cAlloarthroplastik bedeutet vollstän-diger oder teilweiser Ersatz eines Ge-lenkes durch körperfremdes Materi-al. Der Begriff ist abzugrenzen vonder allogenen Transplantation vonGelenkkomponenten oder Gelenken.Bei der Alloarthroplastik werden kei-ne biologischen Materialien sonderndie Endoprothese, aufgebaut meistaus Metall und Kunststoff, zum Ge-lenkersatz verwendet
Sind Hüft- und Kniegelenk gleichermaßenzerstört und symptomatisch, soll zuerst eineHüftprothese und nach Rehabilitation dieKnieprothese eingebaut werden. Dies er-laubt eine korrekte Achsenausrichtung derKnieprothese. Zudem wäre die liegendeKnieprothese bei den Manipulationenwährend der Hüftprothesenimplantationgefährdet.
Sind beide Kniegelenke zerstört und sym-ptomatisch, ist der einzeitige Ersatz durchEndoprothesen auf beiden Seiten möglich.Dieses Vorgehen ist ökonomischer, aberkomplikationsträchtiger als der sukzessiveErsatz in zwei aufeinanderfolgenden Opera-tionen im Abstand von 3-6 Monaten.
Die Zahl der pro Jahr implantierten Knieprothesen steigt weltweit. In den USA werdenjährlich etwa 250000 c Alloarthroplastiken des Kniegelenkes durchgeführt. Dies ent-spricht der Zahl der Hüftprothesen. Die Verbesserung von Implantaten einerseits und vonInstrumentarien zur Implantation andererseits hat zu modernen Knieendoprothesensy-stemen geführt, die zuverlässig gute Resultate in einem hohen Prozentsatz der Implanta-tionen ermöglichen. Mit einem weiteren Ansteigen der Operationszahlen ist zu rechnen.Eine endoprothetische Versorgung ist indiziert, wenn eine Zerstörung des Kniegelenkesvorliegt, die den Patienten in seiner Lebensqualität erheblich beeinträchtigt und diedurch konservative oder durch gelenkerhaltende operative Maßnahmen nicht zu beherr-schen ist. Verschiedene Ursachen kommen für die Gelenkzerstörung in Frage: Osteoarthro-se (z.B. idiopathisch, posttraumatisch), entzündlich rheumatische Erkrankungen (z.B.rheumatoide Arthritis), Osteonekrose, hämophile Arthropathie, Morbus Paget, pigmen-tierte villonoduläre Synovialitis, neurogene Arthropathien.
Prothesentypen
Die Bezeichnungen für verschiedene Prothesentypen sind historisch entstandenund vielfältig. Anglizismen werden neben deutschen Ausdrücken gebraucht. Knie-endoprothesen werden meist in 3 Gruppen unterteilt (Abb. 1):1. Unikompartimenteller Oberflächenersatz
a) Unikondylärer Oberflächenersatz (monokondyläre Schlittenprothesen)b) Femuropatellarersatz
Die Auswahl des für den betreffenden Patienten am besten geeigneten Prothesentypshängt von folgenden Faktoren ab: Art, Ausdehnung und Lage des Gelenkschadens,Ausmaß der notwendigen Knochenresektion, Zustand des Bandapparates, Alter desPatienten. Die Indikationsbereiche verschiedener Prothesentypen überschneidensich und sind teilweise Gegenstand der aktuellen wissenschaftlichen Diskussion.Der isolierte Ersatz des Femoropatellargelenkes hat sich bislang nicht bewährt undwird im Folgenden nicht erwähnt.
Die Beiträge der Rubrik „Weiterbildung“ sollendem Wissensstand zur Facharztprüfung für denOrthopäden entsprechen und zugleich demFacharzt als Repetitorium dienen. Die Rubrikbeschränkt sich auf klinisch gesicherte Aussa-gen zum Thema.
Dieter Kohn • Stefan Rupp • Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätskliniken des Saarlandes, Homburg/Saar
Alloarthroplastik des Kniegelenkes
Prof. Dr. Dieter Kohn • Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätskliniken des Saarlandes,D-66421 Homburg/Saar
cGleitpaarung: Metall/Polyethylen
Keramik/Keramik oder Metall/Metall Gleit-paarungen spielen in der Knieendoprothe-tik bislang keine Rolle. Es wird ausschließ-lich Metall/Polyethylen verwendet.
cCobaltlegierungen
cTitan
Knieprothesen aus Titanlegierungen kom-men besonders bei Patienten mit Metall-allergien in Betracht.
Polyethylen läßt sich nicht zementlos amKnochen verankern. Für einen zementlosenPatellagleitflächenersatz muß deshalb eineMetallplatte an der Rückseite des Polyethy-lens angebracht werden. Das Polyethylen ist„metal backed“.cPolyethylen (PE, UHMWPE)
cDelamination
Materialien
Anders als in der Hüftendoprothetik wird in der Knieendoprothetik ausschließlichdie c Gleitpaarung Metall/Polyethylen verwendet.
Metalle
Metalle bzw. Legierungen werden für die Femurkomponente (hier auch ober-flächenbildend) sowie für Tibiabasisplatte und modulare Ergänzungskomponentenwie Schaftverlängerungen oder Spacer verwendet.Bei den „metal backed patellae“ be-steht die Verankerungsfläche der Patellakomponente aus Metall. Zwei große Grup-pen können unterschieden werden:• Metalllegierungen auf c Cobaltbasis, i.d.R. unter Zumischung von Chrom und
Molybdän sowie weiterer Komponenten. Diese Legierungen zeichnen sich durcheine hohe Maximal- und Dauerfestigkeit sowie eine hohe Abriebfestigkeit aus.Das Material ist sowohl zur Lastübernahme als auch zur Oberflächenbildung sehrgut geeignet.
• cTitan oder Titanlegierungen, i.d.R. kombiniert mit Aluminium und Vanadium.Vorteile des Werkstoffes Titan sind seine hohe Korrosionsbeständigkeit, gute „Ge-webeverträglichkeit“ und ein Elastizitätsmodul, welches nur etwa 50% des Elasti-tätsmoduls von Cobaltlegierungen ausmacht, aber immer noch fünffach höher alsdas E-Modul des Knochens ist. Nachteilig ist die geringe Abriebresistenz vonTitanoberflächen, sodaß der Werkstoff nicht primär für artikulierende Ober-flächen geeignet ist. Die Abriebfestigkeit der Oberflächen von Titanlegierungenkann durch Oberflächenhärtungsverfahren mit Stickstoffionen verbessert wer-den.
Polyethylen (PE)
Aus c Polyethylen (UHMWPE = ultra high molecular weight polyethylene) sind diegelenkbildenden und lasttragenden Oberflächen des Tibiaplateaus und der Patellahergestellt. Während bei der Hüftendoprothetik der adhäsive Abrieb im Vorder-grund steht, ist in der Knieendoprothetik die c Delamination des Polyethylens
Bei zementierten Prothesenkomponentenverbindet Knochenzement (Polymethyl-metacrylat, PMMA) die Metall- oder Poly-ethylenkomponente mit dem Knochen. Mitdem Abbinden des Zementes ist die Veran-kerung erfolgt.Bei zementloser Verankerung wird das Im-plantat zunächst am/im Knochen ver-klemmt. Die definitive Befestigung erfolgtdurch Anwachsen von Knochen an die Im-plantatoberfläche. Dieser Vorgang dauertetwa 6-12 Wochen.
Unikondyläre Prothesen benötigen wenigkonforme Gleitflächen, um die physiologi-sche Gelenkkinematik nicht zu behindern.
cMorbus Ahlbaeck
nach Ermüdungsfraktur des Polyethylens unterhalb der Oberfläche ein besonderesProblem. Polyethylenbrüche treten bei Überschreiten der materialseitig toleriertenGrenzspannung auf.
Die mechanische Qualität des Polyethylens hängt unter anderem von Herstel-lungsprozeß und Sterilisationsverfahren ab. Um die Wahrscheinlichkeit oberflä-chennaher Ermüdungsschäden zu reduzieren, wird für das Tibiaplateau eine Min-destdicke des Polyethylens von 8 mm verwendet. Eine wesentliche Anforderung andas Prothesendesign ist, durch die Oberflächenformgebung eine möglichst günstigeLastverteilung unter Vermeidung unverträglicher Spannungsspitzen zu erreichen.
Verankerungen am Knochen
Metallkomponenten der Knieprothesen können mit c Knochenzement oder ze-mentfrei verankert werden. Diese Option besteht für jede Einzelkomponente. DieKombination aus zementfreier Verankerung der Femurkomponente und zementier-ter Verankerung der Tibiakomponente wird als c Hybridtechnik bezeichnet.
Moderne Implantate haben für zementierte und zementfreie Verankerung un-terschiedlich c strukturierte Oberflächen. Eine zementfrei zu verankernde Kom-ponente muß sich zunächst am Knochen verklemmen. Die definitive Befestigungerfolgt durch Anwachsen und Einwachsen von Knochen an und in die rückwärtigeOberfläche des Implantates. Die zur zementfreien Verankerung vorgesehenen Ober-flächenstrukturierungen basieren auf dem Prinzip der Oberflächenvergrößerung.Durch eine bioaktive Beschichtung der Prothesenrückflächen mit c Hydroxylapatitsoll das An- und Einwachsen von Knochen stimuliert werden.
Unikondylärer Oberflächenersatz
Historie
Campbell (1940) fixierte ein Vitalliumplättchen auf dem Femurcondylus. In den70er Jahren fanden Schlittenprothesen als Alternative zu den damals verfügbarenScharnierprothesen Verbreitung. Bei bikompartimenteller Arthrose wurde gele-gentlich ein beidseitiger Ersatz als Doppelschlitten durchgeführt. 1994 betrug inDeutschland der Anteil des unikompartimentellen Ersatzes an der gesamten Knie-endoprothetik etwa 20%.
Design
Die Prothese besteht aus einer Femurkomponente, die die Oberfläche eines Femur-condylus ersetzt, ohne in das femuropatellare Gleitlager hineinzureichen, und auseiner Tibiakomponente, die das korrespondierende Tibiaplateau ersetzt. Hinsicht-lich der Oberflächengestaltung gilt wie beim bikondylären Ersatz die Zielsetzungder Minimierung der Polyethylen-Belastung durch möglichst große Kontaktflä-chen. Deshalb verfügen neuere Entwicklungen über breitere Femurkomponenten.Da die physiologische Kinematik durch Erhalt der beiden Kreuzbänder und einesfemurotibialen Kompartiments bestehen bleibt, dürfen die Oberflächen von Femur-und Tibiakomponente nicht konform sein. Die andere Möglichkeit ist der Einsatz ei-nes mobilen Plateaus (s. S. 000).
Indikationen
Die Indikation zum unikondylären Oberflächenersatz besteht bei isolierter Zer-störung eines femorotibialen Kompartimentes. Ein intakter Kapsel-Band-Apparatist erforderlich. Die Altersuntergrenze wird bei 65 Jahren gesehen.
Gute Indikationen sind die mediale Gonarthrose mit geringem Genu varum beiPatienten über 65 Jahren sowie der c Morbus Ahlbaeck.
Kontraindikationen sind: Beugekontraktur >10°,Achsabweichung in der Frontal-ebene >10°, höhergradige Knorpelschäden des nicht zu versorgenden Komparti-mentes oder höhergradige retropatellare Knorpelschäden, Kreuz– oder Seiten-bandinsuffizienz, Osteoporose, rheumatoide Arthritis, starkes Übergewicht.
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cRöntgendiagnostik
Beachte: Überkorrektur der Fehlstellung beiVarusgonarthrose durch eine Tibiakopfkor-rekturosteotomie, aber leichte Unterkorrek-tur bei Varusgonarthrose und Einbau einesmedialen Monoschlittens anstreben.
Gute mittelfristige Resultate aber anstei-gende Versagensrate 8 bis 9 Jahre nach Im-plantation. Der Wechsel auf ein bikondylä-res Implantat wird durch den tibialen Kno-chenverlust erschwert.
cUngekoppelte Prothesen
cTeilgekoppelte Prothesen
Präoperative Diagnostik/Operationsplanung
c Röntgendiagnostik: Knie a.p. und seitlich, Patella tangential, Ganzbeinaufnahmeim Stehen, 45° p.a. Belastungsaufnahme (alternativ 20° p.a. Belastungsaufnahme).
Operationsprinzip
Der operative Zugang entspricht dem bei der Implantation einer bikondylären Pro-these (siehe dort). Wie bei der bikondylären Oberflächenprothese sollte das Tibia-implantat die Tibiaresektionsfläche soweit wie möglich abdecken ohne überzuste-hen.
Wichtig ist das exakte Einpassen des Vorderrandes der Femurkomponente imNiveau des Knorpels am Übergang zum femoropatellaren Gleitlager. Nach ventralvorstehende Komponenten führen zu einem schmerzhaften Hängenbleiben des un-teren Patellapols bei 30-60° Beugung mit Zerstörung des retropatellaren Knorpels.Varusfehlstellungen bei der medialen Gonarthrose und Valgusfehlstellungen bei derlateralen Gonarthrose dürfen beim Einbau der monokondylären Schlittenprothesenicht überkorrigiert werden. Dies würde die Belastung auf die unversorgte Knie-hälfte verlagern und zu deren rascher Degeneration führen. Eine leichte Unterkor-rektur ist anzustreben.
Resultate
In der Literatur wurden gute mittelfristige Ergebnisse mitgeteilt (Tabelle 1). Dabeizeigen Versorgungen der lateralen Gelenkhälfte schlechtere Resultate.
Vorteilhaft ist das im Vergleich zum bikondylären Oberflächenersatz geringereOperationstrauma. Die Rehabilitation verläuft rascher. Die weitgehend erhaltenephysiologische Kinematik erlaubt einen größeren Bewegungsumfang. Die Kostendes Implantats sind geringer. Allerdings steigt die Versagensrate ab dem 8. bis 9.postoperativen Jahr. Ursächlich sind aseptische Lockerungen, insbesondere des Ti-biaplateaus, Fortschreiten der Arthrose in den nicht versorgten Kompartimentenund seltener Implantatbrüche. Der tibiale Knochenverlust kann den Wechsel auf ei-nen bikompartimentalen Oberflächenersatz erschweren.
Bei korrekter Indikationsstellung und OP-Technik hat die unikondyläre Endo-prothese weiterhin ihren Platz in der rekonstruktiven Kniechirurgie.
Der Orthopäde 11•99978
Tabelle 1Resultate nach monokondylärer Schlittenprothese
Autor Jahr Zahl NU-Zeitraum Survival
Marmor 1988 60 12 Jahre 70 %Nieder 1991 548 10 Jahre 80 %Scott et al. 1991 100 12 Jahre 85 %Swank et al. 1993 82 8 Jahre 71 %Rabenseiffner et al. 1996 55 5,5 Jahre 92 %Wessinghage et al. 1996 216 5,5 Jahre 97 %Murray et al. 1998 143 10 Jahre 97 %
Bikondylärer Oberflächenersatz
c Ungekoppelte Prothesen ersetzen nur die Oberflächen des Gelenkes. Die Gelenk-führung erfolgt im Wesentlichen durch den erhaltenen Kapselbandapparat im Zu-sammenspiel mit der Geometrie der Prothese. c Teilgekoppelte Prothesen ersetzenauch Teile des Kapselbandapparates, zumeist das hintere Kreuzband.
Historie
1972 stellten Freeman und Swanson die ICLH-Prothese, zwei zu einem Doppelschlit-ten verbundene Einzelschlitten vor. Insall et al. entwickelten bis 1976 die „Total Con-
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Der Orthopäde 11•99 979
dylar Prosthesis“, den ersten modernen bikondylären Oberflächenersatz. Das De-sign der Oberflächen verfolgte das „Round–on-round“-Prinzip (s.u.) mit nahezuvollständiger Kongruenz von Femur- und Tibiakomponente. Vorderes und hinteresKreuzband wurden reseziert. Das Tibiaplateau bestand ausschließlich aus Polyethy-len. In den darauffolgenden Jahrzehnten wurde das Konzept des bikondylärenOberflächenersatzes weiterentwickelt. Im Jahr 1994 machten ungekoppelte kondylä-re Knieprothesen in Deutschland etwa zwei Drittel aller Implantationen aus.Es ist da-von auszugehen, daß der Anteil steigen wird.
Design
Die Entwicklung zielt auf eine Annäherung an die physiologische Kinematik unddamit auf eine Optimierung der Funktion (Beugefähigkeit, Stabilität, patellofemo-rale Artikulation) sowie auf eine Minimierung des Polyethylen-Abriebs und derScherkräfte an der Knochen-Implantat-Grenzfläche ab. Diese Ziele sollten nicht nurbei günstigen präoperativen Ausgangsbedingungen, sondern auch bei erheblichenpathologischen Veränderungen (Achsabweichungen, Knochenverlust, Kontraktur)und vom durchschnittlichen Operateur erreichbar sein. Die Komponenten solltenso geformt sein, daß auch suboptimale Implantationen bis zu einem gewissen Gradtoleriert werden (c „forgiving design“).
Wesentliche Aspekte des Prothesendesigns sind: Oberflächengeometrie, Gradder Kopplung von femoraler und tibialer Komponente,Verankerungsflächen auf derProthesenrückseite und modulare Optionen.
Kontrovers diskutiert werden die Rolle des hinteren Kreuzbandes und die Not-wendigkeit eines Patellarückflächenersatzes.
Oberflächengeometrie
Der Schwachpunkt aller Knieendoprothesen ist der Werkstoff Polyethylen. DieOberflächengeometrie von Femur- und Tibiakomponenete bestimmt die Kontakt-fläche. Die Belastung des Polyethylens ist umgekehrt proportional zu dieser Fläche.
Die Form der Prothesenoberflächen bestimmt jedoch auch wesentlich die Ki-nematik. Somit entscheidet die Oberflächengeometrie mit über Funktion undStandzeit des Implantats (Abb. 2).
Optimierung der Funktion bei Minimierungvon Polyethylenabrieb und Scherkräften ander Knochen-Implantat-Grenzfläche sindZiele modernen Prothesendesigns.
cForgiving design
Schwachpunkt heutiger Knieendopro-thesen ist der Werkstoff Poyethylen.
Abb.2 bOberflächengeometrie von Femurund Tibiakomponente.a Round-on-flat (Sagittalebene);b round-on-round (Sagittalebene);c flat-on-flat (Frontalebene);d curved-on-curved (Frontalebene);e mobile bearing
cRound-on-round
cRound-on-flat
cCurved-on-curved
cFlat-on-flat
cBewegliche tibiale Einsätze (mobile bearings)
Femur-Tibia. Der Grad der Kongruenz kann sehr unterschiedlich sein. In der Sagittal-ebene können zwei unterschiedliche Extreme unterschieden werden
c Round–on-round-Prinzip: Die Radien der gekrümmten Oberflächen der Femur-komponente (konvex) und der Tibiakomponente (konkav) entsprechen einanderzumindest bis zu einem bestimmten Beugewinkel, ab dem der Femurradius sichdann verringern muß. Dieses Design gewährleistet eine große Kontaktfläche undsomit eine relativ geringe Druckspannung für das Polyethylen des Tibiaplateaus.
Ein Nachteil ist, daß die hohe Kongruenz in der Sagittalebene die natürliche Ki-nematik des Kniegelenkes stört: Das physiologische Zurückrollen des Femur auf derTibia mit zunehmender Beugung, der Roll-Gleit-Mechanismus („femoral roll-back“) ist behindert. Daraus resultieren funktionelle Einschränkungen. Die maxi-mal erreichbare Beugung ist limitiert. Der Hebelarm der Quadrizepsmuskulatur inFlexion ist ohne „femoral roll-back“ kleiner. Deshalb steht für die Kniestreckungweniger Drehmoment zur Verfügung, was beispielsweise das Aufstehen aus einemSessel oder das Treppensteigen behindert.
Das hintere Kreuzband muß bei hochkongruenter Formgebung reseziert wer-den. Da die Polyethylenkomponente formbedingt höhere Kräfte aufnimmt als beieinem weniger kongruenten Design, werden höhere Scherkräfte auf die Implantat-verankerung übertragen. Mit Verringerung der Kongruenz kehren sich Vor-undNachteile um. Die Kontaktfläche wird kleiner und die Druckspannung im Polyethy-len nimmt zu. Die Kinematik wird weniger stark behindert.
c Round-on-flat-Prinzip: Die in der Seitansicht kreissektorenförmige Femurober-fläche artikuliert mit einer flachen Oberfläche der Tibiakomponente. Eine designbe-dingte Zwangsführung der Bewegung liegt nicht vor. Das Zurückrollen des Femurwird nicht behindert, wodurch in der Sagittalebene eine mehr physiologische Kine-matik ermöglicht wird. Dies ist Bedingung für den Erhalt des hinteren Kreuzbandes.Die Belastung der Implantatverankerung durch Scherspannungen ist gering.
Auch in der Frontalebene können zwei grundsätzliche Varianten der Formgebungdifferenziert werden:
c Curved-on-curved-Prinzip: Bei Betrachtung von vorne sind die Oberflächen derTibiakomponente (konkav) und der Femurkomponente (konvex) gekrümmt. Jemehr die Krümmungsradien übereinstimmen, umso konformer ist das Design undumso größer ist die lastübertragende Fläche. Diese Formgebung ist wenig anfälligfür ein Varus-Valgus-Malalignment (durch Fehlimplantation oder während Alltags-belastungen). Sie schränkt jedoch die tibiofemorale Rotation ein und ist sehr emp-findlich gegenüber einer durch den Einbau bedingten Komponentenfehlrotation.
c Flat-on-flat-Prinzip: In der Frontalebene kontaktiert eine flach geformte Femur-komponente mit einer flachen Oberfläche der Tibiakomponente. Bei korrektem Ali-gnment von Femur und Tibia und gleichmäßiger Belastung medial und lateral sinddurch dieses Design relativ große Kontaktzonen zu erreichen. Die tibiofemorale Ro-tation wird durch die Prothese nicht eingeschränkt. Allerdings ist diese Form sehrproblematisch bei Belastungen im Varus- oder Valgussinne. Die Kontaktflächen ver-kleinern sich dabei durch Aufkanten einer Femurkondyle im Randbereich des Ti-biaplateaus dramatisch, und ein Versagen des Polyethylens durch Materialermü-dung kann die Folge sein.
c Bewegliche tibiale Einsätze (Mobile bearings): Eine Synthese aus Kongruenz derKontaktflächen auf der einen Seite und Erhalt einer möglichst physiologischen Ki-nematik mit optimierter Funktion und verminderter Scherbelastung des Prothe-senlagers auf der anderen Seite wird mit der Verwendung von beweglichen tibialenEinsätzen angestrebt. Zwischen Einsatz (Polyethylen) und Basisplatte (Metall) wirdeine zusätzliche Bewegungsebene eingeschaltet, was die Vorteile eines kongruentenOberflächendesigns unter Vermeidung seiner Nachteile bieten soll.
Diese Philosophie wurde technisch unterschiedlich realisiert:• Gleitmeniszi (z.B. LCS; DePuy): Zwei mobilie Polyethylenmenisken gleiten auf der
Tibiabasisplatte.• Gleitplateau (z.B. Interax I.S.A.; Stryker-Howmedica): Ein mobiles Polyethylen-
plateau gleitet auf der Tibiabasisplatte.• Rotierende Plattform (z.B LCS ; DePuy u.a.): Der tibiale Einsatz kann sich zwar
drehen, kann jedoch nicht nach dorsal und ventral gleiten. Diese Konstruktion er-möglicht eine höhere Kongruenz in der Frontalebene (Curved-on-curved), da dieRotationsmöglichkeit in die separate Bewegungsebene zwischen Einsatz und Ba-sisplatte verlagert. Sie trägt jedoch nicht zur Verbesserung der Kinematik in derSagittalebene bei. Hinsichtlich des Roll-Gleitmechanismus sind diese Konstruk-tionen wie starre Plateaus anzusehen.
c Posterior stabilisierende Prothese: In den tibialen Einsatz ist ein Zapfen inte-griert, der in eine interkondyläre Aussparung der Femurkomponente greift. DieserMechanismus verhindert, daß die Tibia in Beugestellung nach dorsal luxiert. Durchentsprechende Gestaltung und Positionierung des Zapfens tibialseitig und der Aus-sparung femurseitig kann ein Zurückrollen des Femur bei Beugung erzwungen wer-den. Die posterior stabilisierende Prothese ersetzt damit Funktionen des hinterenKreuzbandes. Es handelt sich um eine teilgekoppelte Prothese. Eine nennenswerteStabilisierung gegen Varus- oder Valguskräfte bietet diese Formgebung jedochnicht. Die über den Zapfen des tibialen Einsatzes auf die femorale Aussparung über-tragenen Kräfte führen nach dem Gesetz von Actio und Reactio zu einer Scherbela-stung der Implantatverankerung. Am Femur ist interkondylär eine zusätzliche Kno-chenresektion zur Aufnahme der kastenförmigen Aussparung der Femurkompo-nente erforderlich.
c Interkondylär stabilisierende Prothese: Der Polyethlenzapfen des tibialen Einsat-zes ist größer dimensioniert als bei der posterior stabilisierenden Prothese. Er greiftin eine größere kastenförmige Aussparung der Femurkomponente ein, in der erauch seitlich geführt wird. So können zusätzlich Varus- und Valgusmomente aufge-nommen werden.
Patella. Wird außer den Oberflächen des femorotibialen Gelenkes auch die Ober-fläche der Patella ersetzt, spricht man von einem c trikompartimentalen Oberflä-chenersatz. Der Ersatz der patellaren Gelenkfläche wird entweder durch eine Pol-ethylenscheibe oder durch eine metallverstärkte Polyethylenscheibe (c „metalbacked patella“) vorgenommen. Auch die patellofemorale Artikulation ist bei ver-schiedenen Prothesenmodellen unterschiedlich kongruent. Hochkongruente Form-gebungen haben eine günstige Lastübertragungscharakteristik, erfordern jedocheine korrekte Ausrichtung des Implantates insbesondere auch in der Rotation.Weni-ger kongruente Designs sind diesbezüglich toleranter, weisen jedoch kleinere Kon-taktzonen mit höherer Belastung des Polyethylen auf.
Modulare Optionen
Ein großer Vorteil moderner Prothesensysteme ist die c Modularität (Abb. 3). Die-se endet nicht bei der Möglichkeit, verschiedene Implantatgrößen für Femur, Tibiaund Patella zu verwenden und mit verschieden hohen tibialen Einsätze aus Poly-ethylen zu kombinieren. Neue Systeme bieten zudem die Möglichkeit, verschiedenkongruente Einsätze zu verwenden oder intraoperativ zwischen Standardplateaus,mobilen Plateaus oder einer teilgekoppelten Version (posterior stabilisierend, inter-kondylär stabilisierend) zu entscheiden. Zur Füllung von Knochendefekten stehenKeile und Blöcke für den Anbau an Femur- oder Tibiakomponente zur Verfügung.Es besteht die Möglichkeit, modulare Verlängerungsschäfte an der Tibiabasisplatteoder an der Femurkomponente anzubringen. Diese Schäfte sind entweder zur Ver-klemmung im Markraum („press-fit“)oder zum Einzementieren konzipiert.
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Knie
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Erhalt oder routinemäßige Resektion deshinteren Kreuzbandes werden kontroversdiskutiert.
Resektion des hinteren Kreuzbandes bei fixierter Varus- oder Valgusfehlstellungen>20° und bei Beugekontraktur >20° in derRegel erforderlich.
Rolle des hinteren Kreuzbandes
Während nahezu alle bikondylären Prothesen nur nach Resektion des vorderenKreuzbandes eingebaut werden können, gilt dies nicht für das hintere Kreuzband.
Ob das hintere Kreuzband erhalten oder reseziert werden soll ist nach wie vor Ge-genstand der Diskussion. Durch den Erhalt des Bandes soll eine annähernd physio-logische Kinematik erreicht werden. Es ist bisher nicht eindeutig belegt, daß dies ge-lingt. Voraussetzung wäre, daß das Band im Arthroseknie des älteren Menschenstrukturell und funktionell intakt bleibt.
Allerdings hat der Erhalt des hinteren Kreuzbandes auch Nachteile. Der An-spruch an die Präzision der Implantation ist hoch. Die Gelenklinie darf nicht nachkranial oder kaudal verschoben werden, da sich sonst die Position des Bandes in Re-lation zu den Gelenkflächen und damit die Kinematik ändert. Die Weichteilbalan-cierung ist erschwert. Ein wenig konformes Design oder ein mobiles Tibiaplateausind erforderlich (Abb. 4).
Die Grenzen für den Erhalt des hinteren Kreuzbandes sind erreicht, wenn esaufgrund einer Verkürzung die ausreichende Balancierung der Weichteile unmög-lich macht.
Indikationen
Die Indikation zum Oberflächenersatz besteht bei bi-oder trikompartimentaler Ge-lenkzerstörung,bei der konservative Maßnahmen und gelenkerhaltende Operationennicht mehr sinnvoll erscheinen. Da die Gelenkführung im Wesentlichen vom Kapsel-
Der Orthopäde 11•99982
Abb.3 bBestandteile eines modula-ren kondylären Prothesensy-stems.a Standardfemurkomponen-te; b Femurkomponente„posterior stabilized“ mit in-terkondylärer Kasten-führung für tibialen Poly-ethylenzapfen; c Standard-tibiabasisplatte; d Tibia-basisplatte für mobilen Poly-ethyleneinsatz; e Patella-gleitflächenersatz;f Verlängerungsschäfte;g Standardpolyethylen-einsatz; h Polyethylenein-satz für posterior stabilisie-rendes System; i Polyethy-leneinsatz Typ mobiles Pla-teau; k Block, l Keil
a b
Abb. 4 bErhalt des hinteren Kreuzbandesund Form der tibialen Prothesen-komponente. Ein Rollgleitmecha-nismus ist nur bei nichtkongruen-ten Oberflächen möglich.a Design für Erhalt des hinterenKreuzbandes; b kongruentes Design bei Verzicht auf das hintereKreuzband
Die präoperative Planung vor Einbau einerKnieendoprothese ist obligat.
Durch Knochenresektion, Weichteilreleaseund Wahl der Implantate können korrekteAchsverhältnisse und ein stabiles, gut be-wegliches Knie wiederhergestellt werden.
Band-Apparat übernommen werden muß, sollten insbesondere die Kollateralbän-der stabil oder stabilisierbar sein.
Bei stärkeren Deformitäten stößt der ungekoppelte Oberflächenersatz an seineGrenzen. Diese liegen bei Varusfehlern > 25°, Valgusfehlern > 20° oder Beugekon-trakturen > 20°. Durch teilgekoppelte Implantate kann der Indikationsbereich überdiese Grenzen hinaus ausgedehnt werden.
Siehe unikondylärer Oberflächenersatz. Die Planung erfolgt anhand der Röntgen-bilder:• Bestimmung der voraussichtlichen Implantatgrößen mittels Planungsschablon-
ren.• Anhand der ap-Ganzbeinaufnahme im Stehen wird (Abb. 5)
– die Tragachse von Femur und Tibia bestimmt,– entschieden, ob femoral oder tibial ein intramedulläres Ausrichtsystem ver-
wendet werden kann,– bei Verwendung einer intramedullären Ausrichtlehre für die distale Femuro-
steotomie der Winkel (ß) der anatomischen Achse des Femurschaftes zur Trag-achse des Femur bestimmt und an der Ausrichtlehre eingestellt,
– die günstigste Position für die femorale Eröffnungsbohrung abgeschätzt,– die distale Femurresektion sowie die Tibiaresektion rechtwinklig zur Tragachse
geplant.
Knochendefekte, Osteophyten, freie Körper und eine Subluxa-tion der Patella sind weitere für den operativen Eingriff we-sentliche Befunde.
Operationsprinzip
Die korrekten Achsverhältnisse der Extremität müssen wieder-hergestellt werden. Zwischen freier Beweglichkeit des Gelenkesund Stabilität in Sagittal-und Frontalebene muß ein Ausgleichgeschaffen werden. Diese Ziele sind über Knochenresektionen,Weichteileingriffe (release) und Implantatwahl zu erreichen.
Zugang
Der meistverwendete Zugang ist die c mediale parapatellareArthrotomie mit Verlängerung nach kranial in die Quadri-zepssehne hinein. Eine Modifikation ist der Zugang unter demMusculus vastus medialis (c „subvastus approach“). Danebenist auch ein c lateraler parapatellarer Zugang möglich. Er bie-tet sich an, wenn stärkere Valgusfehlstellungen ein ausgedehn-tes Weichteilrelease auf der lateralen Seite erfordern.
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Knie
Der Orthopäde 11•99 983
D
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C
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Abb. 5 cap-Ganzbeinaufnahme mit Planungslinien.
a Traglinie Femur; b Traglinie Tibia; C Anatomische Achse Femurschaft;Beta-Winkel: Schaft-Traglinie; D Eintrittspunkt für Markraumeröff-
nung; e Resektionslinie distale Femurresektion; f Resektionslinie Tibiaresektion
Die Zurichtung des Knochens erfordert in der Regel 5 Sägeschnitte am Femur und jeweils einen Sägeschnitt an Tibia und Patella.
cNavigation
cAnatomical alignment
cClassical alignment
cIntramedulläre Ausrichtung (Femur)
cExtramedulläre Ausrichtung (Femur)
cExtramedulläre Ausrichtung (Tibia)
cIntramedulläre Ausrichtung (Tibia)
cFettembolie
cPosterior slope
cRotationsausrichtung
Knochenresektion
Für die präzise Knochenresektion wurden umfangreiche Instrumentarien ent-wickelt. Sie basieren bislang noch auf mechanischen Prinzipien. Hier gewinnt je-doch die c Navigation, also die optisch gesteuerte und computergestützte Führungdes Operateurs voraussichtlich mehr und mehr an Bedeutung. Die Knocheresektio-nen werden instrumentiert durchgeführt.Ausrichtlehren, die sich an anatomischenReferenzen orientieren, dienen zur Orientierung von Schnittblöcken, die die oszil-lierende Säge führen.
Am Femur sind 5 Sägeschnitte (distale Osteotomie, anterior und posteriorsenkrecht und anterior und posterior schräg) üblich, an der Tibia ist ein Sägeschnittdurchzuführen. Bei Patellarückflächenersatz kommt ein weiterer Sägeschnitt hinzu(Abb. 6).
Ausrichtung der Komponenten. In der Frontalebene fällt der Kniegelenkspalt physiolo-gischerweise um 3° nach medial ab (c „anatomical alignment“). Die meisten Endo-prothesensysteme vollziehen diesen Winkel nicht nach, sondern geben eine Einstel-lung der Gelenklinie rechtwinklig zur Traglinie des Beines vor (c „classical arthro-plasty alignment“).
Am Femur weicht die anatomische Schaftachse um 7° von der Traglinie ab. BeiVerwendung einer c intramedullären Ausrichtlehre dient der Femurmarkkanal(entsprechend der anatomischen Schaftachse) als Referenz. Alternativ kann auch c extramedullär ausgerichtet werden. Referenz ist dann die Traglinie des Femur.Ein externer Peilstab wird mit Bildwandlerunterstützung auf die Verbindungslinievon Femurkopf und interkondylärer Notch ausgerichtet.
Für die Tibiaosteotomie stehen ebenfalls beide Optionen zur Verfügung. Die c extramedulläre Ausrichtung orientiert sich an der Traglinie der Tibia. Die Aus-richtlehre verbindet die Mitte des Tibiaplateaus mit der Mitte des Sprunggelenkes.DieVerwendung der c intramedullären Ausrichtlehre ist alternativ möglich, wenn derMarkkanal gerade und in Linie mit der Tragachse verläuft. Liegt eine Kurvation derTibia in der Frontalebene vor, ist diese Form der Ausrichtung unpräzise. Ein weitererNachteil ist die Notwendigkeit, den Führungsstab in die Markhöhle einzuführen mitder Gefahr der Auslösung von c Fettembolien durch eine intramedulläre Druck-erhöhung.
In der Sagittalebene fällt das Tibiaplateau um 3-10° nach dorsal ab (c „poste-rior slope“). Die Ausrichtung des tibialen Sägeschnitts in der Sagittalebene wird vonverschiedenen Prothesensystemen unterschiedlich vorgegeben. Prinzipiell bestehtdie Möglichkeit, den Neigungswinkel mit dem tibialen Sägeschnitt nachzuvollzie-hen oder die Tibia auch in der Sagittalebene rechtwinklig zur Tragachse zu resezie-ren und den „posterior slope“ in den Polyethylen-Einsatz zu integrieren.
Kritisch ist die c Rotationsausrichtung der Komponenten in der Horizontal-ebene, die insbesondere auch die patellofemorale Funktion beeinflußt. Als anatomi-
Der Orthopäde 11•99984
Abb. 6 bDie Zurichtung des Knochens (Sägeschnitte an Femur (5), Tibia (1)und Patella (1))
cTranskondyläre Achse
cDorsale Kondylentangente
Unter Balancing versteht man die Einstel-lung der Weichteilspannung von Kniege-lenkkapsel und Bändern. Sie erfolgt durchAblösen, Durchtrennen oder Einkerben kon-trakter Kapselbandanteile nur im Ausnah-mefall durch Raffen oder Versetzen lockererBänder.
sche Referenz für die Femurkomponente gilt die c transkondyläre Achse. Die Epi-kondylen sind intraoperativ jedoch nicht immer eindeutig zu lokalisieren. Viele Sy-steme benutzen deshalb die c dorsale Kondylentangente als Referenz. Im Idealfallweist diese Referenz eine geringradige Innenrotation von etwa 3° in Relation zurtranskondylären Achse auf. Diese Abweichung ist variabel und muß berücksichtigtwerden. Problematisch wird diese Referenzierung bei größeren Knochendefekteneiner Kondyle. Eine weitere Möglichkeit der Rotationsausrichtung besteht darin,nach Balancierung der Weichteile und Tibiasägeschnitt den dorsalen und ventralenFemursägeschnitt parallel zur Tibiaebene auszurichten.
Die Rotation der Tibiabasisplatte kann sich ebenfalls an unterschiedlichen ana-tomischen Referenzen orientieren: Mediales Drittel der Tuberositas tibiae, zweiterMittelfußstrahl, transkondyläre Achse, dorsale Plateautangente. Meist sind diese Re-ferenzen nicht kongruent, sodaß ein Kompromiß gefunden werden muß. Eine weite-re Möglichkeit besteht darin, eine Probebasisplate temporär frei rotierbar zu fixierenund das Knie dann passiv durchzubewegen, um schließlich das Plateau in der passiveingenommenen Rotationsposition zu fixieren.
Einstellung der Weichteilspannung (Balancing)
Fixierte Fehlstellungen des Kniegelenkes gehen mit Dysbalancen des Kapselband-apparates einher. In der Frontalebene finden sich Kontrakturen auf der Konkavseiteund in fortgeschrittenen Fällen Überdehnungen auf der Konvexseite. Beugekon-trakturen gehen mit einer Verkürzung der dorsalen Kapsel-Band-Strukturen ein-her. Bei höhergradigen Achsabweichungen tritt eine Kontraktur des hinteren Kreuz-bandes hinzu.
Der Oberflächenersatz des Kniegelenkes erfordert einen funktionstüchtigen,„balancierten“ Kapselbandapparat (Abb. 7). Durch schrittweises Release der kon-trakten Seite kann eine funktionstüchtige Kapselbandführung wiederhergestelltwerden, die eine korrekte Achsausrichtung der Prothesenkomponenten erlaubt.
Die exakte Abfolge der einzelnen Schritte wird in der Literatur uneinheitlichdiskutiert. Sinnvoller als eine strenge schematische Reihenfolge erscheint die Ver-längerung der palpatorisch als kontrakt identifizierten Strukturen. Es erfolgt keinekomplette Durchtrennung der kontrakten Band-Strukturen oder der Muskelansätze,sondern eine kontrollierte Verlängerung durch subperiostales Ablösen oder durchschrittweises Einkerben.
Knochenresektion und Weichteilspannung sind für die Breite von c Exten-sionsspalt („extension gap“) und c Flexionsspalt („flexion gap“) ausschlaggebend (Ta-bellen 2-4).
Verbleibt bei einliegenden Probekomponenten eine Instabilität in sagittaleroder in frontaler Ebene so kann durch Verwendung modularer tibialer Polyethy-leneinsätze (konforme Inlays, posterior stabilisierende oder interkondylär stabilisie-rende Inlays) der Grad der Koppelung erhöht und damit die Stabilität verbessert wer-den. Ein Verlust des medialen Kollateralbandes oder eine erhebliche laterale Instabi-lität lassen sich jedoch mit teilgekoppelten Oberflächenprothesen nicht beherrschen.
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Abb. 7 bDie Breite des Spalteszwischen den Resek-tionsflächen muß medialund lateral gleich großsein. Zudem sollten Ex-tensionsspalt (links) undFlexionsspalt (rechts)übereinstimmen
Probleme nach Patellarückflächenersatzsind die häufigste aseptische Komplikationnach Knieendoprothesen.
Beim Rheumatiker sollte die Patellagleit-fläche stets ersetzt werden.
cNo thumb rulecLaterales Release
Während die Notwendigkeit des Patella-rückflächenersatzes bei der Gonarthrosekontrovers diskutiert wird, ist man sich überdie Notwendigkeit einer korrekturen Zen-trierung der Kniescheibe einig.
cHybridtechnik
Ersatz der Patellarückfläche
Die Notwendigkeit des Ersatzes der Patellarückfläche ist derzeit Gegenstand derwissenschaftlichen Diskussion. Während in den USA der Rückflächenersatz nahezuroutinemäßig durchgeführt wird, wurde in Deutschland 1994 nur bei 48% der Knie-prothesen die Retropatellarfläche ersetzt. Alternativ wird eine Glättung der Rück-fläche mit Denervierung durch Elektrokoagulation der Synovialmembran entlangdes Randes der Kniescheibe durchgeführt.
Gegen den Ersatz der Rückfläche spricht, daß Patellaprobleme der häufigsteGrund für Frührevisionen sind. Für den primären Ersatz spricht, daß ein Teil der Pa-tienten mit unversorgten Patellae aufgrund hartnäckiger peripatellarer Schmerzensekundär einen Ersatz der Gleitfläche benötigt. Prospektive Vergleichsstudienkonnten bisher bei Gonarthrose keinen Vorteil des Patellagleitflächenersatzes nach-weisen. Beim Rheumatiker sollte die Patellagleitfläche stets ersetzt werden.
Unabhängig davon, ob die Rückfläche der Patella ersetzt wird oder nicht, ist dasZiel, die Patella korrekt zu zentrieren. Intraoperativ wird mit eingesetzten Probe-komponenten das Knie über 90° gebeugt. Die Patella darf bei offener medialer Kap-sel und ohne Stabilisierung durch den Operateur (c „no thumb rule“) die Gleit-bahn der Femurkomponente nicht verlassen. Anderenfalls muß ein c laterales Re-lease erfolgen.
Fixation der Komponenten
Bisher gibt es keine einheitliche Meinung zur Frage der Prothesenverankerung. AmFemur ist die zementfreie Verankerung der zementierten Verankerung ebenbürtig.Ander Tibia scheint die zementfreie Verankerung problematisch. Eine stärkere Migra-tion zementfrei verankerter Komponenten wurde beobachtet. Nach aktuellemStand der Literatur ist davon auszugehen, daß eine zementierte Verankerung der Ti-biakomponente im Hinblick auf die Langzeitresultate überlegen ist. Bioaktive Ober-flächenbeschichtungen (Hydroxylapatit) können möglicherweise das Knochenein-wachsverhalten und damit die Verankerung verbessern. Sie erhöhen jedoch die Im-plantatkosten.
Derzeit erscheint die Verankerung aller Komponenten mit Zement oder die c Hybridtechnik (Femur zementfrei, Tibia zementiert) als beste Alternative.
Bei osteoporotischem Knochen, insbesondere beim Rheumapatienten, solltenalle Prothesenkomponenten zementiert werden.
Der Orthopäde 11•99986
Tabelle 2Beseitigung einer medialen Kontraktur bei Varusgonarthrose
• Entfernen von Osteophyten an Femurkondylus und Tibiaplateau• Subperiostales tibiales Ablösen der Kapsel und der tiefen Schicht des
medialen Kollateralbandes bis zur Einstrahlung der Semimembranosussehne• Subperiostale tibiale Desinsertion des oberflächlichen medialen
Kollateralbandes, des Pes anserinus und des Musculus semimembranosus am Tibiakopf• Quere Durchtrennung der hinteren medialen Kapsel• Subperiostales Abschieben des hinteren Kreuzbandes am Tibiakopf oder
fraktionierte Einkerbung
Tabelle 3Beseitigung einer lateralen Kontraktur bei Valgusfehlstellungen
• Enfernung aller Osteophyten• Subperiostale Ablösung des Tractus iliotibialis am
Tuberculum Gerdii• Schrittweises subperiostales Ablösen des Außenbandes
und der Popliteussehne vom lateralen Femurkondylus• Release des hinteren Kreuzbandes• Quere Durchtrennung der hinteren lateralen Kapsel
Tabelle 4Beseitigung einer Beugekontraktur
• Abtragen dorsaler Osteophyten und knöcherner Kondylenüberstände• Subperiostales Abschieben der dorsalen Kapsel von der Femurrückfläche• Release des hinteren Kreuzbandes• Kranialisierung der distalen Femurresektionsebene (mindestens 2 mm) in
Kombination mit einer posterior stabilisierenden Prothese
Entlastung des operierten Beines bis zurWiederherstellung von Streckung und mus-kulärer Kontrolle.Ausnahme: Refixation der Tuberositas tibiae, Defektauffüllung durch autologenoder allogenen Knochen.
Die aseptische Lockerung ist die häufigsteKomplikation in der Knieendoprothetik.
Gekoppelte Knieendoprothesen müssenlangstielig in Tibia und Femur verankertwerden. Dies erschwert einen nötig werden-den Prothesenwechsel erheblich.Heute beschränkt sich ihr Einsatz auf Fälle,die mit ungekoppelten oder teilgekoppel-ten Modellen nicht mehr beherrschbar sind.
Nachbehandlung
Motorschiene oder Krankengymnastik ab dem ersten postoperativen Tag, Begren-zung der Flexion auf 90° in der ersten postoperativen Woche. Ziel ist die volleStreckung und eine Beugung von 90° nach 10 Tagen.
Teilentlastung an Unterarmgehstützen bis das operierte Bein ausreichend mus-kulär kontrolliert werden kann. Nach 2 Wochen ist dies in der Regel erreicht, sodaßauf Vollbelastung übergegangen werden kann. Auch die sofortige Vollbelastungwurde empfohlen.Antithrombosestrümpfe werden während der Teilbelastungspha-se getragen. Die medikamentöse Thromboseprophylaxe vorzugsweise mit nieder-molekularen Heparinpräparaten sollte bis zur Vollbelastung, mindestens jedoch für2 postoperative Wochen durchgeführt werden.
Besonderheiten
Bei präoperativ stark kontrakten Gelenken muß der intraoperativ wiedergewonneneBewegungsumfang durch intensive krankengymnastische Nachbehandlung, er-gänzt durch Einsatz der Motorschiene am besten unter periduraler Analgesie, erhal-ten werden.
Die Osteotomie und Refixation der Tuberositas tibiae oder die Auffüllung ossä-rer Defekte mit autologem oder allogenen Knochen erfordert eine Entlastung desoperierten Beines (4 Wochen nach Refixation; 6-12 Wochen nach Aufbauplastik).
Resultate
Die Resultate (Tabelle 5) nach Einbau bikondylärer Prothesen hängen unter ande-rem von der lokalen Ausgangssituation (Fehlstellung, Knochendefekte), dem ver-wendeten Prothesenmodell und den patientenspezifischen Faktoren (Diagnose,Körpergewicht, Begleiterkrankungen, Lebensalter) ab. Leider wurde in vielen klini-schen Studien nicht zwischen den Resultaten nach Osteoarthrose und nach rheu-matoider Arthritis unterschieden. Übergewicht, Diabetes mellitus und kontrakteAchsabweichungen haben einen ungünstigen Einfluß auf das Behandlungsresultat.
Komplikationen
Prothesenbezogene Komplikationen sind: Aseptische Lockerungen, Instabilität, tie-fe Infektion, Patellakomplikationen (Subluxation, Nekrose, Fraktur), Nervenschädi-gungen (N. peronaeus bei starker Valgusdeformität), Weichteilimpingement (beiüberstehenden Prothesenkomponenten, „patella clunk syndrome“), periprotheti-sche Frakturen und Rupturen des Kniestreckapparates.
Gekoppelte Prothesen (Totalendoprothesen)
Historie
Die ersten Modelle waren Scharniergelenke mit lasttragender Achse (Walldius 1960,Shiers 1961). Aus der unphysiologischen Kinematik resultierte eine starke Belastungder Prothesenverankerung mit entsprechend hohen Lockerungsraten. Auch hoheInfektionsraten wurden berichtet.
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Tabelle 5Resultate nach bikondylärem Oberflächenersatz
Autor Jahr Zahl Fixation NU-Zeitraum Survival
Vince et al. 1989 74 Zementiert 10 Jahre 93 %Rand u. Ilstrup 1989 134 Zementiert 10 Jahre 91 %Ranawat et al. 1993 112 Zementiert 15 Jahre 94 %Whiteside 1994 163 Zementfrei 10 Jahre 94 %
Durch die Koppelungsmechnismus werdenauch Varus- und Valguskräfte übernommen.
Bei der Operationsplanung Beurteilung derintramedullären Verankerungsstrecke.Cave: langstielige Hüftendoprothesen!
Design
Die heute verfügbaren Modelle übertragen die Last überwiegend über die Gelenk-flächen (Blauth-Knie, Link Rotationsknie, GSB-Knie). Während beim Blauth-Knieund beim Link Rotationsknie eine Achse Femur- und Tibiakomponente koppelt, be-ruht die Verbindung beim GSB-Knie auf einer Gleitführung mit wandernder Dreh-achse in ap-Richtung. Das Link-Knie erlaubt eine Rotation der Tibia gegenüber demFemur.
Langstielige zementierteVerankerungen in der Femur- und Tibiamarkhöhlesind erforderlich, um die erhöhte Grenzflächenbelastung auf ein ausreichend gro-ßes Knochenlager zu übertragen
Indikationen
Die Koppelungsmechanismen übernehmen Varus- und Valguskräfte. Dieser Prothe-sentyp ist insbesondere in Ausgangssituationen indiziert, die mit einem kondylärenOberflächenersatz nicht mehr zu versorgen sind.
Es handelt sich um erhebliche, kontrakte Achsabweichungen sowie um schwereInstabilitäten. Die notwendige langstielige, zementierte intramedulläre Veranke-rung sowie der designbedingte interkondyläre Knochensubstanzverlust erschwerendie Rückzugsmöglichkeiten nach Implantation. Die Indikation ist deshalb insbeson-dere bei jüngeren Patienten sehr kritisch zu stellen.
1994 wurde dieser Prothesentyp in Deutschland bei etwa 16 % aller Implantatio-nen verwendet
Präoperative Diagnostik/Operationsplanung
Röntgendiagnostik wie zur Planung eines kondylären Oberflächenersatzes. Wichtigist die Beurteilung der intramedullär notwendigen Verankerungsstrecke. Problemekönnen sich bei Achsenfehlern des Femur- oder Tibiaschaftes oder bei Einliegenlangstieliger Hüftendoprothesen ergeben.
Operationsprinzip
Der Zugang entspricht dem Vorgehen beim kondylären Oberflächenersatz. BeideKreuzbänder werden durchtrennt. Die Seitenbänder werden am Femur subperiostaldesinseriert. Ein Weichteilbalancing wie beim Oberflächenersatz ist nicht erforder-lich. Femur- und Tibiaresektion erfolgen instrumentiert, wobei die Instrumentarienweniger aufwendig gestaltet sind. Die Tibia sollte in frontaler und sagittaler Ebenesenkrecht zur Tragachse reseziert werden.
Resultate
Die Standzeiten der gekoppelten Totalendoprothesen sind denen der kondylärenOberflächenprothesen vergleichbar. Auch die langfristigen funktionellen Ergebnis-se sind gut (Tabelle 6).
Komplikationen
Im Vergleich zum Oberflächenersatz werden häufiger Patellaprobleme und höhere In-fektraten beschrieben.
Revisionsalloarthroplastik
10–15% der Alloarthroplastiken am Kniegelenk entfallen auf Revisionseingriffe.Komplikationen nach Primärimplantation wie Lockerung oder Infekt sollten früh-zeitig operativ angegangen werden, da von einer Progression auszugehen ist, die dieVersorgung weiter erschweren wird.
Trotz der Komplexität der Problematik muß sich das Vorgehen an einigen Prin-zipien ausrichten:
Der Orthopäde 11•99988
„The most common failure mode of revisiontotal knee arthroplasty is to repeat the pre-ceding errors.“ (Insall)
cRadiolucent line
cPatella clunk-syndrome
cWeichteilimpingement
cGiving way
Vor dem Revisionseingriff muß der Versa-gensmodus erfaßt werden.
• Ausschluß einer Infektion• Analyse und Identifikation des Versagensmodus • Sorgfältige Planung des Revisionseingriffes
– Kenntnis der implantierten Typen und Größen– Röntgenanalyse (insbesondere Knochensubstanzverlust)
Der Belastungsschmerz aufgrund mechanischer Probleme ist vom Ruheschmerz beibiologischen Ursachen abzugrenzen (Tabelle 7).
Auftreten röntgendurchlässiger Säume (c radiolucent line) von mehr als 2 mmBreite, Migration von Komponenten und Änderung der Beinachsen sind Locke-rungszeichen. Instabilität, Malalignment durch Fehlimplantation, Granulome durchPolyethylen-Abrieb und Infektion sind Ursachen für eine Prothesenlockerung. Pa-tellaprobleme treten in Form einer patellofemoralen Subluxation, einer avaskulärenNekrose/Fraktur der Kniescheibe oder beim c „Patella clunk-Syndrom“ auf. Beim„Patella clunk-Syndrom“ handelt es sich um das schmerzhafte Hängenbleiben einerzyklopsartigen Bindegewebsvermehrung, die sich am kranialen Patellarand ausbil-det, in der interkondylären Aussparung der Femurkomponente beim Übergang vonder Beugung in die Streckung. Überstehende Prothesenkomponenten können anmechanisch exponierten Stellen besonders im Bereich des Ligamentum collateralemediale einen lokalen Reizzustand provozieren. Man spricht von c Weichteilimpin-gement.
Die funktionseingeschräkte Knieprothese
Bei einem Streckdefizit von >10° ist ein amuskuläres Stehen nicht mehr möglich.Die Quadrizepsmuskulatur wird vermehrt beansprucht. Es kommt zur schmerzhaf-ten Ermüdung, zu Instabilitätsgefühl und hinkendem Gang (Tabelle 8).
Folgende Beugewinkel sind für Aktivitäten des täglichen Lebens notwendig:• Gehen 65°• Treppensteigen aufwärts 85°• Treppensteigen abwärts 90°• Aufstehen von einem Stuhl 100°
Einschränkungen der Beugefähigkeit über diese Winkel hinaus behindern diese All-tagstätigkeiten. Eine patellofemorale oder tibiofemorale Instabilität führt zur Gang-unsicherheit mit Neigung zum plötzlichen Nachgeben (c „giving way“) des Gelenkes.
Evaluation
Die Erfassung des zugrundeliegenden Versagensmodus ist entscheidend.Anamnese,klinische Untersuchung, Labordiagnostik, Röntgenuntersuchung und Szintigraphiebilden die Grundlagen der Therapieentscheidung.
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Der Orthopäde 11•99 989
Tabelle 6Resultate nach gekoppelten Totalendoprothesen
Autor Jahr Zahl NU-Zeitraum Survival
Blauth u. Hassenpflug 1990 497 10 Jahre 96 %Geschwend u. Siegrist 1991 638 10 Jahre 86 %Böhm u. Holy 1998 422 10 Jahre 96,7 %
Tabelle 7Ursachen der schmerzhaften Knieendoprothese
Antibiotikagabe führt zu falsch negativenBefunden beim Versuch eines Erregernach-weises aus dem Gelenkpunktat. Ein Abset-zen der Medikation 2-4 Wochen vor derPunktion ist erforderlich.
Die Sensitivität einer über 30 mm in der ersten Stunde beschleunigten Senkung fürdie Infektdiagnose beträgt 60-80%. Im Punktat sind >25000 Zellen pro mm3 odermehr al 90% Granulozyten ein Infekthinweis. Die Sensitivität der Bakteriologie ausdem Gelenkpunktat beträgt etwa 75% bei einmaliger und 85% bei mehrfacher Aspi-ration. Allerdings führt die Gabe von Antibiotika zu falsch negativen Befunden. DasAntibiotikum muß in fraglichen Fällen 2-4 Wochen vor der Punktion abgesetzt wer-den. Der Nachweis von Bakterien-DNA im Punktat mit der Polymerasekettenreaktion(PCR) hat unabhängig von einer Antibiotikagabe eine Sensitivität nahe 100% undkönnte künftig die Infektdiagnostik verbessern.
Der Orthopäde 11•99990
Tabelle 8Funktionseinschränkungen und Ursachen
Streckdefizit • Kontraktur hintere Kapsel• Kontraktur hinteres Kreuzband• Streckspalt zu eng (Resektion distales Femur zu sparsam)
Beugedefizit • Knochenüberstände an den dorsalen Kondylen• Beugespalt zu eng (zu große Femurkomponente)• Kranialisierte Gelenklinie, Patella baja
Instabilität • Kontraktes laterales Retinakulumpatellofemoral • Fehlrotation der Femur- oder Tibiakomponente
Tabelle 9Laboruntersuchungen bei Verdacht auf Infektion
• BSG,CRP, Blutbild• Bakteriologie aus dem Gelenkpunktat• c Polymerasekettenreaktion (unabhängig von Antibiotikagabe)
cLeukozytenszintigrafie
cFrühinfektecSpätinfekte
Röntgen
Siehe hierzu die Tabelle 10.
Szintigrafie
In der Infektdiagnostik kann das Technetium-Szintigramm zusätzliche Informatio-nen liefern. Die Kombination aus Sensitivität und Spezifität reicht jedoch nicht aus,um die Diagnose ausschließlich auf dieses Verfahren zu stützen. Eine geringe Ver-besserung der Aussagekraft kann durch die c Leukozytenszintigrafie erreicht wer-den. Auch in der Lockerungsdiagnostik sind die Ergebnisse der Technetium-Szinti-grafie nur wenig verläßlich.
Indikationen/Besonderheiten
Die häufigsten Indikationen zur Revision einer Knieendoprothese sind:• Aseptische Lockerung• Implantatversagen• Instabilität femuro-tibial• Patellaprobleme, Infekt• Sekundäre Bewegungseinschränkung• Weichteilimpingement• Periprothetische Fraktur
Infekt
Die bakterielle Infektion bei einliegender Prothese kann nach rein zeitlichen Krite-rien in akut (bis 12 Wochen), subakut (12-52 Wochen) und spät (> 1 Jahr) unterteiltwerden. Die Verwendung der Begriffe Frühinfekt und Spätinfekt impliziert nebendem Zeitverlauf unterschwellig den Infektionsweg. c Frühinfekte entstehen imzeitlichen Zusammenhang mit dem operativen Vorgehen. cSpätinfekte werden inder Regel hämatogen verursacht. Die infizierte Knieendoprothese sollte aggressivbehandelt werden. Zielsetzung der Behandlung ist zum einen das Ausheilen der In-fektion, zum anderen der Erhalt bzw. die Reimplantation einer Endoprothese mitmöglichst guter Funktion. Ein Erhalt des Implantats mit Debridement, Wechsel der
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Der Orthopäde 11•99 991
Tabelle 10Röntgendiagnostik nach Knieendoprothese
AP-Aufnahmen: • Radiolucent linesEs besteht das Problem der Überdeckung durch Prothesenkomponenten bei nicht idealer Projektion.Wenn verfügbar sollte die korrekte Projektion mit Bildwandler eingestellt werden.
Röntgenverlauf: • Einsinken des Implantates oder Achsänderung als Hinweis aufLockerung
cAntibiotikahaltiger Zement
cAnterior notching
cEinzeitiges Vorgehen
cZweizeitiges Vorgehen
modularen Polyethyleneinsätze, lokaler und systemischer Antibiotikagabe kannversucht werden, wenn die Infektion in einem frühen Stadium erkannt wird, die Im-plantate gut fixiert sind und grampositive antibiotikasensible Bakterien vorgefun-den werden. Aber auch unter günstigen Voraussetzungen liegt die kurzfristige Er-folgsrate unter 50%.
Wird das infizierte Implantat entfernt, so kann die Reimplantation einzeitigoder zweizeitig erfolgen. Beim einzeitigen Wechsel wird c antibiotikahaltiger Ze-ment mit Refobacin und bei Resistenz gegen dieses Antibiotikum mit Vancomycin-zumischung (z.B. 4 g Vancomycin auf 40 g Refobacin-Palacos) verwendet. Eine imOperationssaal durchgeführte resistenzgerechte Zumischung weiterer Antibiotikaist problematisch, da viele Präparate aus dem Knochenzement nicht freigesetzt wer-den. Eine mechanische Schwächung des Zementes insbesondere hinsichtlich derDauerschwingfestigkeit ist zu erwarten.Vorteile des einzeitigen Vorgehens sind: Es istnur ein Eingriff notwendig. Die Weichteilsituation ist für die Reimplantation nochgünstig.
Der zweizeitige Wechsel wird als erfolgversprechender hinsichtlich der Infekt-sanierung angesehen. Die Prothese muß zunächst entfernt werden. Als lokaler Anti-biotikaträger können PMMA-Ketten eingelegt werden. Zur temporären Stabilisie-rung muß ein überbrückender Fixateur externe angelegt werden. Alternativ kannein antibiotikahaltiger PMMA-Block als Abstandshalter zwischen Femur und Tibia-resektionsfläche eingebracht werden. Beide Verfahren sind durch erhebliche Weich-teilkontrakturen belastet, die die Reimplantation erschweren und die Funktiondurch starke Reduziererung des Bewegungsausmaßes beeinträchtigen. Eine Verbes-serung ist durch artikulierende PMMA-Spacer mit Antibiotikazusatz zu erreichen,die eine Umlagerung der Extremität zwischen Beuge- und Streckstellung ermögli-chen.
Kann der Infekt mit den genannten Maßnahmen nicht beherrscht werden,kommt als Rückzugsoperation eine Kniearthrodese in Frage.
Periprothetische Fraktur
Suprakondyläre Fraktur: Die suprakondyläre Region ist die häufigste Lokalisation vonFrakturen nach Endoprothese. Risikofaktoren sind Osteopenie, rheumatische Grund-erkrankung, Zustand nach Wechseloperation sowie das c „anterior notching“ (an-teriorer femoraler Sägeschnitt läuft in die ventrale Femurkortikalis). Die Versor-gung richtet sich nach der Frakturdislokation und danach, ob das Implantat festsitzt oder gelockert ist. Bei festsitzendem Implantat werden gering dislozierte Frak-turen (Achsabweichung <5°, Seitverschiebung <5 mm) konservativ behandelt. Stär-ker dislozierte Frakturen werden nach Reposition mittels Plattenosteosynthese oderMarknagel stabilisiert. Der retrograde Marknagel ist eine elegante Form der Stabili-sierung. Allerdings hängt seine Verwendbarkeit von der Formgebung der Femur-komponente ab. Tiefgezogene Patellaschilde können den retrograden Markrau-meintritt verhindern.
Bei Fraktur und Implantatlockerung bieten sich zwei grundsätzliche Möglich-keiten: Beim c einzeitigen Vorgehen wird die Frakturversorgung mit dem Implan-tatwechsel kombiniert. Durch Verwendung entsprechend dimensionierter Verlänge-rungsschäfte kann die Fraktur intramedullär stabilisiert werden. Beim c zweizeiti-gen Vorgehen wird zunächst nur die Fraktur stabilisiert. Nach Konsolidierung wirdin einem zweiten Eingriff das Implantat gewechselt.
Tibiafraktur: Auch hier ist zu unterscheiden, ob das Implantat fest sitzt oder gelockertist. Ein gelockertes Implantat sollte ausgewechselt werden. Bei festsitzendem Im-plantat gelten die Prinzipien der Osteosynthese bei Tibiafrakturen mit Wahl desVorgehens in Abhängigkeit von Frakturtyp und –lokalisation.
Patellafraktur: Bei funktionstüchtigem Quadrizepsmechanismus kann konservativbehandelt werden. Anderenfalls muß entschieden werden, ob eine Osteosyntheseevtl. mit erneutem Rückflächenersatz möglich ist, oder eine Patellektomie erfolgenmuß.
Der Orthopäde 11•99992
cHautnekrose
cQuadrizeps snip
cQuadrizeps turn down
cTuberositasosteotomie
cKnochensubstanzdefekte
cImplantatseitige Defektversorgung
Operationsprinzip
Die Prinzipien der Revisionsalloarthroplastik entsprechen denen der Primärim-plantation. Allerdings können zusätzliche Probleme auftereten:• Vernarbung mit Erschwernis des operativen Zugangs • Knochensubstanzverlust• Weichteilimbalance• Bandinstabilität• Unphysiologische Verschiebung der Gelenklinie
Der Zugang zum Gelenk kann in der Revisionssituation deutlich erschwert sein.AlteNarben müssen respektiert und wenn möglich in die Schnittführung integriert wer-den. Schnitte parallel zu alten Narben sind zu vermeiden. Sie beinhalten ein hohes Ri-siko der c Nekrose der zwischen dem Schnitt und der Narbe liegenden Haut.
Bei kontrakten Gelenken kann eine Zugangserweiterung proximal oder distalerforderlich werden. Proximal wird die Quadrizepssehne quer durchtrennt (c „Quadrizeps snip“) oder der Schnitt wird V-förmig nach distal in den kontrala-teralen Reservestreckapparat verlängert (modifizierter Coonse-Adams Zugangnach Insall oder c „Quadriceps turn down“). Wir bevorzugen die distale Zugangs-erweiterung mit temporärer Desinsertion des Ligamentum patellae durch eine c Tuberositasosteotomie (Abb. 8).
Die schonende, nicht-destruktive Komponentenentfernung erlaubt den best-möglichen Erhalt von Knochensubstanz. Beim Einbau der Revisionskomponentenmuß der Widerherstellung der Gelenklinie in korrekter Höhe besondere Aufmerk-samkeit gelten. Das Weichteilbalancing entspricht dem Vorgehen bei der Primärope-ration. Die Versorgung von Knochensubstanzdefekten hängt von ihrer Lage undGröße sowie von der Knochenqualität des noch verfügbaren Prothesenlagers ab. Inder Literatur werden ausführliche und differenzierte Defektklassifikationen be-schrieben, die jedoch nur für wissenschaftliche Fragestellungen relevant sind.
Grundsätzlich können c Knochensubstanzdefekte wiefolgt unterschiedenwerden:• Zentrale Defekte mit erhaltener kortikaler Begrenzung,• randständige Defekte mit teilweisem Verlust der kortikalen Auflagemöglichkeit
und • Defekte mit dem Verlust ganzer Knochensegmente.
Defekte können mit Knochenzement, mit autologem oder mit allogenem Knochenaufgefüllt werden. Andererseits läßt sich das Implantat durch Anbringen von Keilenoder Blöcken paßgerecht für einen entsprechenden Knochendefekt zurichten. Beigroßvolumigem Knochenverlust kann die Verwendung von individuell gefertigtenMaßprothesen erforderlich werden. Der Vorteil der Knochentransplantation liegtbei Inkorporation des Knochenmaterials im Erhalt einer möglichst großen Kno-chensubstanz. Der Vorteil der c implantatseitigen Defektversorgung liegt in dervorhersehbaren Primärstabilität und der problemlosen Verfügbarkeit. Eine Zemen-
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Knie
Der Orthopäde 11•99 993
Abb. 8 b mZugangserweiterung bei kontraktem Streckapparata Quadrizeps snip;b Quadrizeps turn down;c Tuberositasosteotomie
a b
c
Versorgung von Substanzdefekten des Knochens: Knochentransplantation versusimplantatseitigem Ersatz durch Blöcke undKeils.
cMolulare Verlängerungsschäfte
1. Was sind die wichtigsten strittigenFragen in der Knieendoprothetik?
2. Wo stößt die bikondyläre ungekop-pelte oder teilgekoppelte Prothesean ihre Grenzen?
3. Nennen Sie verschiedene Arten desOberflächendesigns kondylärer Prothesen mit ihren Vor- und Nach-teilen.
tauffüllung ist allenfalls für sehr oberflächliche (<5 mm) kleine Defekte mit erhalte-ner Kortikalisbegrenzung geeignet.
Bei randständigen Defekten, größeren zentralen Defekten oder Segmentverlu-sten ist es aufgrund des quantitativ und meist auch qualitativ reduzierten Knochen-lagers für den Oberflächenersatz erforderlich, die benachbarten kortikalen Mark-raumbegrenzungen von Femur-und Tibiaschaft zur Lastübertragung zu rekrutie-ren. Ideal sind c modulare Verlängerungsschäfte, die press-fit verankerbar und fle-xibel exzentrisch an die Oberflächenkomponenten koppelbar sind.
Resultate
Die Ergebnisse der Revisionsarthroplastik sind schlechter, die Komplikationsrate isthöher als bei der Primärimplantation (Tabelle 11).
Fragen zur Erfolgskontrolle
Nach wie vor ist ungesichtert, ob die zementfreie Verankerung einen Vorteil gegenü-ber der Befestigung mit Knochenzement darstellt. Die Oberflächenbeschichtungmit Hydroxylapatit wird kontrovers beurteilt. Langzeitresultate liegen diesbezüglichnicht vor. Die Notwendigkeit zum Oberflächenersatz der Kniescheibe beim Arthro-seknie wird unterschiedlich gesehen: Während manche Operateure den primärenErsatz vorziehen, führen andere nur eine Anpassung der Patellaoberfläche an dieProthesenform durch. Grund sind die nach wie vor häufigen Komplikationen nachEinbau von Patellakomponenten.
Das Oberflächendesign kondylärer Prothesen ist uneinheitlich. Neue Prothe-senmodelle besitzen häufig bewegliche Polyethyleneinsätze. Damit soll bei gerin-gem Flächenpressdruck eine physiologische Kniekinematik imitiert und die Veran-kerung wenig belastet werden.Bessere Funktion oder längere Standzeiten konnten je-doch bislang für Prothesen mit „Mobile bearings“ nicht nachgewiesen werden.
Achsenfehlstellungen über 20° bis 30° und schwere Instabilitäten sind nach wie vormit gekoppelten Knieendoprothesen einfacher und sicherer zu beherrschen. Insbe-sondere die ausgeprägte Kollateralbandinstabilität läßt sich mit teilgekoppelten Im-plantaten schecht versorgen.
Beim round-on-flat-Typ wird die sphärisch begrenzte Femurkomponente von derebenen oder nahezu ebenen Tibiakomponente kaum geführt. Dies erlaubt einenRoll-Gleitmechanismus und eine tibiofemorale Rotation. Eine Zwangsführung wirdvermieden und damit eine hohe Belastung der Implantatverankerung. Andererseitskommt es durch die kleine Auflagefläche zu hoher mechanischer Belastung undfrühem Verschleiß des Polyethyleneinsatzes. Beim round-on-round-Design sind dieOberfläche der Femurkomponente und die Oberfläche des tibialen Polyethylenein-satzes kongruent oder nahezu kongruent. Dadurch wird die eingeleitete Kraft aufeine große Polyethylenfläche verteilt. Die Belastung des Polyethylen ist gering. An-
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Tabelle 11Resultate der Revisionsalloarthroplastik am Knie
Autor Jahr Zahl NU-Zeitraum Erfolgsrate Komplikationen
Friedman et al. 1990 137 5,2 Jahre 62 % 6 %Rand 1991 21 4,0 Jahre 50 % 33 %Rosenberg et al. 1991 36 4,0 Jahre 69 % 47 %Haas et al. 1995 74 3,5 Jahre 84 % 13 %Vince et al. 1995 44 2-6 Jahre 86 % 7 %Engh et al. 1997 30 4,2 Jahre 87 % 23 %
4. Die Kontraktur des Streckapparatesist ein typisches Problem bei der Revisionsalloarthroplastik. WelcheZugangsvarianten werden in diesemFalle eingesetzt?
dererseits bedingt das Design eine Zwangsführung des Gelenkes und damit einehöhere Belastung der Implantatverankerung.
In der Frontalebene unterscheidet man das flat-on-flat- vom curved-on-cur-ved-Design.Während beim Ersteren die Femurkomponente dem Polyethyleneinsatzbreit aufliegt, ist die Auflagefläche beim letzteren Design kleiner und damit die Be-lastung des Polyethylen höher. Das flat-on-flat-Design ist allerdings sehr empfind-lich gegen ein Aufkanten im Varus- oder Valgussinne. Dies ist beim curved-on-cur-ved Design nicht der Fall. Das curved-on-curved-Design erlaubt keine tibiofemora-le Rotation.
Während im europäischen Raum eher eine Osteotomie der Tuberositas tibiae vorge-nommen wird, ist im angloamerikanischen Raum die proximale temporäre Durch-trennung des Streckapparates in Form des Quadrizeps snip oder des Quadrizepsturn down üblich. Sämtliche Methoden schwächen den Streckapparat temporär.
Achsgeführte langstielig zementierte Totalendprothesen sind schwierig zu revidie-ren. Die Entfernung von Prothese und Zement birgt die Gefahr einer Zerstörung vonFemur- oder Tibiadiaphyse. Bereits beim Einbau solcher Prothesen muß femurseitigein relativ großes Knochenvolumen geopfert werden. Die Indikation ist insbesonde-re bei der Primärversorgung von Patienten unter 70 Jahren mit äußerster Zurück-haltung zu stellen.
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