Knorpelschäden

Vorkommen von Knorpel

Es gibt verschiedende Arten von Knorpel im menschlichen Körper. Entsprechend seinem Vorkommen und seiner Funktion ist der Aufbau des Knorpels unterschiedlich. Prinzipiell sind alle Knorpelarten aus Knorpelzellen (Chondrozyten) und einer die Zellen umgebenden Grundsubstanz aufgebaut. Je nach der Beschaffenheit der Grundsubstanz unterscheidet man: Gelenkknorpel, sogenannter hyaliner Knorpel überzieht die Gelenk-bildenden Teile der Knochen. Seine Hauptfunktion in den Gelenken ist eine glatte Oberfläche mit einem geringen Reibungswiderstand bei Gelenkbewegungen zu schaffen, hohen Druckanforderungen standzuhalten und Druckspitzen abzudämpfen. Faserknorpel muss neben hohen Drücken auch starken Zug- und Scherkräften standhalten. Das bekannteste Beispiel für Faserknorpel sind die Menisken im Kniegelenk und die Bandscheiben der Wirbelsäule. Elastischer Knorpel zeichnet sich durch eine hohe Verformbarkeit aus. Er kommt in der Ohrmuschel, der Epiglottis und in den kleinen Bronchien vor.

Akute Knorpelschäden

Diese Form der Knorpelschädigung ist häufig Folge von kurzzeitig auftretenden Druck- und Scherkräften, die über der Belastbarkeitsgrenze des Knorpelgewebes liegen. Die meisten Verletzungen dieser Art treten bei jüngeren Patienten im Zusammenhang mit Sport- und/oder Unfallverletzungen auf. Dabei kommt es zu einem umschriebenen, lokalisierten Knorpelschaden, der in der Regel in einer der Hauptbelastungszonen der Gelenkbewegung liegt (siehe Bild 1). Eine weitere häufig auftretende Ursache für umschriebene Knorpeldefekte beim jüngeren Patienten ist die Erkrankung Osteochondrosis dissecans (OD). Bei der OD kommt es zum Absterben von gelenknahem Knochen mit nachfolgendem Untergang des über diesem Knochen liegendem Knorpelgewebes. In Bild 2 und Bild 3 ist eine OD im Nativ-Röntgenbild und im MRT des Kniegelenkes dargestellt. Die Ursache für diese Erkrankung ist noch nicht hinreichend geklärt. Zum Vergleich sind in den Bildern 4 a und b gesunder und erweichter Knorpel dargestellt. Die Knorpelerweichung ist die erste Stufe der Knorpelschädigung.

Bild 1 a: Knorpelschaden nach einem Unfall an der Oberschenkelrolle im Kniegelenk (Kniegelenkspiegelung). Dieser Schaden entspricht nach der Outerbridge Klassifikation Grad IV.

Bild 1 b und c: Knorpelschaden nach einem Unfall an der Hinterfläche der Kniescheibe im Kniegelenk (Kniegelenkspiegelung). In Bild 1 b sieht man einen Tasthaken. Dieser Schaden entspricht nach der Outerbridge Klassifikation Grad III bis IV.

Bild 2: Röntgenbild eines linkes Kniegelenkes mit einer OD.

Bild 3 a und b: MRT Bilder der OD des linken Kniegelenkes aus Bild 2 (seitliche und a.p. Ansicht).

Bild 4 a: Gesunder normaler Gelenkknorpel der Oberschenkelrolle (Kniegelenksspiegelung). Der Tasthaken läßt sich nicht in den Knorpel drücken (Outerbridge Grad 0).

Bild 4 b: Weicher Knorpel im Bereich des Unterschenkels (Kniegelenksspiegelung). Obwohl der Knorpel äußerlich gesund und intakt erscheint, läßt sich der Tasthaken in den Knorpel drücken. Dies ist ein Hinweis auf eine beginnende Knorpelschädigung, entsprechen der Outerbridge Klassifikation Grad I.

Chronische Knorpelschäden

Sie sind meist Folge einer jahrelangen Überbelastung des Knorpels in den Hauptbelastungszonen der Gelenke. Ursachen können Übergewicht oder eine Inkongruenz der Gelenkflächen sein, zum Beispiel in Form einer Stufenbildung der Gelenkfläche als Folge eines Knochenbruches. Ebenso können Kniegelenkfehlstellungen (O-Bein, X-Bein) die Ursache für die Ausbildung einer Arthrose sein, da es hier zu einer ungleichmäßigen Belastungsverteilung mit Überbeanspruchung eines Knorpelbereiches kommt. Häufig handelt es sich um großflächige Knorpelschäden, die ihrerseits schon zu Anpassungsreaktionen und den damit verbunden Veränderungen des unter dem Knorpel liegenden Knochen geführt haben. Natürlich können auch nicht behandelte akute Knorpelschäden zu einer weiteren Zerstörung der korrespondierenden Gelenkknorpelschicht führen und eine Arthrose einleiten. Ebenso wird das frühzeitige Auftreten von Arthrosen in Gelenken gefunden, in denen ein vorausgegangener Knochenbruch zu einer Stufenbildung in der Gelenkfläche geführt hat.

Therapiemöglichkeiten

Wie bereits besprochen ist das Selbstheilungsvermögen von Knorpel auf Grund der schwierigen Versorgung mit Nährstoffen sehr gering. Für die unterschiedlichen Zeitpunkte, zu denen die entsprechenden Schäden festgestellt werden, hat die Medizin sehr unterschiedliche und unterschiedlich wirksame Therapieformen entwickelt. Die Diagnose des akuten isolierten Knorpelschadens in einem ansonsten arthrotisch nicht veränderten Gelenk wird in der Regel bei jüngeren Patienten nach Unfällen oder im Zusammenhang mit der Erkrankung Osteochondrosis dissecans diagnostiziert. Werden größere Knorpel- oder Knorpelknochenfragmente diagnostiziert, sind diese in den ersten Tagen nach der Verletzung refixierbar. In diesem Zusammenhang hat sich jedoch als problematisch erwiesen, dass die meisten Refixierungsmechanismen (resorbierbare Pins bzw. Schrauben) selbst wieder Knorpelschäden hervorgerufen haben. Aus diesem Grunde werden für die Refixierung u.a. so genannte Fibrinkleber eingesetzt.

Ein sehr häufig angewendetes Verfahren zur Behandlung der Knorpeläsionen ist die so genannte Pridie-Bohrung beziehungsweise die Mikrofrakturierung. Hierbei wird im Defektbereich des Knorpels mit dünnen Bohrern bis in den osteochondralen Bereich des Knochens, das heißt den unter dem Knorpel liegenden Knochen, gebohrt bzw. aufgemeißelt. Dies soll eine Knorpelneubildung induzieren. Durch die Anbohrung des Knochens werden die bluthaltigen Markräume des Knochens eröffnet und Blut mit seinen Zellen und Nährstoffen kann in den Knorpeldefekt einströmen und bildet so die Grundlage für die Entstehung eines knorpelähnlichen Narbengewebes. Kritiker dieses Verfahrens stellen hervor, dass überwiegend ein für die Gelenkfunktion minderwertiger Faserknorpel neugebildet wird. Ein ebenfalls häufig angewendetes Verfahrens ist das Shaving der Knorpeloberfläche. Dabei wird mittels einer motorgetriebenen Fräse der verletzte und aufgefaserte Knorpel im defekten Bereich bis ins Gesunde abgetragen, um auf diese Weise eine Knorpelneubildung einzuleiten. Die Ergebnisse dieser Behandlungsmethode sind nicht befriedigend, da auch mit dieser Technik vornehmlich minderwertiger Faserknorpel neu gebildet wird. Seit Beginn der 60iger Jahre wird wiederholt der Versuch unternommen, mit Knorpelknochentransplantaten , Knorpeldefekte zu behandeln. Dabei wurden Fremdspendertransplantate eingefroren und bei Bedarf verwendet. Die Ergebnisse waren anfangs nicht zufriedenstellend, bedingt durch die langen Transplantat-Lagerungszeiten in den in Knochenbanken. Bei der Verwendung von frischen Spendertransplantaten und so genannten "fresh-frozen-Transplantaten" wurden bessere Ergebnisse erreicht. Wegen des noch nicht gelösten Problems der Übertragung viraler Erkrankungen wie HIV und Hepatitis, wird die Transplantation von Fremdspendertransplantaten nur noch sehr selten durchgeführt.

Speziell diesen Aspekt berücksichtigend wurden Therapien entwickelt, die körpereigene Knorpelknochentransplantate benutzen. Dieses Verfahren wird als OATS (engl.: Osteochondral Autograft Transfer System) oder Mosaikplastik bezeichnet. Dabei werden mittels speziellen Operationsinstrumenten aus nicht belasteten Gelenkanteilen des Patienten Knochen-Knorpel Zylinder passgenau entnommen und in den in entsprechender Größe vorbereiteten Defekt im sogenannten “pressfit“ Verfahren eingepasst. Die Indikationen zu diesem Verfahren werden insbesondere bei traumatischen Knorpelschäden und bei der Osteochondrosis dissecans benutzt. Nach einer OATS Operation muss das entsprechende Gelenk für 6 Wochen an Unterarmgehstöcken entlastet werden, damit die Knorpelknochenzylinder einwachsen können. Der Aufenthalt im Krankenhaus beträgt ca. 1 Woche. Entsprechend der Lokalisation des Defektes an Oberschenkelrolle oder Kniescheibenrückseite wird eine spezifische Physiotherapie ab dem 2. Tag nach der Operation begonnen. Mittels MRT Untersuchung kann der Operationserfolg kontrolliert werden.

Bild OATS 1: Abmessen der Defektgröße an der inneren Oberschenkelrolle. Der markierte Kreis links oben zeigt das Areal aus dem der Spenderknropel entnommen wird.

Bild OATS 2: Ausstanzen des Spender-Knorpelknochenzylinders (Donor = Spender). Auf die korrekte Lage des Hohlmeißels muss geachtet werden.

Bild OATS 3: Vorbereiten des Knorpeldefektes (Recipient = Empfänger). Der hier benutzte Hohlmeißel hat einen etwas kleineren Durchmesser als der Donor, damit der entnommene Spender Knorpelknochenzylinder fest im Empfängerloch verankert werden kann (= press fit).

Bild OATS 4: Der Spender Hohlmeißel wird mit dem im Meißel enthaltenem Knorpelknochenzylinder auf das vorbereitete Empfängerdefektloch aufgesetzt und ...

Bild OATS 5: ... durch einen zuvor in den Spender Hohlmeißel eingebrachten Stößel wird der Knorpelknochenzylinder in das Defektloch vorsichtig eingeschlagen.

Bild OATS 6: Mit einem speziellen Stößel erfolgt die Fein-Anpassung, damit keine Stufe in der Gelenkoberfläche zurückbleibt.

Die nächsten 3 Bildern zeigen ein klinisches Beispiel einer frischen Knorpelschädigung an der Rückseite der Kniescheibe und deren Behandlung durch die OATS Technik.

Bild OATS 7: Bereits vorbereitetes Empfängerdefektareal an der Rückseite der Kniescheibe.

Bild OATS 8: Links unten ist das Spenderareal zu sehen und rechts oben das Empfängerareal. Die Entnahme des Spender Knorpelknochenzylinders erfolgt aus einem nicht belastetem Gelenkanteil an der Oberschenkelrolle des Kniegelenkes.

Bild OATS 9: In der Kniescheibenrückseite eingebrachter Knorpelknochenzylinder.

Die Veröffentlichung des Bildmaterials erfolgt mit freundlicher Genehmigung der Firma Arthrex, Karlsfeld.

In der letzten Zeit wurden neue Verfahren entwickelt, mit deren Hilfe es möglich ist, dem Patienten entnommene Knorpelzellen im Labor zu vermehren und in einer zweiten Operation wieder zu implantieren. Dieses Verfahren wird ACT (Autologe Chondrozyten=Knorpelzellen Transplantation) genannt. Es bietet viele Vorteile, wie die Vermeidung der Übertragung viraler Erkrankungen da die Knorpelzellen vom selben Patienten stammen. Da die Menge der zur Anzüchtung notwendigen Zellen gering ist, müssen keine großen Knorpeldefekte wie bei der OATS verursacht werden. Die Nachteile sind ein erheblicher finanzieller Aufwand für die Anzüchtung der Zellen im Labor und die Durchführung einer zweiten Operation (zur Implantation), welche natürlich auch für den Patienten mit einem zusätzlichen Risiko verbunden ist. In der Anfangszeit der ACT in den 90er Jahren wurden die im Labor gezüchteten Zellen in einer Trägerlösung in den Knorpeldefekt gespritzt, der zuvor von einem Stück Knochenhaut verschlossen worden war. Diese Prozedur ist sehr aufwendig, da die Knochenhaut (meist am Oberschenkelknochen) zuerst entnommen werden muss und das Annähen der Knochenhaut am Knorpel schwierig und zeitaufwendig ist. Die so erzielten Ergebnisse waren vielversprechend, aber nicht ausschließlich positiv. So kam es in einigen Fällen zu einer Verknöcherung der Knochenhaut, was natürlich im Bereich von Gelenkflächen nicht erwünscht ist. Die Weiterentwicklung dieser Methode führte zur Anzüchtung der Knorpelzellen unter Laborbedingungen in dreidimensionalen Trägermatrizes aus Proteinen, die direkt in den Knorpeldefekt eingelegt werden können. Dies vereinfacht zum einen die Operation und man verspricht sich durch die Verwendung der dreidimensionalen Trägermatrizes die Ausbildung eines hochwertigeren hyalinen Knorpels. Momentan gibt es verschiedene Anbieter dieses Verfahrens mit unterschiedlichen Trägermatrizes und unterschiedlichen Operationstechniken. Das Grundprinzip der Knorpelentnahme, der Knorpelzellanzüchtung und der sich anschließenden Knorpelzelltransplantation ist aber immer gleich. Entsprechend der Lokalisation des Defektes an Oberschenkelrolle oder Kniescheibenrückseite erfolgt nach einer ACT eine spezifische Physiotherapie mit einer 6 wöchigen Entlastung des betroffenen Gelenkabschnittes, damit die Knorpelzellen einwachsen können. Der Krankenhausaufenthalt beträgt ca. 1 Woche. Zuerst werden passive Bewegungsübungen durchgeführt, an die sich aktive Übungen ohne Belastung anschließen. Zuletzt wird mit dem schrittweisen Belastungsaufbau begonnen.