt oder Zurückgewinn der ursprünglichen Funktion. Verschiedene Studien berichten von erfolgreichen Ergebnissen bei über 90% der Patienten noch 20 Jahre nach Durchführung des Eingriffs.² Im Lauf der vergangenen Jahre zeigte sich insgesamt eine steigende Inzidenz von Indikationen bei jüngeren Bevölkerungsgruppen. In den USA wird die Gruppe der unter 65-Jährigen im Lauf der nächsten Dekade einen Anteil von 55% an den insgesamt durchgeführten Eingriffen ausmachen.³ In Anbetracht dieser Entwicklungen rückt die zementfreie Alternative zur klassischen zementierten Verankerung immer wieder ins Zentrum wissenschaftlicher Diskussionen.

Verankerung in der Knieendoprothetik allgemein

Zur Verankerung der Prothesenkomponenten am Knochen stehen prinzipiell die zementierte, die zementfreie oder die kombinierte, als Hybrid bezeichnete Methodik (zementfreie femorale und zementierte tibiale Komponente) zur Verfügung.⁴ Die zementierte Verankerung gilt als wissenschaftlich ausgiebig nachuntersucht und ist aufgrund von ausgezeichneten Langzeitergebnissen und niedrigen aseptischen Lockerungsraten derzeit als Standard anzusehen. Dies scheint auch von Registerdaten gestützt zu werden.² Moderne Zementiermethodiken beinhalten die Verwendung von Pulse-Lavage, Vakuummischsystemen, das Operieren unter Blutsperre (nicht mehr zwingend), das Anbohren sklerotischer Knochenflächen sowie das Aufbringen des Zements sowohl am Knochenschnitt als auch an der Prothesenoberfläche („bi-surface cementing“). Nichtsdestoweniger ist aus verschiedenen Gründen ein steigendes Interesse an zementfreien Implantaten bzw. zementfreier Verankerung von Prothesen bemerkbar. In der Hüftgelenkendoprothetik beispielsweise hat sich bereits in vielen Ländern erfolgreich ein deutlicher Trend zur zementfreien Verankerung entwickelt.² Die erste Generation von zementfreien Kniegelenkimplantaten wurde Anfang der 1980er-Jahre durch Howmedica mit der PCA(„porous coated anatomical“)-Knietotalendoprothese eingeführt. Etwa zehn Jahre später folgten die ersten klinischen Ergebnisse, die denen der zementierten Implantate ähnlich waren.^5–7

Vor- und Nachteile der zementfreien Verankerung

Abb. 2: Zimmer Biomet Trabucular Metal^TM

Auch Vor- und Nachteile der zementfreien Technik geben immer wieder und stetig Anlass zu wissenschaftlicher Diskussion. Zum einen ist bei zementfreier Verankerung theoretisch weniger Resektion am nativen Knochen notwendig. Dies scheint bei Primärimplantationen noch vernachlässigbar, wird jedoch durch den tieferen Zementeintritt in den Knochenstock bei Revisionen schlagend. Zum anderen sind postoperativ keine obsoleten Zementpartikel bzw. Zementabrieb im Gelenk zu befürchten. Beides ist vor allem in Anbetracht der jünger, aktiver und anspruchsvoller werdenden Patienten und der damit einhergehenden steigenden Wahrscheinlichkeit von Sekundäreingriffen von Relevanz. Für viele Chirurgen ist vor allem eine biologische und „physiologischere“ Osteointegration am Knochen-Prothesen-Interface wünschenswert.² Gelingen soll dies durch die Migration von Osteoblasten und Mesenchymalzellen in Richtung der rauen und von Poren durchsetzten Oberfläche des Implantats. Hat diese Osteointegration einmal stattgefunden, ist eine Lockerung (in Abwesenheit von lytischen oder septischen Verhältnissen) unwahrscheinlich. Die Beschichtung zementfreier Implantate mit bioaktiven (osteokonduktiven) Oberflächen soll die Fixierung weiter unterstützen. Beschichtungen mit Hydroxylapatit (HA) können beispielsweise zur Umwandlung von Fasergebewebe in Knochen führen⁸ und so tibiale Mikrobewegungen mindern und die femorale und tibiale Stabilität erhöhen.^9–11 Alternativ dazu bietet Trabecular Metal^TM (Zimmer Biomet, Warsaw, Indiana) eine poröse Oberflächenbeschaffenheit aus Tantal, das die native Trabekelstruktur des Knochens nachahmen¹² und so ein Einwachsen ermöglichen soll (Abb.2).^13,14 Auch bieten neue Herstellungsmethoden mit Titanpulver, wie beispielsweise BIOFOAM (Microport Orthopedics Inc., Arlington, Tennessee), eine mikroskopische Oberflächenstruktur mit variabler Porosität und Stärke,¹⁵ die der Oberfläche des trabekulären Knochens sehr ähnlich ist. Voraussetzung für eine optimale Osteointegration sind jedoch immer eine exakte knöcherne Schnittführung und die damit einhergehende Primärstabilität. Es sollen so Mikrobewegungen am Interface, welche die Primärstabilität senken und so die Wahrscheinlichkeit für Osteointegration mindern, verhindert werden.^16,17 Schlussendlich soll das Argument der Zeitersparnis bei ausbleibender Zementiertechnik bzw. fehlendem Abwarten der Aushärtezeit erwähnt sein. Die Vorteile der zementierten Verankerung von Knietotalendoprothesen ergeben sich aus den oben genannten Argumenten (höhere Primärstabilität und leichtere chirurgische Fixierung durch den Ausgleich unregelmäßiger Knochenschnitte bzw. von Knochendefekten). Auch stellt die Zementschicht eine gewisse Barriere dar, um das Knochen-Interface vor Polyethylenabrieb zu schützen und so ggf. Osteolysen zu verhindern.¹⁸ Zuletzt besteht die Option einer Anreicherung des Zementmaterials mit verschiedenen antibiotischen Wirkstoffen. Weiterhin offen bleibt die Frage nach der optimalen Selektion der Patienten, vor allem in Hinsicht auf schlechte Knochenqualität. Auch finanzielle Aspekte sind zu berücksichtigen. Zementfreie Knietotalendoprothesen kosten in der Mehrheit aller Länder aufgrund der aufwendigeren Herstellung deutlich mehr als die vergleichbaren zementierten Implantate, in Österreich beispielsweise um 20–25%. Die Differenz schwindet naturgemäß bei Berücksichtigung der Zementkosten. Es wird weiters argumentiert, dass die Kostendifferenz durch geringere OP-Dauer und die damit einhergehenden geringeren OP-Kosten zusätzlich gemindert werde.¹⁹

Tab. 1: Überblick über die Überlebensraten der genannten zementfreien Prothesensysteme anhand ausgewählter Studien mit Fallzahlen von 200 oder mehr (nach Bingham et al. 2020)²⁵

Ein Blick in die Registerdaten

Die niederländischen Registerdaten erfassten 190651 zementiert implantierte Knietotalendoprothesen (94,8%) zwischen 2007 und 2017. Dem gegenüber stehen 10560 zementfreie Implantate (5,4%) im selben Zeitraum ohne Unterschied in Bezug auf kurz- und mittelfristige Revisionsraten.²⁰

Im australischen Register finden sich Daten zu Revisionsraten 10 Jahre nach Implantation von CR(„cruciate retaining“)-Knietotalendoprothesen. Es schneiden hier die zementierten Implantate (4,4% Revisionsrate) und Hybridimplantate (4,5%) im Vergleich zu den zementfreien Implantaten (6%) besser ab. Bei den PS(„posterior stabilized“)-Implantaten im analogen Zeitraum schwindet dieser Unterschied etwas (zementiert 5,9%, hybrid 7,2%, zementfrei 6,3%).²¹

Abb. 3: Zimmer Biomet Oxford Hemiprothese

Das UK-Register gibt 10 Jahre nach zementierter Implantation von Knietotalendoprothesen eine Revisionsrate von 3,39% (alle „constrained“ Varianten), nach Hybrid-Implantation von 3,52% und nach zementfreier Implantation von 4,17% an.²² Bei Hemiprothesen (Halbschlitten) liegen Daten aus dem Jahr 2020 von 7407 zementierten und ebenso vielen zementfreien (Oxford-)Implantaten vor (Abb.3). Die 10-Jahres-Überlebensrate betrug für die zementfreien Implantate 93% und für die zementierten 90% – Erstere lag damit signifikant höher bei geringerem Risiko für aseptische Lockerung und Revision aufgrund unklarer Beschwerden oder Lyse. Das Risiko für eine Revision aufgrund von periprothetischen Frakturen hingegen verminderte sich bei zementierten Implantaten signifikant.²³

Im deutschen Endoprothetikregister (EPRD-Jahresbericht 2020) wird der Anteil der zementierten Knietotalendoprothesen mit 94,5%, der mittels Hybrid-Technik mit 4,3% und der von zementfrei eingebrachten Implantaten mit 1% angegeben. Dabei zeigten zementfreie femorale Komponenten (n=15688) im Rahmen von Hybrid-Versorgungen im 5-Jahres-Follow-up mit ca. 4% die gleiche Revisionsrate wie zementierte Versorgungen (n=183478).²⁴

Am Kepler Universitätsklinikum Linz erhielten im Zeitraum zwischen 2013 und 2016 insgesamt 106 Patienten 113 Knietotalendoprothesen vom Typ Vanguard (Zimmer Biomet) mittels zementfreier tibialer und femoraler Verankerung. Bislang ergaben die Kontrollen durchwegs hervorragende klinische und radiologische Ergebnisse. Die 5-Jahres-Ergebnisse werden nach Abschluss der letzten Kontrollzyklen veröffentlicht.