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Ziga Plahutar
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Hüfttotalendoprothetik in der heutigen Zeit: gut genug?
<p class="article-intro">Die Hüfttotalendoprothetik gilt als eine der besten Therapieentwicklungen der modernen Medizin. Entsprechend hoch ist der Anspruch der Patienten an eine Versorgung mittels Hüftprothese. Umso grösser ist die Enttäuschung, wenn das gewünschte Ergebnis nicht erzielt wird und persistierende Schmerzen oder instabile Gelenke verbleiben. Ein Teil der Therapieversager findet seinen Ursprung im konstruktionsbedingten Limit der Implantate.</p>
<hr />
<p class="article-content"><p>Seit Charnley vor inzwischen über 60 Jahren den Knochenzement zur Fixierung der Hüftprothesen erfolgreich eingesetzt hat, streben wir nach weiteren Verbesserungen des Implantatdesigns. Die wohl grössten Entwicklungsschritte diesbezüglich verdanken wir neu verfügbaren oder verbesserten Werkstoffen. Erst mit Einführung des Titans in den 1980er-Jahren konnten z.B. die Versuche zur Standzeitverlängerung nicht zementierter Schäfte annähernd das Niveau zementierter Schäfte erreichen. Von den 1970er- bis in die 1990er-Jahre war die Zeit der «namhaften » Schaftentwicklungen: Es entstanden u.a. die Müller-, Zweymüller-, Spotorno- Implantate.<br /> Anfang des neuen Jahrtausends war man mehr oder weniger zufrieden mit dem, was die Hüftprothetik erreichen konnte. So hörte ich an verschiedenen Stellen mehrfach die Aussage: «Die Hüftprothesen sind heute so gut, was willst du denn da noch verbessern?» Nicht nur Ingenieuren, sondern auch Medizinern sollten solche Aussagen wenig gefallen, denn Stillstand ist Rückschritt, solange die Perfektion nicht erreicht ist.<br /> Die Entwicklungsschritte im Bereich des Implantatdesigns wurden naturgemäss kleiner. Um eine «Ecke abzurunden», braucht es heute eine Entwicklungsgruppe mit mehreren, möglichst renommierten Fachvertretern. Der Anstoss hierfür ist meist industriegetrieben; wenn das eigene Produkt-Portfolio noch keine «runde Ecke» hat, bei der Konkurrenz diese aber die Verkaufszahlen antreibt, muss nachgebessert werden. Und dennoch hat sich in den letzten Jahren sehr viel getan: Mit Einführung des verbesserten Polyethylens – auch wieder eine werkstoffseitige Entwicklung –, konnte ein grosser Schritt zur Verringerung des Abriebs und der konsekutiven Osteolysenbildung erreicht werden. Mit der Investition dieses Vorteils in grössere Köpfe lernten wir Begriffe wie «volumetrischer Abrieb » und «Trunnionosis».<br /> Nicht zu vernachlässigen sind die Veränderungen hinsichtlich der Operationstechnik: «Minimal invasiv» heisst das Zauberwort der Orthopädie des frühen 21. Jahrhunderts. Es ist gar nicht so lange her – etwa gut 10 Jahre –, da konnte man auf jedem Kongress die ersten Ergebnisse der grossen Zentren bestaunen. Diejenigen, welche die neuen minimal invasiven Techniken anpriesen, warnten gleichermassen auch davor: «Wir mussten eine schwere Lernkurve durchlaufen, diese Technik darf nur an grossen Zentren mit hohen Fallzahlen durchgeführt werden. Das dürfen nur erfahrene Operateure machen, das ist nichts für Assistenten.»<br /> Wie sieht es nun heute aus? Unsere Assistenten lernen praktisch nur noch einen minimal invasiven Zugang, der klassische Zugang stellt für sie eher eine Herausforderung dar. Die Instrumente wurden dem Operationszugang angepasst, auch die Implantate wurden etwas optimiert. So sind z.B. die modernen Schäfte tendenziell etwas kürzer und eher «gebogene Gradschäfte».<br /> Sind wir nun heute mit der Operationstechnik und den Implantaten gut genug? Die Antwort ergibt sich aus einem Blick auf die möglichen Komplikationen.</p> <h2>Luxation</h2> <p>Die Luxation (Abb. 1a) nach Versorgung mittels Hüfttotalprothese ist eine Komplikation, welche ein schwerwiegendes Ereignis für den Patienten darstellt und zum Teil aufwendige Revisionsoperationen erforderlich macht.<sup>1</sup> Insbesondere nach stattgehabter Luxation und bei Revisionsoperationen allgemein steigt das Risiko erheblich. So konnten Phillips et al in einer Nachuntersuchung von 12 956 Patienten ein Risiko von 15 % für eine Luxation innerhalb der ersten 26 Monate postoperativ nachweisen.<sup>2</sup> Die Problematik von Luxationen nach primärer Hüftprothesenimplantation wird oft aufgrund der relativ niedrigen Inzidenz im Verhältnis zur guten Standzeit der Primärimplantate wenig beachtet.<sup>3</sup> Eine epidemiologische Studie von Bozic et al mit einer Nachuntersuchung von 51 345 Revisionsfällen nach Implantation einer Hüftprothese zeigt jedoch eindrucksvoll, dass mit 11 560 (22,5 % ) fast ein Viertel der nötigen Re-Operationen auf Luxationen zurückzuführen sind.<sup>4</sup> Eine beeindruckende Zahl – elftausendfünfhundertundsechzig – Nachoperationen wegen instabiler Hüftprothesen, und damit der grösste Anteil, noch vor Lockerungen über die Jahre. Mal ehrlich, verehrte Leserinnen und Leser: Hätten Sie das gedacht?<br /> Die Lösung komplexerer Fälle im Hinblick auf die postoperative Stabilität des Gelenkes, wenn z.B. die Muskulatur insuffizient ist oder der Trochanter major fehlt (Abb. 1b), stellt mit den verfügbaren Implantaten eine Herausforderung dar.</p> <h2>Impingement</h2> <p>Ein Impingement (Anschlagen des Prothesenhalses an das Inlay oder die Pfanne) der Hüftprothese liegt immer dann vor, wenn das postoperative Bewegungsausmass («Range of Motion», RoM) in mindestens einer Bewegungsrichtung grösser ist als das implantationsbedingte bzw. das rein technisch mögliche.<sup>1</sup> Insbesondere bei jungen Patienten kann die erforderliche RoM der Implantatkombination unterhalb der theoretischen RoM üblicher Standardimplantate liegen.<sup>1</sup> Aber auch durch nicht optimale Ausrichtung der Komponenten zueinander (Anteversion und Inklination der Pfanne sowie CCD-Winkel und Antetorsion des Schaftes) kann die erforderliche RoM so stark eingeschränkt werden, dass ein Impingement resultiert.<sup>1</sup> Shon et al fanden bei einer Nachuntersuchung an explantierten Pfannenkomponenten in 56 % der Fälle Zeichen von Impingement, bei Revisionen aufgrund von Luxation gar bis 94 % .<sup>5</sup> Auch Marchetti et al konnten bei einer Nachuntersuchung an 416 Implantaten in 51,4 % der Fälle Impingementzeichen nachweisen.<sup>6</sup><br /> Diese Studien weisen in mehr als der Hälfte der Fälle Impingementzeichen (Abb. 2) von Hüfttotalprothesen nach! Alles nur Implantationsfehler? Selbst wenn, müssten wir nicht Implantate entwickeln, die solche Fehler dann verzeihen würden? Wie hoch ist die Dunkelziffer, hinter wie viel schmerzhaften Hüftprothesen verbirgt sich ein Impingement? Um wie viel länger könnte die Standzeit sein, wenn es nicht zu solch – zweifelsfrei – mechanisch ungünstigen Kontakten der Komponenten käme?</p> <h2>Mechanischer Lösungsansatz: das Konzept der bidirektionalen Hüfttotalprothese</h2> <p>Zur Vermeidung von Luxation und Impingement bei Hüfttotalprothesen habe ich vor gut 10 Jahren einen simplen Lösungsansatz entwickelt. Übliche Pfannenbzw. Inlaykomponenten sind einfache Halbkugelschalen mit einer hemisphärischen Überdachung von 180°. Aus der Revisionsprothetik kennen wir schon lange sogenannte Schnapppfannen («constrained cup») mit einer Überdachung über die Hemisphäre hinaus, um eine grössere Rückhaltekraft zur Verfügung zu stellen (Abb. 3a). Erheblicher Nachteil dieser Schnapppfannen ist eine deutliche Einschränkung der RoM. Demgegenüber hat man insbesondere bei den Kappenprothesen (Resurfacing) reduzierte Pfannenprofile verwendet (Abb. 3b). Nicht zuletzt der erhöhte Pfannenranddruck durch die reduzierte Überdachung führt hier zu vermehrtem Verschleiss.<br /> Ein einfacher Lösungsansatz ergibt sich unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die physiologische RoM in der Extensions-/ Flexionsrichtung deutlich grösser ist als in Ab-/Adduktionsrichtung. Korrespondierende Aussparungen an den acetabulären Komponenten anterior und posterior sowie analog dazu Überhöhungen medial und lateral führen zum Konzept der «bidirektionalen Hüfttotalprothese» (Bi-HTP).<sup>1</sup> Mein erstes einfaches Anschauungsmodell entstand durch Herausschleifen der Aussparungen an einer Schnapppfanne (Abb. 4a). Wenig Interesse zeigte die Industrie – was soll denn auch schon die Idee eines Noname- Assistenzarztes taugen? Ausgerechnet jener Hersteller, der diesen Ansatz mit «nicht zu unserem Portfolio passend» abgefertigt hatte, brachte einige Jahre später ein doch recht ähnliches Produkt für die Revisionsprothetik auf den Markt (Abb. 4b). Man könnte stolz sein, weil der Lösungsansatz vom Marktführer aufgegriffen wurde, oder man könnte sich ärgern, weil man die Patentanmeldungen nicht weiterverfolgt hat und er mehr oder weniger kopiert wurde. Nichts dergleichen, denn der Lösungsansatz in dieser Form ist falsch!</p> <h2>Der Spreizwinkel der Impingementpunkte</h2> <p>Bei Betrachtung der Lokalisation von Impingementzeichen wurde im Verlauf klar (vgl. Abb. 2a), dass die Lösung nicht ganz so einfach sein kann. Die Anschlagspunkte scheinen nicht direkt anterior und posterior zu liegen und auch nicht direkt gegenüber mit einem Spreizwinkel («Angle of Twist», AoT) von 180° in der Pfannenebene.<sup>3</sup> Mit Hilfe von Karl-Heinz Widmer und seiner Software zur RoM-Analyse wurden in Anlehnung an die Parameter zur optimalen Positionierung herkömmlicher Hüftprothesen<sup>7</sup> die Kollisionspunkte von Hals und Pfanne detektiert und als Impingmentpunkte dreidimensional dargestellt (Abb. 5a). Die Messungen ergaben einen AoT von ca. 110° (Abb. 5b), die Impingementpunkte liegen also nicht direkt gegenüber (AoT=180°). Mit diesen Erkenntnissen wird deutlich, warum «constrained cups» (wie z.B. auch das Modell aus Abb. 4b) nicht gut funktionieren können.<sup>3</sup><br /> In einem weiteren Schritt wurden die so berechneten Impingementpunkte verwendet, um ein CAD-Anschauungsmodell einer asymmetrischen Bi-HTP anzufertigen (Abb. 6a). Dieses Modell wurde schliesslich virtuell in eine CT-3D-Beckenrekonstruktion implantiert (Abb. 7). Mithilfe der Hochschule für Life Sciences FHNW (Muttenz) und neueren Computersimulationen wird die Pfannenrandabwicklung der Bi-HTP sukzessive optimiert, um z.B. Rotationsfehler bei der Implantation ausgleichen zu können (Abb. 6b).</p> <h2>Die asymmetrische Bi-HTP : ein anatomisches Implantat?</h2> <p>Nach Vorstellung des Konzeptes der asymmetrischen Bi-HTP auf einem Kongress kommentierte ein renommierter Vertreter des Faches das Modell in Abbildung 7 in Anbetracht der Gegenseite: «Endlich mal jemand, der eine anatomische Hüfte entwickelt hat!» Nein, das war nicht das Ziel: Das Konzept basiert rein auf mechanischen Überlegungen zur Vermeidung von Luxation und Impingement. Die sperrige Bezeichnung «bidirektional» soll lediglich den Ursprung des Ansatzes mit Berücksichtigung der beiden unterschiedlichen physiologischen Bewegungsumfänge der üblicherweise angegebenen Bewegungsausmasse widerspiegeln. Selbstverständlich muss ein solches Implantat auch bei Kombinationsbewegungen genügend Beweglichkeit zur Verfügung stellen, sodass z.B. auch die Bezeichnung «multidirektional» Anwendung finden könnte.<br /> Beim Vergleich mit dem anatomischen knöchernen Pfannenrand (Abb. 7) zeigt sich insbesondere im anterioren Bereich, dass sich die Pfannenreduktion harmonisch an die anatomischen Gegebenheiten anpasst: Auch das natürliche Acetabulum weist eine gewisse Aussparung auf, hier verläuft die Psoassehne. Demgegenüber zeigt sich kraniolateral, dass die Überhöhung bei diesem Modell deutlicher ausgeprägt ist: vermehrte Rückhaltekraft zur Verminderung des Luxationsrisikos sowie Reduktion des Pfannenranddruckes.</p> <h2>Grosse Köpfe und doppelte Mobilität</h2> <p>Zur Vermeidung von Luxation und Impingement wurden in den letzten Jahren vermehrt grössere Hüftkopfdurchmesser verwendet. Die Vergrösserung der Durchmesser erscheint trotz heutzutage verbesserter Materialeigenschaften aus tribologischer Sicht jedoch problematisch.<sup>3</sup> Es resultieren – je nach Gleitpaarung – mehr volumetrischer Abrieb und ein grösseres Reibmoment, was wiederum zu Verschleissproblemen an der Kopf-Hals-Verbindung (Trunnionosis) führen kann. So fanden Tarasevicius et al bei einer Langzeitnachuntersuchung (9–21 Jahre) von 1720 Hüftimplantationen ein 2,8-fach höheres Revisionsrisiko bei 32mm Kopfdurchmesser gegenüber den 22mm-Köpfen.<sup>8</sup><br /> Grössere Köpfe erscheinen auf den ersten Blick als geeignet, sowohl Luxationen als auch Impingement zu reduzieren, können auf der anderen Seite jedoch aus tribologischer Sicht ungünstiger sein. Das gilt auch für die Implantate mit doppelter Mobilität (Doppelkopf-/Doppelschalensysteme). Zudem bieten diese – zumindest bei sehr instabilen Hüftprothesengelenken – nicht genügend Rückhaltekraft. So lautete neulich auf einem Expertenmeeting der gleichwohl eindringliche als auch etwas resigniert tönende Appell eines vorsitzenden Kollegen: «Die Industrie muss uns endlich eine Lösung für das letzte grosse Problem der Hüftprothetik liefern, die Instabilität!»</p> <h2>Wie gross die Überhöhungen, wie tief die Reduktionen?</h2> <p>Bislang handelt es sich bei den dargestellten Modellen lediglich um Anschauungsobjekte, mit je maximal 5mm Reduktion als auch Überhöhung. Hier liegen alle Möglichkeiten offen, die Überhöhungen könnten z.B. so gestaltet werden, dass sie die Aushebelkraft von kleineren zu grösseren Köpfen nachahmen. Im Bereich der Revisionsarthroplastik (z.B. bei fehlenden Abduktoren, Abb. 1b) könnte die Aushebelkraft bei Verwendung von Hart/hart-Paarungen so gross gewählt werden, dass eine Luxation praktisch unmöglich wird. Für solche Implantate wären lediglich minimale Randerhöhungen erforderlich, um nahezu einen absoluten Luxationsschutz bei kaum verringerter RoM in der Ab-/Adduktionsrichtung und deutlich verbesserter RoM in der Extensions-/Flexionsrichtung zu erzielen.<sup>1</sup><br /> Als Nachteil dieses Konzeptes bleibt im Gegensatz zu einfachen hemisphärischen Implantaten die rotationsabhängige Implantation, welche jedoch leicht durch geeignete Instrumente und/oder intraoperative Bewegungsanalyse kontrolliert werden kann.<br /> Möglicherweise können zu starke Rückhaltekräfte auch negative Auswirkungen auf den Knochenstock haben, wie Abbildung 8 als Extrembeispiel verdeutlicht: Zum Schutz des fragilen Knochens habe ich auf die Implantation einer Pfanne mit doppelter Mobilität und auch auf ein eigens für diesen Fall angefertigtes Bi-HTP-Inlay (Abb. 9) verzichtet und lediglich eine herkömmliche hemisphärische PE-Flachprofilpfanne in den Cage einzementiert. Das Luxationsrisiko hier ist enorm, aber mir scheint für diesen Fall eine Luxation weniger schwerwiegend als ein Ausriss des Implantates bei zu hohen Rückhaltekräften. Sollte eine gute knöcherne Einheilung erfolgen und eine Instabilität auftreten, könnte gegebenenfalls eine Neubeurteilung erfolgen.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s14_abb1.jpg" alt="" width="1417" height="925" /></p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s15_abb2+3.jpg" alt="" width="1454" height="1742" /></p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s16_abb4+5.jpg" alt="" width="1493" height="1955" /></p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s17_abb6+7.jpg" alt="" width="1493" height="2067" /></p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Leading Opinions_Ortho_1701_Weblinks_lo_ortho_1701_s18_abb8+9.jpg" alt="" width="1417" height="1897" /></p> <h2>Heutige Hüftprothesen: gut genug?</h2> <p>Die Anforderungen an Standzeit und Überlebensrate der Endoprothesen werden bei sinkendem Implantationsalter der Patienten und steigender Lebenserwartung immer grösser. Zudem steigen die Ansprüche an die Implantate entsprechend dem zunehmenden Aktivitätsgrad zusätzlich, sodass diese nicht allein durch verbesserte tribologische Eigenschaften aufgefangen werden können. Kaufen wir heutzutage noch ein Auto ohne ABS, ASR, Airbags usw.? Wünschen wir uns – zumindest bei sicherheitsrelevanten Fragen im Alltag – nicht immer die «beste Lösung»?<br /> Auch das Design der Hüftprothesen wird sich weiter verbessern, die Schritte mögen kleiner erscheinen als in anderen technischen Feldern, zum Teil auch zu Recht: Jedes neue Implantat muss zunächst einmal nachweisen, dass es mindestens genauso gut ist wie ein herkömmliches Implantat, insbesondere in der Primärprothetik. Die Prothesen von heute sind sicherlich gut, aber noch lange nicht gut genug oder gar perfekt.</p> <h2>Weiterentwicklung</h2> <p>Ob dieser Lösungsansatz in der dargestellten Form als asymmetrische Bi-HTP eine Zukunft hat und zur Verbesserung der Hüfttotalendoprothetik beitragen kann, wage ich nicht zu behaupten. Prinzipiell wäre auch eine Lösung mit lediglich einer Aussparung und/oder Überhöhung denkbar, jedoch würden sich dann die Implantationsparameter hinsichtlich der Positionierung und Ausrichtung massiv ändern. Daher scheint aktuell ein Design mit zwei Aussparungen und/oder Überhöhungen sinnvoll, sodass die Operateure auf gewohnte Parameter zurückgreifen könnten.<sup>3</sup><br /> Theoretisch bieten sich folgende Vorteile aus dem Bi-HTP-Konzept: Durch Optimierung der Pfannengeometrie kann das Auftreten von Komplikationen in der Hüfttotalendoprothetik, insbesondere Luxation und Impingement, verringert werden. Zudem kann der Verschleiss durch Wahl des Kopfdurchmessers anhand tribologischer Gesichtspunkte und zusätzlich günstiger Pfannenrandüberdachung reduziert werden. Darüber hinaus wird durch geeignete Pfannenreduzierung im anterioren Bereich eine Psoasreizung vermieden.<sup>1</sup></p> <h2>Ausblick</h2> <p>Die klassischen hemisphärischen Pfannenformen werden durch komplexere Pfannengeometrien – in welcher Form auch immer – abgelöst, da bin ich mir sicher. Ob es dafür 10, 20 oder 50 Jahre braucht, wird die Zukunft zeigen.</p></p>
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<a class="literatur" data-toggle="collapse" href="#collapseLiteratur" aria-expanded="false" aria-controls="collapseLiteratur" >Literatur</a>
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<p><strong>1</strong> Bozic KJ et al: The epidemiology of revision total hip arthroplasty in the United States. J Bone Joint Surg Am 2009; 91(1): 128-33 <strong>2</strong> Phillips CB et al: Incidence rates of dislocation, pulmonary embolism, and deep infection during the first six months after elective total hip replacement. J Bone Joint Surg Am 2003; 85-A(1): 20-6 <strong>3</strong> Nowakowski AM et al: True angle between anterior-posterior impingement in total hip arthroplasty: why common constrained cups have to fail. Global J Technol Optim 2016; 7(2): 194 <strong>4</strong> Nowakowski AM: Luxation und Impingement nach Implantation von Hüfttotalprothesen, vermeidbare Komplikationen? Mechanischer Lösungsansatz für ein optimiertes Hüftgelenk-Endoprothesensystem: die «Bidirektionale Hüfttotalprothese». Orthopädische Praxis 2007; 43: 348-55 <strong>5</strong> Shon WY et al: Impingement in total hip arthroplasty a study of retrieved acetabular components. J Arthroplasty 2005; 20(4): 427-35 <strong>6</strong> Marchetti E et al: Component impingement in total hip arthroplasty: frequency and risk factors. A continuous retrieval analysis series of 416 cup. Orthop Traumatol Surg Res 2011; 97(2): 127-33 <strong>7</strong> Widmer K, Zurfluh B: Compliant positioning of total hip components for optimal range of motion. J Orthop Res 2004; 22(4): 815-21 <strong>8</strong> Tarasevicius S et al: Femoral head diameter affects the revision rate in total hip arthroplasty: an analysis of 1,720 hip replacements with 9-21 years of follow-up. Acta Orthop 2006; 77(5): 706-9</p>
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