unehmend wird in der Fach- und Laienpresse über neue Möglichkeiten der Behand- lung von Knorpelschäden der Gelen- ke berichtet. Ausgelöst wurde das weltweite Interesse 1994 durch einen Artikel im New England Journal of Medicine von Mats Brittberg und Mit- arbeitern (3), in dem sie über die er- folgreiche Transplantation von auto- logen Chondrozyten und die In-vivo- Neubildung von hyalinem Knorpel berichteten. Die Schädigung der kar- tilaginären Oberfläche der Gelenke ist von immenser, auch volkswirt- schaftlicher Bedeutung. Die normale Gelenkfunktion ist ohne intakten Ge- lenkknorpel nicht möglich. Um so be- deutsamer ist die Tatsache, daß der menschliche Gelenkknorpel nur we- nig Potenz zur Regeneration besitzt.
So hinterlassen auch kleinere trauma- tische Läsionen bleibende Schäden.
Biologie des Gelenkknorpels
Der Gelenkknorpel ist in seiner Ausbildung hyaliner Knorpel, welcher im Bereich des Kniegelenkes eine
Dicke von bis zu 5 mm erreicht. Sei- nem komplizierten und einzigartigen Aufbau (Grafik 1) verdankt er die Fähigkeiten der mechanischen Dämp- fung sowie des fast reibungslosen Gleitens der korrespondierenden Ge- lenkflächen. Die Ernährung erfolgt über synoviale Perfusion und in gerin-
gerem Maße auch hämatogen über die subchondrale Knochenplatte. Histolo- gisch findet sich ein komplexer Auf- bau aus Chondrozyten, Proteoglyka- nen und Kollagenfasern (Grafik 2).
Auffallend ist, daß der Zellanteil nur etwa ein Prozent der Knorpelmasse ausmacht. Hauptsächlich Typ-II-Kol- lagenfasern bilden das Gerüst des hya- linen Knorpels, in geringem Umfang jedoch auch Kollagen Typ IX, X und XI. Das Kollagen macht etwa 60 bis 70 A-1379
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Die Behandlung von
Gelenkknorpeldefekten
Christoph Erggelet Matthias Steinwachs Achim Reichelt
Stichwörter: Gelenkknorpeldefekt, Chondrozytentrans- plantation, Knorpelbiologie, Osteochondrosis dissecans Die normale Gelenkfunktion ist ohne Gelenkknorpel nicht möglich. Gelenkknorpeldefekte entstehen entweder durch ein Trauma oder durch die ätiologisch noch nicht ge- klärte schleichende Auslösung eines Fragments bei der Osteochondrosis dissecans. Diagnostisch sind klinische Un- tersuchung und MRI wegweisend. Therapeutisch werden frische, traumatische Knorpelablösungen, meist arthro- skopisch, refixiert. Gelingt dies nicht, kann versucht werden, durch knochenstimulierende Techniken (zum Beispiel Pri-
die-Bohrung, Abrasionschondropla- stik) die Bildung von Knorpelersatzge-
webe anzuregen. Auch achskorrigierende Osteotomien und Gelenkspülungen werden angewandt. Autologe osteochon- drale Transplantationen sind seit langem bekannt und wer- den heute arthroskopisch ausgeführt. Verhältnismäßig neu ist die Idee der Wachstumsstimulierung von hyalinem Knor- pel, zum Beispiel durch Periost, Perichondrium oder Chon- drozyten. Diese Methoden zeigen auch klinisch initial er- freuliche Ergebnisse, wobei allerdings prospektive Untersu- chungen und langfristige Ergebnisse noch fehlen.
ZUSAMMENFASSUNG
Key words: Full thickness cartilage defect, chondrocyte transplantation, cartilage, osteochondritis dissecans Normal joint function is not possible without intact carti- lage. Full thickness cartilage defects arise either from trauma or slow dissection of a fragment in ostechondrosis dissecans.
Safe diagnostic measures are clinical examination and MRI.
Acute osteochondral lesions should be reattached, if possi- ble, arthroscopically. For delayed lesions, a bone stimulat- ing technique may be successful in regenerating fibrous carti-
lage. Osteotomy and arthroscopic lavage are common treatments. Autologous osteochondral
transplantations (OATS, mosaic-plasty) are well studied procedures in the arthrotomic technique which are now per- formed arthroscopically. Recent developments include stim- ulation of chondroneogenesis in hyaline cartilage by im- plantation of perichondrium, periosteal flaps, and autolo- gous chondrocytes. Those methods show promising short term results, but long term evaluations are still pending.
SUMMARY
Z
Orthopädische Abteilung (Ärztlicher Direktor:
Prof. Dr. med. Achim Reichelt) der Univer- sitätskliniken Freiburg
Hyaliner Knorpel im histologischen Bild Gelenkfläche
Chondrozyten Matrix Grafik 1
Prozent des Knorpeltrockengewichts aus. Die Kollagenfasern sind für die biomechanische Elastizität und Stärke des Gelenkknorpels verantwortlich.
Die Proteoglykane zeichnen sich da- durch aus, daß sie, eingefügt in das Fa- serwerk der Kollagenfibrillen im Sin- ne einer physikalischen Elastizität, die Fähigkeit haben, Wasser aufzuneh- men und wieder abzugeben.
Aus noch nicht bekannten Grün- den hat der menschliche Körper nur eine sehr geringe intrinsische Fähig- keit zur Regeneration von hyalinem Knorpel. Vielmehr bildet er als Reak- tion auf Schädigungen der Gelenk- knorpeloberfläche fibröses Ersatzge- webe. Dieser Faserknorpel ist auf sei-
ner Oberfläche rauher, substantiell weicher und von kürzerer Lebensdau- er, was die Entstehung einer Osteoar- throse fördert. Makroskopisch stellt sich der intakte Gelenkknorpel als weiße spiegelnde Fläche dar, welche sich nur wenig eindrücken läßt, während fibröses Gewebe gelblich er- scheint, eine stumpfe Oberfläche be- sitzt und leicht einzudrücken ist.
Gelenkknorpeldefekte
Man weiß noch sehr wenig über die Entstehung von Gelenkknorpelde- fekten, wenn es sich nicht um ein Trau- ma mit einem biomechanisch nachvoll- ziehbaren Schädigungsmechanismus handelt. Unfallbedingte Läsionen kön- nen durch frontale Kontusionen (Sturz oder Auffahrunfall) oder Distorsionen des Kniegelenkes, unter Umständen
mit Begleitverletzungen des Kapsel- bandapparates, entstehen. Hierdurch kommt es zum Ausbrechen oder Ab- scheren der Knorpeloberfläche unter- schiedlichen Ausmaßes. Für die The- rapie ist die Größe des Defektes und deren Lokalisation wichtig. Von Be- deutung ist, ob um den Defekt eine ausreichende Knorpelschulter ver- bleibt (Abbildung 1). Ist dies der Fall, sind die Auswirkungen auf die Ge- lenkkinematik zunächst noch gering.
Unabhängig davon wird der Patient je- doch über immer wieder auftretende Schmerzen, besonders nach körperli- cher Belastung, klagen, was ein thera- peutisches Handeln notwendig macht.
Wichtig für die Prognose ist auch der
Zustand der subchondralen Knochen- platte. Ist diese traumatisch zerstört, kommt es eher zu einer Einsprossung von Fibroblasten und zur Ausbildung eines faserknorpeligen Ersatzgewebes.
Bei reinen Abscherungen der Knor- pelfläche unter Schonung der subchon- dralen Schicht dauert eine Regenerati- on, gleich welcher Form, ungleich län- ger, sofern sie überhaupt eintritt. Der Entstehungsmechanismus der Osteo- chondrosis dissecans ist noch nicht endgültig geklärt. Für die schleichende Auslösung eines Knorpelfragments aus dem Verbund werden posttrauma- tische Veränderungen sowie vaskuläre Störungen diskutiert. Kommt es ohne spezifische Therapie zu einer Auslö- sung dieses Fragments, werden ein freier Gelenkkörper mit Einklem- mungserscheinungen und Schmerzen das Beschwerdebild des Patienten cha- rakterisieren.
Diagnostische Leitlinien
Nach akutem Trauma mit Häm- arthrose oder sekundärem Kniege- lenkserguß wird eine umfassende Diagnostik auch Läsionen des Ge- lenkknorpels aufdecken. Schwieriger wird es bei rezidivierenden Kniege- lenkergüssen, Belastungsschmerz und gelegentlichem Reiben im Gelenk.
Hier erfolgt die Diagnosesicherung mittels MRI, gegebenenfalls mit Kon- trastmittel.
Klinische Einklemmungserschei- nungen sprechen bei negativen Me- niskuszeichen für ein Corpus liberum, unter Umständen auf dem Boden ei- nes chondralen Defekts. Konventio- nelle Röntgentechniken führen oft nicht weiter, da rein chondrale Frag- mente oder Läsionen nicht dargestellt werden, es sei denn, es ist bereits zu ei- ner Sklerosierung des Fragments ge- kommen oder es liegt eine begleiten- de ossäre Läsion vor. Auf eine rein diagnostische Arthroskopie sollte verzichtet werden, bis Klarheit über weitere therapeutische Optionen be- steht.
Therapiemethoden
Refixation von
losgelösten Fragmenten
Frische osteochondrale Läsionen (flake fractures) wird man anato- misch zu refixieren versuchen. Dies geschieht heute meist arthroskopisch mit Hilfe von resorbierbaren Schrau- ben oder Stiften. Bei Vorliegen von rein chondralen Loslösungen sind die Erfolgsaussichten einer Refixation bei weitem nicht so gut. Ein Versuch – besonders bei jungen Patienten – soll- te jedoch in Anbetracht der drohen- den Konsequenzen unternommen werden.
Bei Versagen dieser Therapie muß das Dissecat entfernt werden.
Gleiches gilt für ausgelöste Fragmen- te bei Osteochondrosis dissecans. In Frühstadien dieser Erkrankungen kann es bei intakter Knorpelober- fläche erfolgreich sein, durch eine subchondrale Spongiosaplastik – sei es retrograd oder anterograd – den Knorpel-Knochen-Verbund wieder herzustellen.
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(52) Deutsches Ärzteblatt 95,Heft 22, 29. Mai 1998 Schematische Darstellung von hyalinem Knorpel (Gelenkknorpel)
Kollagen-II-Fasern
Proteoglykane
Chondrozyten Grafik 2
Knochenstimulierende Techniken
Unter diesem Begriff werden Behandlungsmethoden zusammen- gefaßt, welche das Ziel verfolgen, die degenerativ veränderte und skle- rosierte subchondrale Knochenplat- te zu durchbrechen und somit eine Revaskularisierung und Revitalisie- rung zu erreichen. Wie oben er- wähnt, führt dies zu einer Einspros- sung von Fibroblasten und einer
Deckung des Defektes mit fibrösem Ersatzgewebe.
Dieses Ziel kann erreicht wer- den zum Beispiel durch antero- oder retrograde subchondrale Bohrun- gen. Tippet und Mitarbeiter (13) und andere haben über eine so behandel- te Serie von Patienten berichtet, von denen über 70 Prozent mit dem Ope- rationserfolg sehr zufrieden waren.
Der Eingriff wurde jedoch in Verbin- dung mit einer achskorrigierenden Tibiaosteotomie durchgeführt. Zu beachten ist auch, daß bei einer sol- chen Therapie die subchondrale Platte mit ihrer noch nicht in allen Einzelheiten bekannten Funktion ir- reparabel geschädigt wird. Weit ver- breitet ist die sogenannte Abrasions- chondroplastik, bei der mit rotieren- den Fräsinstrumenten (Shaver) de- generativ verändertes Gewebe der subchondralen Schicht entfernt wird.
Osteotomien
Achskorrigierende Osteotomien führen zu einer Entlastung des betrof- fenen Kompartiments. Sie lassen die
schmerzverursachende Pathologie un- berücksichtigt. Nach einem operativen Eingriff zur Behandlung von Knorpel- defekten ist eine physiologische Beinachse von großer Bedeutung für den Therapieerfolg. Die Korrektur von Varus- beziehungsweise Valgusde- formitäten ist daher unverzichtbar.
Periostlappenplastik
Die Defektdeckung mit einem autologen Periostlappen oder Peri- chondrium ist schon länger be- kannt und wurde unter anderem von Bruns et al. (4) und Schlepckow und Kopf (11) unter- sucht. Hierbei wird ein Peri- ostlappen von der Tibia oder Perichondrium vom Rippenbo- gen entnommen und auf den De- fekt aufgesteppt. Tierexperimen- tell und klinisch hat sich gezeigt, daß sich unter dieser Defekt- deckung ein Mischgewebe zwi- schen hyalinem und fibrösem Knorpel bildet. Die klinischen Ergebnisse sind ermutigend. Als bedeutende Komplikation wird häufiger eine Kalzifizierung des Periostlappens beschrieben mit nach- folgendem Verlust der Defekt- deckung und sekundärer Schädigung der Knorpeloberfläche durch einen nun freien Gelenkkörper.
Autologe osteochondrale Transplantation
Bobic (2) und Hangody (7) haben fast zeitgleich über ein Verfahren be- richtet, welches die arthroskopische Transposition von autologen Knorpel- knochenzylindern ermöglicht (OATS, Mosaic-Plasty): Aus unbelasteten Knorpelarealen des Kniegelenkes wer-
den mit einem speziellen Instrumenta- rium Zylinder von bis zu 1 cm Durch- messer und etwa 2 cm Länge entnom- men, die in zuvor gleich groß ausge- stanzte Löcher im Defektbereich transplantiert werden. Verfahren ähn- lichen Prinzips sind bereits früher in ar- throtomischer Technik mit unter- schiedlichem Erfolg beschrieben (14).
Neben der technischen Optimierung der arthroskopischen Systeme wird für langfristige Erfolge die Frage entschei- dend sein, inwieweit die kleine sub- chondrale Knorpelplatte in der Lage ist, auch nach mechanischer Belastung durch die Transplantation das ebenso kleine Gelenkknorpelfragment zu hal- ten. Ebenfalls noch nicht untersucht
sind die Auswirkungen der zwischen den mosaikartig eingebrachten Trans- plantaten einsprossenden Faserknor- pelinseln auf die tribologischen Eigen- schaften des Gelenkes.
Autologe
Chondrozytentransplantation Brittberg, Peterson und Mitarbei- ter (3) haben 1994 eine Technik vor- gestellt, deren Ziel es ist, tiefe Defek- te des Gelenkknorpels (Abbil- dungen 2 und 3)durch hyalinen Knorpel durchgehend zu decken.
Hierzu wird in einem primären arthroskopischen Eingriff ein kleines Fragment gesunden hyali- nen Knorpels entnommen. Aus diesem werden Chondrozyten ex- trahiert und durch Kultivierung in ihrer Zahl vermehrt (Abbil- dung 4). Diese jetzt dedifferen- zierten Zellen werden in einem zweiten Eingriff auf den Defekt replantiert, indem sie unter einen
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Deutsches Ärzteblatt 95,Heft 22, 29. Mai 1998 (53) Abbildung 1: Von großer Bedeutung für die Prognose von Ge-
lenkknorpeldefekten ist der Erhalt einer Knorpelschulter, welche den Defekt schützt.
Abbildung 2: Arthroskopische Darstellung eines Knorpeldefektes an der medialen Femurkondyle
Abbildung 3: Aspekt eines großen Gelenkknorpeldefektes vor der Deckung
aufgesteppten Periostlappen (Abbil- dung 5)injiziert werden. Mit Fibrinkle- ber versiegelt, wird so eine „bioaktive Kammer“ (bioactive chamber) gebil- det, in der die Chondrozyten rediffe- renzieren. Schon nach vier Wochen läßt sich Kollagen II nachweisen als Zei- chen einer Defektfüllung mit hyalinar- tigem Knorpelgewebe, welches sich durch annähernd gleiche biomechani- sche Eigenschaften auszeichnet wie physiologischer Gelenkknorpel. Bisher sind weltweit etwa 1 500 Patienten be- handelt worden. Peterson und Mitar- beiter berichten in ihrer ersten Serie von 213 konsekutiven Patienten über eine Erfolgsrate von 80 bis 90 Prozent nach zwei bis fünf Jahren (10). Das deckt sich mit eigenen Ergebnissen.
Auch eine standardisierte biomechani- sche Beurteilung der Knorpelober- fläche bei Second-look-Arthroskopien und 23 histologische Präparate zeigten, daß die vorliegenden Defekte an Fe- murkondylen und Patellarückfläche zum großen Teil beziehungsweise aus- schließlich mit hyalinem Knorpel ge- deckt waren. Ergebnisse prospektiver Untersuchungen liegen jedoch noch nicht vor. Eine Kalzifizierung des Pe- riostlappens wurde nach autologer Chondrozytentransplantation bisher nicht beobachtet (3, 10).
Ausblick
Die durch zum Teil reißerische Be- richte in den Medien entfachte Eupho- rie bei der Behandlung von traumati- schen und degenerativen
Knorpeldefekten entbehrt si- cherlich einer wissenschaftli- chen Basis. Es ist noch nicht möglich, Knorpeldefekte mit einer „Spritze ins Knie oder in das Hüftgelenk“ zu heilen. Der Durchbruch liegt jedoch viel- mehr darin, daß erstmalig Be- handlungsmethoden zur Ver- fügung stehen, deren Ziel es ist, Gelenkknorpeldefekte bio- logisch beziehungsweise phy- siologisch zu decken. Daß dies im Bereich von Knie, Schulter und Sprunggelenk mit guten
Ergebnissen möglich ist, konnte bereits gezeigt werden. Doch erst Langzeiter- gebnisse werden aufdecken, ob wirk- lich die frühzeitige Ausbildung einer
Arthrose ausbleibt. Bis dahin sollten diese Behandlungsoptionen aufgrund ihrer Komplexität und Invasivität am Ende der therapeutischen Kaskade ste- hen.
Neben der klinisch-funktionellen Überwachung konzentriert sich die ex-
perimentelle Forschung derzeit auf verschiedene Möglichkeiten, autolo- gen Knorpel bereits im Labor in dreidi- mensionaler Definierung zu züchten.
Auch die gentechnische Behandlung von Chondrozyten wird diskutiert (6).
Erste Ergebnisse zum Einsatz von inji- zierbaren Chondrozytenträgern (9) und piezoelektrischer Wachstumssti- mulation von Stammzellen (1) liegen bereits vor. Auch aus arthrotischem
Knorpel sind schon erfolgreich Chon- drozyten kultiviert worden (5, 12).
Die Zukunft wird zeigen, ob die Neubeschichtung – „re-surfacing“ –
zerstörter Gelenkflächen dauerhaft und belastbar möglich ist. Diese Idee ist so alt wie die orthopädische Forschung und von zentraler Bedeutung für den Erhalt der menschlichen Mobilität.
Zitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 1998; 95: A-1379–1382 [Heft 22]
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Anschrift für die Verfasser Dr. med. Christoph Erggelet Orthopädische Abteilung der Universitätskliniken Freiburg Hugstetter Straße 55 · 79106 Freiburg
A-1382
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Abbildung 4: Suspension mit autologen Chondro- zyten vor der Implantation
Abbildung 5: Defektdeckung mit autologem Periostlappen an der medialen Femurkondyle
