Vorbemerkungen

Ausgedehnte, symptomatische osteochondrale Defekte am Kniegelenk bedürfen einer operativen Versorgung [1]. Da oft junge, aktive Patienten betroffen sind, ist ein gelenkerhaltender Eingriff mit dem Ziel der Schmerzreduktion und Wiederherstellung der Gelenkfunktion anzustreben. Zusätzlich kann durch eine Rekonstruktion der osteochondralen Einheit die frühe Entstehung der Osteoarthrose verhindert werden [2].

Zur knöchernen Defektauffüllung, begleitend zu einem knorpelrekonstruktiven Eingriff, stehen abhängig von der Größe des Defektes die Auffüllung mit autologen oder homologen Spongiosachips [1, 3], der autologe Knochenblock aus dem Beckenkamm [1] oder die Auffüllung mittels autologer Spongiosazylinder zur Verfügung [4, 5]. Zusätzlich stellt die Verwendung von osteochondralen Allografts eine Behandlungsoption dar, die aufgrund der eingeschränkten Verfügbarkeit in Europa zurzeit eine untergeordnete Rolle spielt [6].

Die knöcherne Auffüllung mittels Spongiosachips in Kombination mit einer Knorpelzelltransplantation ist der Behandlung von kleineren Defekten (Defekttiefe < 10 mm) vorbehalten [1], weist bei dieser Technik jedoch eine niedrige Primärstabilität auf. Bei kleinen Defekten, die mittels eines einzigen osteochondralen Zylinders behandelt werden können, stellt die autologe osteochondrale Transplantation (AOT) eine gute Behandlungsoption dar. Größere Defekte eignen sich hingegen nicht für eine AOT, da bei der Verwendung von 2 oder mehreren Knorpel-Knochen-Zylindern im Sinne einer „Mosaikplastik“ die Ergebnisse aufgrund einer inkompletten Defektdeckung und erhöhten Entnahmemorbidität schlechter sind [7].

Die Defektbehandlung mit autologem kortikospongiösem Block aus dem Beckenkamm und begleitender Knorpeltransplantation eignet sich für große und tiefe osteochondrale Defekte sowohl als Primär- als auch als Revisionseingriff [1]. Insbesondere auch notchnahe Defekte können durch die Krümmung des bikortikalen Beckenkammspans rekonstruiert werden. Für diese Technik konnte auch in biomechanischen Studien gezeigt werden, dass die maximale Belastbarkeit des Spans vergleichbar ist mit jener von entknorpelten Femurkondylen [8].

Nach rein ossärer Defektauffüllung kommen zur Rekonstruktion des artikulären Knorpels und der osteochondralen Einheit abhängig von Defektgröße, Lokalisation, Patientenalter und Aktivitätsniveau unterschiedliche knorpelregenerative Verfahren zum Einsatz. Vor allem bei großen Knorpeldefekten am Kniegelenk (≥ 2,5 cm2) stellt die autologe Chondrozytentransplantation (ACT) den Goldstandard dar [9] und bietet Vorteile im Vergleich zu matrixgestützten, zellfreien Verfahren (z. B. AMIC®, Geistlich Pharma AG, Wolhusen, Schweiz). Die ACT kann hierbei sowohl im matrixgestützten Verfahren als auch in Form von Sphäroiden aus matrixassoziierten Chondrozyten erfolgen [10, 11].

Operationsprinzip und -ziel

Offene Auffüllung eines osteochondralen Defektes an den Femurkondylen mit autologen Spongiosazylindern aus dem Beckenkamm kombiniert mit matrixgestützter autologer Knorpelzelltransplantation.

Vorteile

  • Lückenlose Rekonstruktion des knöchernen Defekts möglich

  • Pressfit-Fixierung der Spongiosazylinder mit hoher Primärstabilität ohne zusätzliche Implantate

  • Hohes regeneratives Potenzial der Beckenkammspongiosa

  • Behandlung von großen Knorpeldefekten mit nur kleinem knöchernem Defekt möglich

  • Matrixgestützte Chondrozytenimplantation auch bei großen Knochendefekten durchführbar

  • Integration des Knorpelregenerats am Defektrand in den gesunden Knorpelwall

  • Keine Entnahmemorbidität im Kniegelenk, verglichen mit AOT

Nachteile

  • Entnahmemorbidität am Beckenkamm

  • Technisch anspruchsvolles Verfahren

  • Grenzen der Technik bei sehr großen knöchernen Defekten (> 5 cm2)

  • Zweizeitiges Vorgehen

  • Kostenintensives Verfahren durch die Chondrozytentransplantation

Indikationen

  • Fokaler, symptomatischer osteochondraler Defekt am Kniegelenk

  • Osteochondritis dissecans mit knöchernem Defekt und Containment

  • Revisionseingriff nach knorpelrekonstruktivem Eingriff mit Beteiligung des subchondralen Knochens

  • Knochendefekttiefe ≥ 5 mm

Kontraindikationen

  • Unbehandelte Gelenkinstabilitäten oder Beinachsenfehlstellung

  • Alter > 50 Jahre (Ergebnisse der isolierten MACT deutlich schlechter)

  • Arthrose, fortgeschrittene Knorpelschäden in den restlichen Gelenkabschnitten

  • Fehlendes Defektcontainment bei notnahen Defekten

  • Kniegelenkinfekt

Patientenaufklärung

  • Allgemeine Risiken: z. B. Infektionen, Thromboembolie, postoperative Schmerzen

  • Verletzung des Ramus infrapatellaris des N. saphenus

  • Schmerzen an der Entnahmestelle am Beckenkamm, Nachblutung, iatrogene Fraktur, Verletzung des N. cutaneus femoris lateralis, Infektion

  • Postoperativer Hämarthros und Notwendigkeit einer Punktion (keine Redondrainage)

  • Insuffiziente Regeneratbildung, Delamination, Fusionsstörung oder Hypertrophie des Knorpelregenerats

  • Auftreten von subchondralen Ödemen oder Zysten

  • Arbeitsunfähigkeit mindestens 8 Wochen

  • Langes Nachbehandlungsregime mit Sportrückkehr frühestens 1 Jahr postoperativ

Operationsvorbereitung

  • Allgemeinzustand, Operationsrisiken

  • Klinische Untersuchung

  • Röntgenaufnahme des Kniegelenks in 2 Ebenen und Patella tangential

  • Ganzbeinaufnahme im Stehen

  • Computertomographie (CT) zur exakten Vermessung des knöchernen Defekts

  • Magnetresonanztomographie (MRT) zur Beurteilung des Knorpeldefekts und Begleitpathologien (Knochenmarködem, Knorpelstatus in anderen Gelenkabschnitten, Menisken)

  • Reizfreies Kniegelenk mit annähernd freier Beweglichkeit

Instrumentarium

Arthroskopie

  • Standard-Knie-Arthroskopieinstrumentarium

  • Instrument zur Entnahme von Knorpelgewebe für Knorpelzellzüchtung (ca. 2 × 5mm)

Offene Defektauffüllung

  • Übliches Operationsinstrumentarium für Kniegelenkarthrotomie

  • Hohlstanzensystem zur Entnahme und zum Transfer von Knochenzylindern (z. B. Single Use-OATS®; Arthrex, Naples, FL, USA)

  • Oszillierende Säge, Meißelset

  • Ringküretten, Kugel- oder Birnenfräse zur exakten Defektpräparation

  • Material und Instrumentarium zur Knorpelzelltransplantation je nach Hersteller

Anästhesie und Lagerung

  • Allgemein- oder Spinalanästhesie (cave: Beckenkammentnahme)

  • Rückenlage

  • Anlage einer Oberschenkelblutsperre

  • Hohe Seitenstütze am Oberschenkel und Positionierungsblocks in verschiedenen Flexionsgraden, alternativ elektrischer Beinhalter

  • Waschen und Abdecken auch an der Entnahmestelle am Beckenkamm

  • Perioperative Antibiose

Operationstechnik

(Abb. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12).

Abb. 1
figure 1

Präoperativ wird zur exakten Größenbestimmung des osteochondralen Defekts sowohl eine MRT (a, b) als auch eine CT (c) durchgeführt. Zusätzlich sind Ganzbeinaufnahmen im Stand zur Beurteilung der Beinachse obligat (d). Besteht eine valgische oder varische Beinachse, die die Druckverhältnisse im betroffenen Kompartiment negativ beeinflusst, muss diese zwingend adressiert werden und je nach Deformität eine varisierende/valgisierende Umstellungsosteotomie an der proximalen Tibia oder dem distalen Femur durchgeführt werden

Full size image
Abb. 2
figure 2

In einer ersten Operation erfolgt die Arthroskopie über ein Standard-anterolaterales Optikportal und ein anteromediales Arbeitsportal. Die Arthroskopie dient zur exakten Defektevaluierung (a, b) und zur Behandlung von intraartikulären Begleitpathologien wie Meniskusverletzungen. Die Knorpelzellentnahme für die Knorpelzelltransplantation erfolgt mit einer arthroskopischen Stanze aus einer nicht gelenktragenden Region (medialer oder lateraler Rand der Fossa intercondylaris, proximaler Rand des medialen oder lateralen Femurkondyls, c). Dazu werden 2 bis 3 etwa 3 × 5mm große Knorpelstücke gewonnen, bis zur Züchtung in Nährmedium aufbewahrt. Je nach Hersteller kann auch die Entnahme von Knorpel-Knochen-Zylindern für die Zellkultivierung notwendig sein. Erforderliche Begleiteingriffe zur Versorgung von Instabilitäten und Umstellungsosteotomien werden ebenfalls im Rahmen der ersten Operation im Anschluss an die Arthroskopie durchgeführt

Full size image
Abb. 3
figure 3

Etwa 4 Wochen (je nach Wachstum und Konfluenz der Chondrozyten) erfolgt die offene Operation in Rückenlage. Die knöchernen Orientierungspunkte (Patella, Patellasehne, Tuberositas tibiae) und der geplante Zugang werden mit einem sterilen Markierungsstift angezeichnet. Für einen Defekt am medialen Femurkondyl erfolgt bei leicht gebeugtem Knie ein etwa 6–8 cm langer Hautschnitt vom medialen Patellarand bis auf Höhe des medialen Gelenkspalts (a). Durch Veränderung des Flexionsgrades zur Präparation des Defektes kann die Größe der Arthrotomie reduziert werden. Das Retinaculum patellae mediale wird längs durchtrennt und die synoviale Kapsel eröffnet. Im distalen Wundbereich ist der Ramus infrapatellaris des N. saphenus zu schonen (b). Weghalten des Hoffa-Fettkörpers und Schonung des Lig. transversum und Meniskusvorderhorns. Zur Darstellung und Präparation von osteochondralen Defekten am Femurkondyl dorsal muss das Knie entsprechend der Lokalisation > 90° gebeugt werden. Einsetzen von einem Hohmann-Haken in die Fossa und einem weiteren am äußeren Rand des Kondyls (c)

Full size image
Abb. 4
figure 4

Evaluierung und exaktes Ausmessen des Knorpeldefekts. Markierung der geplanten Anordnung der Rundstanzen je nach Defektgröße und -form (a). Die Spongiosazylinder müssen dabei, entsprechend der präoperativen Planung im MRT und CT, den knöchernen Defekt erfassen. Eine Überlappung der einzelnen Zylinder ist dabei möglich, wobei die Überlappung nicht mehr als die Hälfte des Durchmessers betragen sollte, um eine hohe Primärstabilität zu erhalten (b)

Full size image
Abb. 5
figure 5

Ausstanzen des Defektes mit der Empfängerstanze, Ausmessen der einzelnen Entnahmestellen mit dem Ausrichtestab, wobei die Länge der Zylinder bis zur Knochen-Knorpel-Grenze an 4 Punkten bestimmt wird

Full size image
Abb. 6
figure 6

Entnahme der Knochenzylinder am ipsilateralen Beckenkamm. Hautinzision etwa 3–5 cm lang über der Crista iliaca ca. 2 cm dorsal der Spina iliaca anterior superior (a) (cave: N cutaneus femoris lateralis). Hautschnitt durch Verlagerung der Haut etwas lateral, um postoperative Schmerzen durch den Hosenbund/Gürtel zu vermeiden und um ein kosmetisches Ergebnis zu erzielen. Spaltung der Faszie, Längsinzision und Abschieben des kräftigen Periosts. Einsetzen von 2 Hohmann-Haken medial und lateral der Darmbeinschaufel. Ansetzen der Spenderhohlstanze (b) (Single Use-OATS®-Instrumentarium) und Einschlagen bis zu einer Tiefe von 15 mm. Zur besseren Beurteilung der Stanzrichtung und Vermeidung eines kortikalen Austritts medial oder lateral kann ein stumpfer K‑Draht entlang der medialen Darmbeinschaufel eingelegt werden. Axiale Kraftanwendung und anschließend eine ruckartige Drehung, um den Spongiosazylinder an der Basis abzubrechen und mit der Stanze zu entfernen (c). Durch das Eindrehen des Knaufs wird der Knochenzylinder aus der Stanze gewonnen (d). Je nach Bedarf Neupositionieren der Stanze und Gewinnung von 2 bis 3 weiteren Zylindern. Pro Beckenkamm ist je nach Anatomie die Entnahme von bis zu 5 Zylindern möglich. Einbringen eines hämostatischen, absorbierbaren Gelatineschwamm in die Entnahmestellen (z. B. Spongostan Standard, Ethicon Inc.)

Full size image
Abb. 7
figure 7

Präparation der Knochenzylinder. Entfernen der Kortikalis mit der oszillierenden Säge oder dem Meißel. Kürzen der Zylinder je nach Defekt. Nummerierung der Zylinder für die geplante Anordnung. Die Zylinder können dabei um etwa 1 mm überstehend berechnet werden, da die endgültige Höhe und Kongruenz durch Kompaktieren und Fräsen erreicht wird. Bei flachen Defekten (< 8 mm) können die Zylinder bei Bedarf in der Länge halbiert werden, um 2 Zylinder zu erzielen

Full size image
Abb. 8
figure 8

Einbringen der Zylinder in die Entnahmestelle. Einfalzen der Zylinder bis zum Grund der präparierten Entnahmestelle, um ein knöchernes Mismatch zu verhindern. Bei Überlappung neuerliches Überstanzen zur Entfernung der Teile der Nachbarzylinder mit der Empfängerstanze

Full size image
Abb. 9
figure 9

Kompaktierung mit dem Stößel zur exakten Wiederherstellung der Kurvatur. Ein über den knöchernen Defekt reichender Knorpeldefekt mit intakter subchondraler Lamelle kann mit dem Messer und Ringküretten oder scharfen Löffeln präpariert werden. Der Resektionsrand sollte ein vertikaler, scharf begrenzter Randwall im gesunden Knorpel sein. Angleichung des Knochens auf das Niveau des umliegenden subchondralen Knochens. Zusätzlich wird durch diesen Schritt v. a. die oberste Spongiosaschicht verdichtet und eine subchondrale Lamelle reproduziert. Feinadjustierung der knöchernen Oberfläche mit der Kugel- oder Birnenfräse. Bei alternativer Verwendung von kortikospongiösen Zylindern ist dieser Schritt von besonderer Bedeutung, um die Kortikalis auszudünnen und eine gleichmäßige konvexe Krümmung zu erreichen

Full size image
Abb. 10
figure 10

Durchführung der Knorpelzelltransplantation auf die autologe Spongiosaplastik je nach Herstellerprocedere

Full size image
Abb. 11
figure 11

Postoperativ erfolgt nach Anlage eines sterilen Schutzverbandes die Anpassung einer Kniegelenkorthese in Streckstellung. Ab dem 1. postoperativen Tag erfolgt mehrmals täglich die passive Mobilisierung ohne Belastung in der Motorschiene (CPM-Therapie). Die genaue Nachbehandlung mit zunehmender Freigabe der Flexion in der Kniegelenkorthese und steigender Belastung richtet sich nach der Lokalisation des Defektes und etwaigen Begleitpathologien

Full size image
Abb. 12
figure 12

Vollständige intraoperative Dokumentation des dargestellten Falls

Full size image

Besonderheiten der Operationstechnik

In der beschriebenen Technik werden spongiöse Zylinder zur knöchernen Defektauffüllung verwendet und in Press-Fit-Technik verankert. Im Unterschied dazu werden in der von Ochs et al. beschriebenen Technik [4] kortikospongiöse Zylinder verwendet. Die Verwendung von spongiösen Zylindern ermöglicht eine einfache und exakte Modellierung des Knochens. Durch eine überlappende Anordnung der Zylinder wird eine lückenlose Auffüllung des Defektes erreicht. Durch Kompaktierung mit einem Stößel kommt es zu einer Verdichtung v. a. der oberflächlichen Anteile und zur Ausformung einer neuen subchondralen Lamelle. Diese kann im Anschluss mit Kugel- oder Birnenfräse bearbeitet und die konvexe Krümmung der Femurkondylen genau rekonstruiert werden. Danach kann die matrixgestützte Chondrozytentransplantation je nach Hersteller in standardisierter Technik durchgeführt werden.

Postoperative Behandlung

  • Keine intraartikulären Lokalanästhetika, keine Redondrainage

  • Anlage eines sterilen Wundverbands und elastokompressive Bandagierung des Beines

  • Durch die hohe Primärstabilität der ossären Auffüllung wird die postoperative Behandlung ausschließlich von der MACT bestimmt

  • Die Rehabilitation erfolgt unter physiotherapeutischer Anleitung

  • Initial Anlage einer Kniegelenkorthese (z. B. medi M.4 X‑lock®, medi GmbH, Bayreuth, Deutschland) in Streckstellung für 1 Woche, danach schrittweise Freigabe der Flexion

  • Motorschiene zur passiven Mobilisation täglich ab dem 1. postoperativen Tag 0‑0-30°mit Steigerung der Flexion um jeweils 5° bei Schmerzfreiheit. In der 3. postoperativen Woche sollte eine passive Flexion bis 90° möglich sein, in der 6. postoperativen Woche eine Flexion bis 120°

  • Entlastende Mobilisation mit Bodenkontakt für 2 Wochen, danach schrittweise Zunahme der Belastung, ab der 5. postoperativen Woche Belastung mit halbem Körpergewicht und Übergang zur Vollbelastung ab der 7. postoperativen Woche

  • Arbeitsausfall mindestens 8 Wochen

Fehler, Gefahren, Komplikationen

  • Insuffiziente Entnahme der Zylinder mit kortikaler Wand – ausreichend großer Hautschnitt und Präparation des Beckenkamms, exakte Ausrichtung der Stanzen

  • Auftreten von subchondralen Ödemen oder Zysten – bei Symptomatik evtl. Subchondroplastie

  • Delamination des Regeneratknorpels – bei guter Qualität des Regenerats nach Knorpelzelltransplantation und Einheilung der Knochenzylinder – evtl. Refixation mittels Naht

  • Komplettversagen – Ausschluss von unbehandelten Komorbiditäten wie Beinachsenfehlstellungen, danach evtl. neuerliche MACT, bei großen Defekten Gelenkersatz (Teiloberflächenersatz, Schlittenprothese, Totalendoprothese)

Ergebnisse

Seit 2018 haben wir 8 osteochondrale Defekte am Kniegelenk bei 8 Patienten (mittleres Alter 29,4 Jahre, Spanne 18 bis 36) mit der beschriebenen Technik behandelt. Die Defekte waren am medialen (6/8) und lateralen (2/8) Femurkondyl lokalisiert. Je nach Defektgröße wurden 1 bis 5 Spongiosazylinder verwendet. Der Nachuntersuchungszeitraum liegt bei durchschnittlich 12 Monaten (4 bis 24 Monate), wobei für 4 Patienten eine MRT-Kontrolle nach zumindest 12 Monaten vorliegt. Die klinischen Scores verbesserten sich bei allen Patienten bei der Follow-up-Untersuchung, verglichen mit präoperativen Werten. Der KOOS Score verbesserte sich im Mittel von präoperativ 45,8 auf 81,3 zum Zeitpunkt der letzten Nachuntersuchung. Die postoperativen radiologischen Kontrollen zeigten die Einheilung der Spongiosazylinder bei allen Patienten. Die verfügbaren postoperativen MRT-Untersuchungen zeigten die stufenlose und vollständige Wiederherstellung der subchondralen Lamelle in korrekter Höhe bei 7/8 Patienten (Abb. 13). Im Beobachtungszeitraum wurde keine Delamination oder Transplantatversagen der MACT beobachtet. Der mittlere MOCART Score lag nach 12 Monaten bei 80,4. Es wurden weder Wundinfektionen, noch thromboembolische Ereignisse oder postoperative Arthrofibrose beobachtet. Die Ergebnisse sind vergleichbar mit jenen der vorher publizierten Techniken.

Zellner et al. berichteten in einem vergleichbaren Patientenkollektiv (Durchschnittsalter 28,2 Jahre, Defektgröße 6,7 cm2) eine kontinuierliche Verbesserung des IKDC Scores von präoperativ 42,6 auf 75,3 nach 1 Jahr und 84,3 nach 3 Jahren [1]. Defekte mit ≤ 10 mm Tiefe wurden mittels Spongiosaplastik und Defekte mit ≥ 10 mm Tiefe mittels Beckenkammspan jeweils in Kombination mit MACT behandelt. Der MOCART Score 1 Jahr postoperativ betrug 82,6, wobei insbesondere der subchondrale Knochen eine zufriedenstellende Regeneration zeigte.

Ochs et al. [4] verwendeten zur knöchernen Auffüllung und Rekonstruktion der subchondralen Platte kortikospongiöse Zylinder kombiniert mit MACT. Insgesamt wurden 26 osteochondrale Läsionen (ICRS OCD III und IV) mit einer durchschnittlichen Größe von 5,3 cm2 und Defekttiefe von 8,7 mm behandelt. Die Patienten zeigten bei der Follow-up-Untersuchung nach 2 bis 5 Jahren eine signifikante Verbesserung in allen klinischen Scores (Lysholm-Gillquist Score, Cincinnati Knee Rating Score, IKDC Score) verglichen mit präoperativen Werten. Der MOCART Score erreichte zum letzten Untersuchungszeitpunkt 62,4 ± 18,9 Punkte, wobei sich die subchondrale Lamelle nur in 1 Fall (4,3 %) vollständig rekonstruiert darstellte und in 95,7 % nicht intakt war.

Vijayan et al. publizierten 2012 die Ergebnisse von 14 Patienten mit osteochondralen Defekten mit einer durchschnittlichen Defektgröße von 7,2 cm2 und einem Durchschnittsalter von 23,6 Jahren. Dabei wurde die ossäre Komponente mit Spongiosa aus den Femurkondylen aufgefüllt und die Knorpelzelltransplantation mit 2 Membranen in Sandwichtechnik durchgeführt. Die Patienten zeigten eine Verbesserung des Cincinnati Knee Scores von 45,1 auf 82,8, und der VAS verbesserte sich signifikant von 7,3 auf 1,7.

Abb. 13
figure 13

Magnetresonanztomographie präoperativ (a) und 12 Monate postoperativ nach Behandlung eines osteochondralen Defekts an der medialen Femurcondyle in der beschriebenen Technik mit zwei Zylindern (b, c) zeigt eine gute Integration der Spongiosazylinder, eine intakte subchondrale Lamelle und eine vollständige Defektfüllung mit leichter Hypertrophie des Transplantats im dorsalen Bereich

Full size image