Lars Victor von Engelhardt1, 2, Gunter Spahn3, Jörg Jerosch4

Zusammenfassung: In der vorliegenden Übersichtsarbeit werden die derzeitigen Methoden und Erkenntnisse zur operativen Therapie bei chronisch degenerativen Knorpelschäden an Knie, Hüfte und Sprunggelenk dargestellt. Unseres Erachtens ist ein anhaltender Gelenkerhalt hierbei nur erfolgreich, wenn die dem Knorpelschaden zugrunde liegenden Ursachen auch konsequent adressiert werden. Für die Therapie tiefer Knorpelschäden werden neben dem einfachen Debridement auch knochenmarkstimulierende Techniken, osteochondrale Autografts, die autologe Knorpelzelltransplantation sowie Kollagenmatrix-basierte, zellbasierte und zellfreie Knorpelverfahren dargestellt. Die zellfreien Verfahren mit einer Kollagenmatrix vermeiden einen Entnahmedefekt, ermöglichen anstelle von 2 Operationen ein einzeitiges Vorgehen und ermöglichen einen minimal-invasiven Eingriff mittels CO2-Arthrokopie. Nachteile dieser Methode sind insbesondere das Fehlen von Langzeitbeobachtungen, größerer MRT-basierter Verlaufsuntersuchungen sowie größere prospektiv randomisierte Studien.

Schlüsselwörter: Knorpelschaden; Knorpeldegeneration; Knorpeltherapie; Hüfte; Knie; Sprunggelenk

Zitierweise
von Engelhardt LV, Spahn G, Jerosch J: Therapiemöglichkeiten bei chronischen, degenerativen Knorpelschäden.
OUP 2018; 7: 382–387 DOI 10.3238/oup.2018.0382–0387

Summary: The present review describes current methods for a surgical treatment of chronic, degenerative cartilage damage at the knee, hip and ankle joint. We expect that a lasting joint preservation might only be successful when the underlying causes for the cartilage damage are consistently addressed during the procedure. Besides the surgical debridement, bone marrow-stimulating techniques, osteochondral autografting, the autologous chondrocyte transplantation as well as collagen matrix-assisted techniques including cell-based and cell-free methods are described for the treatment of deep cartilage defects. Cell-free techniques for a collagen matrix avoid a donor side defect and the necessity of a second surgery. Moreover, a minimal-invasive procedure by using CO2 arthroscopy is feasible. Disadvantages are that long-term observations, larger MRI monitored follow-up examinations and prospective randomized studies are still lacking for this method.

Keywords: cartilage damage; cartilage degeneration; cartilage treatment; knee; hip; ankle joint

Citation
von Engelhardt LV, Spahn G, Jerosch J: Treatment possibilities for chronic, degenerative cartilage damage.
OUP 2018; 7: 382–387 DOI 10.3238/oup.2018.0382–0387

1 Private Universität Witten/Herdecke, Fakultät für Gesundheit, 2 Klinik für Unfallchirurgie, Orthopädie und Sportmedizin, Katholisches Karl-Leisner Klinikum Kleve

3 Praxisklinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Eisenach

4 Abteilung für Orthopädie, Unfallchirurgie und Sportmedizin, Johanna-Etienne-Krankenhaus, Neuss

Einleitung

Knorpel ist nicht innerviert, sodass entsprechende Schäden nicht unbedingt mit Schmerzen einhergehen müssen. Vielmehr können chronisch degenerative Knorpelschäden lange klinisch stumm verlaufen. Erst nachdem die dämpfende Funktion des Knorpels nachlässt und der vergleichsweise harte subchondrale Knochen vermehrt biomechanischen Stress aufnehmen muss, kommt es zu dem Kardinalsymptom „belastungsabhängiger Schmerz“ [16].

Sollten sich Schäden mit teilweise abgelösten Knorpellappen finden, so kommt es zu mechanischen Symptomen wie Einklemmungen, einem Klicken oder Schnappen. Knorpelschäden sollten behandelt werden, weil sie letztlich nicht nur persistieren, sondern vielmehr voranschreiten und die Gelenkhomöostase in Richtung einer katabolen Dynamik verändern. Somit kommt es im Verlauf zu einer inflammatorischen Reaktion und einer fortschreitenden Gelenkdestruktion [6, 34]. Klinisch entsteht eine synoviale Reizung mit oder ohne Ergussbildung. Gelegentlich erscheint das Gelenk geschwollen und neben der geringen Belastbarkeit kann auch die Beweglichkeit abnehmen.

In Anbetracht der doch deutlich erschwerten klinischen Diagnostik sollten uns die diagnostischen Möglichkeiten zur Detektion von Knorpelschäden bewusst sein. Bei der Beurteilung des Ausmaßes akut traumatischer Knorpelschäden zeigt die MRT sowohl bei geringfügigen als auch bei fortgeschrittenen Schäden einen vergleichsweise hohen diagnostischen Nutzen [39]. Bei degenerativen Schäden ist der Nutzen hingegen insbesondere für eine dezidierte Beurteilung bzw. ein Grading der Knorpelschäden deutlich limitiert [40].

Am sichersten lässt sich ein Knorpelschaden arthroskopisch diagnostizieren. Die Chance, den Knorpel während einer Arthroskopie dezidiert zu beurteilen, sollte daher niemals verpasst werden. Tierexperimentelle, aber auch klinische Langzeituntersuchungen zeigen, dass bereits kleine Knorpelschäden zu fortschreitenden Gelenkschäden bis hin zur Arthrose des betroffenen Gelenks führen können [23, 24]. Mittlerweile stehen zahlreiche Verfahren zur Therapie von Knorpelschäden zur Verfügung, die im Folgenden dargestellt werden.

Knorpelschäden sind meist
sekundär

Am Beginn eines jeden Therapieverfahrens steht die Analyse bestehender Ursachen. Knorpelschäden entstehen zum einem aufgrund einer akut traumatischen Schädigung wie bspw. bei einer Knorpel-Knochen-Kontusion, Kreuzbandverletzungen, Patellaluxationen, akuten Rissen am Hüftlabrum etc. [2, 29, 40].

Häufiger entwickelt sich ein Knorpelschaden allerdings infolge von anhaltenden Gelenkschäden. So können bereits ein Teilverlust des Meniskus, eine anhaltende Instabilität, ein Malalignement bspw. des Patellagleitwegs, ein Beinachsenfehler, ein chronisches Anschlagen wie bspw. beim Hüftimpingement etc. zu einer fortschreitenden Schädigung und Degeneration des Knorpels führen [9, 20, 21, 35]. In solchen Fällen kommt es zu chronisch degenerativen Knorpelschäden.

Welche Form der Knorpelreparatur wir auch vornehmen, uns sollte stets bewusst sein, dass auch das perfekt abgeheilte Knorpelkonstrukt niemals so stabil ist wie der zuvor bestandene intakte Gelenkknorpel. Es liegt somit auf der Hand, dass hier die Ursache adressiert werden sollte [27]. Ein solitäres Arbeiten am Gelenkknorpel ohne Behebung der Ursache erscheint vergleichsweise sinnlos (Tab. 1).

Hingegen zeichnen sich die die Ursache behebenden Verfahren wie bspw. Trochleaplastiken, Umstellungsosteotomien, Beseitigung der Konturstörungen am Schenkelhals-Kopf-Übergang und/oder am Pfannenrand häufig durch äußerst erfolgreiche Therapieergebnisse aus [13, 36, 41]. Bei beginnenden Knorpelschäden am Labrum-Knorpel-Übergang, der sog. junction zone, die sich arthroskopisch als sog. wave sign mit einer Knorpellösung von der subchondralen Grenzlamelle darstellen, kann eine Labrumrefixierung mit oder ohne Pinzer-Resektion den in diesem Bereich gelösten Knorpel bereits effektiv erhalten (Abb. 1) [7].

Aufgrund der Progredienz chronischer Knorpelschäden sollten zumindest die bis auf den Knochen reichenden, vollschichtigen Schäden und insbesondere die klinisch symptomatischen Knorpelschäden einer Therapie zugeführt werden [28]. Mittlerweile stehen hierfür zahlreiche Verfahren zur Verfügung.

Debridement und knochenmarkstimulierende
Techniken

Bereits durch eine schonende Abtragung inadhärenter bzw. instabiler Knorpelanteile, ein sog. Debridement, können zumindest kurzfristig überwiegend gute Ergebnisse mit einer nachweisbaren Linderung der Beschwerden erzielt werden [17]. Eine Regeneration des geschädigten Knorpels ist hierbei nicht zu erwarten. Die Bildung eines Regeneratgewebes ist die Hoffnung knochenmarkstimulierender Techniken.

Das Debridement und im Weiteren die Abrasion des geschädigten Knorpels bis an die subchondrale Grenzlamelle mit einem scharfen Löffel, einer Kürette oder einem Shaver ist hierfür der erste Behandlungsschritt. Anschließend erfolgt eine Eröffnung des subchondralen Knochens mit speziellen Ahlen (Abb. 2b). Somit können pluripotente Zellen aus dem Knochenmark in der Defektzone einen sog. Blutclot bilden. Hieraus kann ein faseriger Ersatzknorpel entstehen [18].

Gerade in den letzten Jahren wurde zunehmend bewusst, dass es im Rahmen der Mikrofrakturierung zu einer nicht unerheblichen, iatrogenen Schädigung der subchondralen Knochenlamelle kommt [1]. So zeigten hochauflösende CT-Untersuchungen nach Durchführung solcher knochenmarkstimulierenden Techniken im Tierversuch, aber auch Verlaufs-MRT-Untersuchungen am Menschen, dass es zu subchondralen Knochennekrosen, Zystenbildungen, Ausbildung von intraläsionalen Osteophyten etc. kommt. Zudem wird der subchondrale Knochen brüchig [22, 30]. Daher verwundern eher kritische klinische Nachuntersuchungen, denen zufolge sich nach initial guten Ergebnissen bereits nach wenigen Jahren eine wesentliche Verschlechterung findet, nicht allzu sehr [15, 25].

Letztlich kann auch davon ausgegangen werden, dass sich die Bedingungen für den Erfolg weiterer nachfolgender Verfahren wie bspw. der autologe Chondrozytentransplantation oder Matrix-basierter Verfahren doch deutlich verschlechtern [1].

Mosaikplastik

Bei kleineren Knorpel-/Knochenschäden an Knie und Talus ist der Transfer von Knorpel-/Knochenzylindern, sog. osteochondraler Autografts, aus eher gering belasteten Zonen des Kniegelenks eine Behandlungsmöglichkeit (Abb. 2a).

Zur Behandlung größerer Defekte ist die Methode wegen der hohen Entnahmemorbidität v.a. wegen Problemen der Herstellung der erforderlichen, möglichst haargenauen Kongruenz nicht geeignet. Auf der anderen Seite ist die Indikationsstellung bei sehr kleinen Knorpelschäden fraglich, da hier ebenso gute Ergebnisse mit anderen knorpelregenerativen Verfahren allerdings ohne Entnahmemorbidität erzielt werden können [18].

Oft findet sich eine fehlende Integration in den gesunden Umgebungsknorpel, die Knorpelflächen degenerieren dann im Verlauf zu Faserknorpel. Auch sind die klinischen Ergebnisse bei sportlich aktiven Patienten als vergleichsweise enttäuschend anzusehen [33].

Autologe Chondrozytentransplantation (ACT) und matrixgekoppelte ACT (MACT)

Bei der von Brittberg entwickelten autologen Chondrozytentransplantation (ACT) wird eine geringe Menge Knorpel entnommen, angezüchtet und in einem 2. Eingriff in den Defekt implantiert. In der Originalmethode werden Chondrozyten unter einem angenähten Periostlappen eingebracht [5]. Bei der matrixgekoppelten ACT (MACT) werden die Chondrozyten in eine Trägermatrix (z.B. aus Kollagen) integriert. Dies reduziert Komplikationen wie bspw. eine Transplantathypertrophie oder ein Transplantatversagen [31]. Zudem kann dies einer Dedifferenzierung der Zellen entgegenwirken und die Verteilung der eingebrachten Zellen optimieren. So konnte das histologische Outcome gegenüber der klassischen Periostlappen-ACT verbessert werden und in Metaanalysen ein signifikant besseres klinisches Outcome nachgewiesen werden [10, 11].

Betrachtet man die aktuelle Datenlage, ist die MACT am Knie derzeit das zuverlässigste Verfahren mit dem besten Outcome im Langzeitverlauf [3, 11, 42]. An der Hüfte und z.T. auch am Sprunggelenk ist die Situation anders. Hier ist die Verwendung solcher Kollagenvliese als Trägermaterialien wahrscheinlich nicht die optimale Lösung. Die Einbringung, vielmehr aber die permanente Fixierung der Vliese unter den andersartigen biomechanischen Belastungen können sowohl die Membran als auch die eingebrachten Zellen schädigen und schließlich zu einem Transplantatversagen führen [8]. Vielleicht bieten hier aktuelle Entwicklungen mit injizierbaren polymerisierenden Hydrogelen als Träger oder Zell-Matrix-Kügelchen mit angezüchteten Chondrozyten, sog. Sphäroide, eine sinnvolle Alternative zur biologischen Knorpelrekonstruktion im Hüftgelenk [13, 19].

Zellfreie Kollagenimplantate

Zellfreie Kollagenimplantate bestehen überwiegend aus Typ 1 Kollagenen. Sie sind sowohl in Form einer festen, einzupassenden und dann einzuklebenden Matrix als auch als flüssiges Fertigpräparat zur tropfenweisen Einbringung in die Defektzone und anschließenden Aushärtung in situ verfügbar. Hierbei erfolgt zunächst die möglichst sparsame, den Defekt nicht weiter ausdehnende Schneidung einer stabilen Randschulter. Dann erfolgt das Debridement der Defektzone mit Entfernung von Restknorpel und Narbengewebe. Das Wasser wird vollständig abgelassen, die Arthroskopie auf CO2-Gas gewechselt und die Defektzone mittels Stieltupfern getrocknet, bis eine absolut trockene Fläche entsteht (Abb. 2c).

Die in einer Doppelkammerspritze gelieferte, aufgetaute und im Inkubator auf 33° C erwärmte Flüssigmatrix wird über eine Kanüle langsam in die Defektzone eingebracht (Abb. 2d) und die Aushärtung von meist gut 10 Minuten abgewartet. Bei osteochondralen Defekten am Knie- und Sprunggelenk kombinieren wir die Auffüllung des Knorpeldefekts mit einer flüssigen Kollagenmatrix zumeist mit der vorherigen Auffüllung des Knochendefekts mittles autologer Spongiosa und seltener mit einer ß-Tricalciumphosphat-Keramik-Matrix (Abb. 3). Gute Erfahrungen haben wir mit beiden Methoden.

Gelegentlich erfolgt auch eine Miniarthrotomie, um die Matrix sicher und unter trockenen Bedingungen zu applizieren (Abb. 4). Die Vorteile eines zellfreien Systems liegen auf der Hand. Es muss keine weitere Operation zur Zellentnahme und Kultivierung der Zellen erfolgen. In vivo und in vitro wurde eine zuverlässige und ausreichende Zelleinwanderung aus dem umgebenden Gewebe in Kollagenmatrices nachgewiesen [26]. Zudem konnte gezeigt werden, dass solche Kollagenmatrices als Trägermaterialien die Proliferation und die Proteoglykansynthese in vitro effektiv fördern [37]. Daher erstaunt es nicht, dass auch für diese Techniken im Tiermodell zur Behandlung von Knorpeldefekten ein hohes autoregeneratives Potenzial nachgewiesen werden konnte [14].

Beispielsweise zeigten Untersuchungen am Minipig bei einem Vergleich von Chondro Filler liquid (Amedrix, Esslingen) mit unterschiedlich konzentrierten Kollagen-Gelen und einer unbehandelten Stelle die makro- und mikroskopisch besten Ergebnisse. Mikroskopisch konnte eine Einwanderung von Zellen beobachtet werden. Diese waren primär fibroblastisch, differenzierten jedoch zu einem chondroblastären Phänotyp. Der Nachweis von Kollagen Typ 2 gelang ebenfalls. Auch wurde postuliert, dass eine frühzeitige Füllung kleinerer Defekte die Entstehung weitreichender Knorpelschäden verhindern könnte [32].

Ähnlich zu diversen klinischen Untersuchungen am Kniegelenk [12, 32] konnten wir in retrospektiv angelegten Studien vergleichsweise gute Outcome-Ergebnisse an Knie, Sprunggelenk und auch am Hüftgelenk nachweisen [4, 38]. Dennoch fehlen uns Langzeituntersuchungen und v.a. prospektive Studien mit begleitenden MRT-Untersuchungen, um den erzielten Knorpelstatus und das Outcome besser zu objektivieren.

Interessenkonflikt: Keine angegeben.

Korrespondenzadresse

PD Dr. med. Lars Victor von Engelhardt

Fakultät für Gesundheit der Universität Witten/Herdecke

Klinik für Unfallchirurgie, Orthopädie und Sportmedizin

Katholisches Karl-Leisner Klinikum gGmbH

Albersallee 5–7

47533 Kleve

larsvictor@hotmail.de

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