CC BY-NC-ND 4.0 · Z Orthop Unfall 2022; 160(02): 149-159
DOI: 10.1055/a-1304-3854
Review

Knieendoprothetik: aktuelle Techniken der Implantatausrichtung

Article in several languages: English | deutsch
1   ECOM Group practice for orthopedic surgery, sports medicine and traumatology, Munich, Germany
2   ATOS Clinic, Munich, Germany
3   Dep. of Orthopedic Surgery, Physical Medicine and Rehabiliation, University Hospital (LMU), Munich, Germany
,
Hans Gollwitzer
1   ECOM Group practice for orthopedic surgery, sports medicine and traumatology, Munich, Germany
2   ATOS Clinic, Munich, Germany
› Author Affiliations
 

Zusammenfassung

Bei der klassischen mechanischen Ausrichtung wird die Knietotalendoprothese so eingesetzt, dass eine gerade Beinachse resultiert unabhängig von der präoperativen oder auch präarthrotischen Varus- oder Valgusstellung. Es wird zwischen der bandgeführten oder knöchern referenzierten Technik unterschieden. Bei der bandgeführten Technik wird eine gerade Beinachse angestrebt, die Prothese steht in 90° zu dieser. Die Rotationausrichtung des Femurs wird anhand der Bandspannung angelegt. Bei der knöchern referenzierten Technik wird die Prothese auch in Bezug auf die Rotation anhand der knöchernen Landmarken eingebaut, es wird ebenfalls eine gerade Beinachse angestrebt. Als Variante dieser Technik wird beim anatomischen Alignment die 3° nach medial abfallende Gelenklinie bei der Implantation berücksichtigt. Mit diesen Techniken werden vergleichbare, gute Langzeitergebnisse erreicht mit einer Überlebensrate der Prothesen von nahezu 80% nach 25 Jahren. Auf der anderen Seite berichten 15 – 20% der Patienten, dass sie mit dem Ergebnis ihrer Knieprothese unzufrieden sind. Seit über 10 Jahren wird das kinematische Alignment weiterentwickelt, das eine Implantation der Endoprothese entsprechend der individuellen Anatomie des einzelnen Patienten zum Ziel hat, da die Verfechter dieser Methode sich dadurch eine bessere Funktion der Prothese erwarten. Dabei wird die präarthrotische Anatomie des Patienten rekonstruiert unter Erhalt der vorliegenden Gelenklinie und Beinachse ohne Release der Bandstrukturen. In den bisherigen Studien war die Funktion der Patienten, die mit kinematischem Alignment operiert wurden, mindestens gleichwertig zum mechanischen Alignment. Langfristige Ergebnisse sind noch spärlich, erste Studien zeigen, dass Prothesen mit kinematischer Ausrichtung bis zu 10 Jahre nach der Operation vergleichbare Überlebensraten der Endoprothesen im Vergleich zur mechanischen Ausrichtung zeigen. Zukünftige Studien sind notwendig, um die Limitationen dieser neuen Technik aufzuzeigen bzw. die Patienten zu identifizieren, die möglicherweise besonders oder auch nicht vom kinematischen Alignment profitieren.


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Einleitung

Die Implantation einer Knieendoprothese ist ein erfolgreicher Eingriff und wurde 2017 in Deutschland ca. 170 000-mal durchgeführt (uni- und bikondylär) [1]. Viele Studien berichten jedoch nach Knietotalendoprothese (Knie-TEP) über einen Anteil unzufriedener Patienten von 10 – 20% [2], [3], [4]. Diese Patienten berichten u. a. über Belastungsschmerz, rezidivierende Schwellungszustände, Steifheit oder Instabilitätsgefühl beim Treppensteigen [5]. Um diese Ergebnisse zu verbessern, gab es in den letzten Jahren viele Entwicklungen im Bereich des Prothesendesigns [6] und im Bereich der Präzision der Implantation durch Navigation oder patientenindividuelle Schnittblöcke [7]. Zwar wurde die Präzision der Implantation durch die Navigation verbessert, eine Verbesserung der klinischen Ergebnisse konnte aber dennoch nicht erreicht werden [8]. Folgerichtig wurden daher in den letzten Jahren auch die Konzepte der Ausrichtung der Beinachse und der Gelenklinien überdacht und weiterentwickelt.


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Definition der Beinachse, Gelenklinien und Bandspannung am Kniegelenk

Zum Verständnis der einzelnen Ausrichtungstechniken bei der Implantation der Knieendoprothese ist die Kenntnis der Beinachsen und der Gelenklinien unabdingbar [9]. Die mechanische Beinachse wird definiert als der Winkel zwischen der mechanischen Achse des Femurs (Hüftkopfzentrum – Zentrum Kniegelenk) und der Tibia (Zentrum Kniegelenk – Zentrum Sprunggelenk). Interessant ist dabei, dass die mechanische Beinachse in der Frontalebene bei gesunden Probanden im Durchschnitt ca. 1° varisch ist. Ferner haben Männer häufiger eine varische Stellung des Beins, je nach Literatur besteht eine Varusstellung von 3° und mehr bei 33% der Männer resp. von 4,5° und mehr bei 21% der Männer [10], [11]. Die mechanische Achse des Femurs verläuft dabei in einem Winkel von ca. 5 – 7° zur anatomischen Achse des Femurs. Die tibiofemorale Gelenklinie läuft nicht in 90° zur Beinachse, sondern fällt um durchschnittlich 3° von lateral nach medial ab. Dadurch beträgt der Winkel zwischen der mechanischen Achse des Femurs und der Gelenklinie auch nicht 90°, sondern von lateral gemessen im Durchschnitt 88° (lateraler distaler Femurwinkel – LDFW). Ebenso ist der mediale proximale Tibiawinkel (MPTW) nicht rechtwinklig, sondern beträgt im Durchschnitt 87°. Diese Werte wurden kürzlich bestätigt, zeigen aber interindividuell eine hohe Variabilität [12]. Die Differenz von ca. 1° wird durch das Sprunggelenk ausgeglichen, das im Durchschnitt in 89° zur mechanischen Achse steht ([Abb. 1 a]). In rezenter Zeit wurde eine Typisierung der Kniegelenke durch Hirschmann et al. anhand der 3 angegebenen Winkel vorgeschlagen. Dabei zeigt sich am häufigsten eine neutrale Beinachse mit einem MPTW von 87° und einem LDFW von 87° mit großen Abweichungen [12]. Bei Frauen geht die Tendenz eher zu einer leicht valgischen Ausrichtung bei einem geringeren MPTW, bei Männern zeigt sich tendenziell eine etwas varischere Tibia mit resultierendem Varus der gesamten Beinachse [13].

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Abb. 1a Darstellung der für die Knieendoprothetik in der Frontalebene relevanten Achsen und Gelenklinien an der unteren Extremität. Die Gelenklinie steht nicht in 90° zur mechanischen Achse (grün), sondern sie fällt um durchschnittlich 3° nach medial. b Beim Gehen steht die mechanische Achse des Beins in einem Winkel von 3° zur vertikalen Achse (rot), da die Sprunggelenke näher aneinander stehen als die Hüftgelenke. Die mechanische Achse des Beins steht also nicht in 90° zum Boden. c Dadurch steht die um 3° nach medial abfallende Gelenklinie beim Gehen parallel zum Boden. (m)LDFW: (mechanischer) lateraler distaler Femurwinkel, MPTW: medialer proximaler Tibiawinkel, LDTW: lateraler distaler Tibiawinkel.(Quelle: R. Himmelhan nach Vorgaben von P. Weber und H. Gollwitzer)

Beim Gehen steht das Sprunggelenk in der Frontalebene nicht genau unter dem Hüftgelenk, sondern etwas weiter medial und es entsteht ein Winkel von ca. 3° zur mechanischen Achse ([Abb. 1 b]). Dadurch steht die Gelenklinie des Kniegelenks beim Gehen parallel zum Boden ([Abb. 1 c]) [14].

In der sagittalen Achse ist der tibiale Slope zu beachten. Dieser beschreibt den Winkel zwischen dem Tibiaplateau und der Achse der Tibia und beträgt im Durchschnitt beim nativen Kniegelenk 8° wobei Abweichungen zwischen 0 und 15° regelhaft sind [15], [16], [17].

Die physiologische Bandspannung am Kniegelenk variiert ebenfalls individuell und unterscheidet sich in Beugung und in Streckung. In Beugung zeigt sich insbesondere lateral eine vermehrte Aufklappbarkeit des Kniegelenks bei Varusstress im Vergleich zur medialen Seite und im Vergleich zur Streckung [18]. Diese relative Laxizität des lateralen Bandkomplexes in Beugung ist essenziell für eine physiologische Beugebewegung mit medial pivotierender Femurkondyle und lateralem Rollback.


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Mechanisches Alignment der Knieendoprothese

John Insall propagierte mit der „total condylar knee prosthesis“ das Konzept des mechanischen Alignments in der Knieendoprothetik. Er strebte eine gerade Beinachse und eine Ausrichtung der femoralen und der tibialen Komponente in 90° zu dieser an – unabhängig von der vorliegenden Deformität. Dieses Konzept sollte zu einer gleichmäßigen Belastung des Polyethylens lateral und medial führen [19]. Das Ziel war die Langlebigkeit der Materialien zu verbessern aus der Konsequenz des Frühversagens der Prothese bei varischer Platzierung der tibialen Komponente mit älteren Polyethylenen und erhöhtem Abrieb [20]. Diese Überlegungen beruhten auch auf In-vitro-Studien, die eine gleichmäßige Belastung auf dem Inlay und unter der tibialen Komponente aufzeigen konnten, wenn eine Resektion in 90° zur mechanischen Achse von Tibia und Femur erfolgt war [21].

Beim mechanischen Alignment der Knieendoprothese werden 2 Techniken propagiert:

  • bandreferenziert (ligament-balanced), auch noch „tibia first“ oder „gap balancing“ genannt

  • knöchern referenziert (anatomisch), auch noch „femur first“ oder „measured resection“ in leichten Abwandlungen genannt

In den letzten Jahren wurden die Techniken weiterentwickelt und viele Operateure verwenden die Techniken auch hybrid [22], [23].

Bandreferenzierte Operationstechnik

Die bandreferenzierte Technik folgt den Prinzipien des mechanischen Alignments und hat das Ziel, eine gerade Beinachse zu erreichen. Die Ausrichtung der Rotation des Femurs erfolgt anhand der Bandspannung in Beugung. Ziel ist ein medial und lateral symmetrischer Gelenkspalt in Streckung und Beugung. Nach Entfernung der Osteophyten (wie bei jeder Technik) wird als 1. operativer Schritt die Tibia in 90° zur mechanischen Achse des Tibiaschaftes reseziert (Ausrichtung intra- oder extramedullär). Es erfolgt dann die Positionierung des Schnittblocks für die Resektion des distalen Femurs über eine intramedulläre Ausrichtung, sodass die Resektion in 90° zur mechanischen Achse des Femurs erfolgt. Anschließend wird die Bandspannung überprüft und es wird ggf. ein Release der Bänder auf der kontrakten Seite durchgeführt. Das Release erfolgt, bis ein symmetrischer Gelenkspalt erreicht wird bei mechanischer Beinachse. Über die intramedulläre Ausrichtung wird der Schnittblock für den dorsalen und ventralen Femurschnitt angebracht und die Rotation der femoralen Komponente stellt sich über die Bandspannung des Flexionsspaltes ein. Hier können Bandspanner zum Einsatz kommen. Nach der dorsalen und ventralen Resektion am Femur wird die Endoprothese implantiert.


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Knöchern referenzierte Operationstechnik

Zunächst wird die intramedulläre Ausrichtung zur Resektion des distalen Femurs in 90° zur mechanischen Femurachse durchgeführt. Die Ausrichtung der Rotation der femoralen Komponente erfolgt parallel zur chirurgischen transepikondylären Linie oder anhand der dorsalen Kondylen, wobei 3° Außenrotation zu diesen eingestellt wird [22], [24] ([Abb. 2]), was auch als Measured Resection bezeichnet wird. Im Anschluss erfolgt die Resektion der Tibia in 90° zur Tibiaachse. Der Flexions- und Extensionsspalt sowie die Beinachse werden kontrolliert. Bei asymmetrischem Spalt in der Varus-valgus-Ausrichtung erfolgt ein stufenweises Release der kontrakten Bänder bis symmetrische Gelenkspaltweiten bei gerader Beinachse bestehen. Bei Asymmetrie zwischen dem Beuge- und Streckspalt muss entsprechend reagiert werden durch Lösung der dorsalen Kapsel oder Nachresektion des Femurs distal oder dorsal [25].

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Abb. 2 Einstellung der Rotation der Femurkomponente (rechtes Knie, Ansicht von unten auf das Femur). Bei der Femur-first-Methode wird die Prothese parallel zur chirurgischen sTEA (surgical transepikondyläre Achse) implantiert. In der Regel wird heute die sTEA verwendet, die medial im Sulcus referenziert ist und nicht die aTEA (anatomische transepikondyläre Achse), da die sTEA besser der Kinematik des Kniegelenks entspricht [57]. Diese steht im Durchschnitt um 3° außenrotiert im Vergleich zur PCA (posteriore Kondylenachse). Als weitere Referenz kann die Whiteside-Achse (grün) hergenommen werden, die den tiefsten Punkt der Trochlea mit dem tiefsten Punkt der Notch verbindet. Diese steht i. d. R. in 90° zur sTEA.(Quelle: P. Weber)

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Knöchern referenzierte Operationstechnik – anatomisches Alignment

Als Variation der klassischen knöchern referenzierten Technik wird beim anatomischen Alignment die Prothese so eingesetzt, dass die Lauffläche entsprechend der Gelenklinie mit 3° nach medial abfällt. Diese Technik wurde ursprünglich von Hungerford propagiert [26], [27]. Beim Femur erfolgt die Resektion distal parallel zur Gelenklinie (nach medial um 3° abfallend) sodass der laterale distale Femurwinkel (LDFW) rekonstruiert wird. Die Tibia wird auch entsprechend der ursprünglichen Gelenklinie 3° nach medial abfallend reseziert, sodass der mediale proximale Tibiawinkel wieder rekonstruiert wird, resp. wird dieser leicht adaptiert, sodass die Beinachse auf 180° eingestellt wird. Die Rotation der Femurkomponente wird parallel zu den dorsalen Kondylen (PCA, posteriore Kondylenachse) eingestellt [24], [28]. Anschließend erfolgt eine Kontrolle des Streck- und Beugespalts und ein Weichteilrelease wie bei den anderen Techniken. Das Release kann anspruchsvoll sein, da ein Release in Streckung an den medialen Strukturen bei einem zuvor ausgeglichenen Beugespalt zu einem lockeren Beugespalt medial führt. Dies erfordert dann ein häufig schwieriges weiteres Release, damit schließlich symmetrische Verhältnisse vorliegen [22].

Bei den beschriebenen Techniken, die eine mechanische Ausrichtung der Knieprothese zum Ziel haben, kann man vereinfacht zusammenfassen, dass bei der knochenreferenzierten Knieprothesenimplantation der resezierte Knochen ersetzt wird und die Ligamente dem anpasst werden, sodass das Bein mechanisch gerade ausgerichtet ist. Bei der ligamentreferenzierten Implantationstechnik bleibt die ligamentäre Führung erhalten und die Artikulationsflächen werden dort platziert, wohin sie durch die neue ligamentäre Führung geleitet werden; dabei soll die Beinachse postoperativ gerade sein, was häufig ein Release der Bänder erfordert. Gerade bei der knöchern referenzierten Technik, die häufiger ein ausgedehnteres Release erfordert, besteht die Gefahr für iatrogene Bandverletzungen durch das Release [29]. Bei der bandreferenzierten Technik besteht vor allem beim valgischen Kniegelenk die Gefahr einer Innenrotationsstellung des Femurs.


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Release der Bänder

Das stufenweise Release der Bänder wurde schon vielfach beschrieben und deshalb wird hier nur kurz darauf eingegangen [30]. Wichtig ist dabei, sich zu vergegenwärtigen, welche Strukturen medial und lateral in welcher Position des Kniegelenks (Streckung und Beugung) für die Stabilität verantwortlich sind. Medial in Streckung sind es die oberflächlichen und tiefen Fasern des Innenbandes und in geringerem Ausmaß das Pes anserinus. In Beugung sind es medial vor allem die oberflächlichen Fasern des Innenbandes. Lateral in Streckung sind es das laterale Kollateralband, die posterolaterale Kapsel, das iliotibiale Band (am Tuberculum Gerdyi), geringer die Popliteussehne und die laterale Gastrocnemiussehne. In Beugung geben das iliotibiale Band und die Kapsel keine wesentliche Stabilität, hier sind hingegen die anderen genannten Strukturen relevant. Nach Analyse des Ortes der Kontraktur gilt es, die entsprechenden Fasern stufenweise durch Einkerben (Pie-crusting-Technik) oder stufenweises Ablösen am Ansatz zu lockern [30].


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Kinematisches Alignment

Das kinematische Alignment wurde seit ca. 10 Jahren vor allem von Stephen Howell propagiert und weiterentwickelt und lehnt sich an die Technik der Measured Resection an, wird dabei auch als „true measured resection“ bezeichnet [31], [32], [33], [34]. Ziel der kinematischen Ausrichtung der Knieprothese ist eine Rekonstruktion der individuellen Kniekinematik des Patienten, so wie diese vor der Arthrose bestand. Dazu werden die individuellen Gelenklinien (tibiofemoral) und die natürliche Beinachse rekonstruiert. Hierzu wird unter Berücksichtigung des Knorpelverschleißes exakt so viel Knochen und Knorpel femoral distal, posterior und tibial reseziert, wie durch die Prothesenteile ersetzt wird. Es erfolgt i. d. R. kein Release der Bänder, es werden lediglich die Osteophyten entfernt. Durch dieses Vorgehen ist die Bandspannung in sämtlichen Flexionsstellungen wieder wie beim patientenspezifischen Kniegelenk. Auch die Patellaführung ist i. d. R. physiologisch, da der natürliche Q-Winkel rekonstruiert wird.

Es wurden einige Techniken zu diesem Verfahren publiziert [33], [34], [35], [36]. Die initial publizierten Techniken wurden mit patientenspezifischen Instrumenten durchgeführt, die anhand eines präoperativen MRT konstruiert wurden. Mittlerweile gibt es Operationstechniken mit Unterstützung von Robotern oder aber auch mit klassischen Instrumenten. Zur Planung genügt eine präoperative Röntgendiagnostik inklusive Beinachse.

Begonnen wird mit der Präparation des Femurs. Die Resektion der Varus-valgus-Ausrichtung distal erfolgt entsprechend der anatomischen Gelenklinie femoral unter Berücksichtigung des Knorpelverschleißes zur Rekonstruktion des individuellen LDFW ([Abb. 1]). Dieser kann zum einen in der Planung ausgemessen werden und dann über eine intramedulläre Ausrichtung rekonstruiert werden. Eine Kontrolle ist über die Dicke der Resektate zuverlässig möglich, da der femorale Knorpel eine Dicke von etwa 2 mm aufweist und die erforderliche Resektionsdicke entsprechend berechnet werden kann [37]. Die Ausrichtung der Rotation erfolgt anhand der dorsalen Kondylen parallel zur PCA unter Beachtung des Knorpelverschleißes mit folgendem dorsalem und ventralem Schnitt.

Die Resektion der Tibia erfolgt ebenfalls parallel zur Gelenklinie unter Beachtung des Knorpelverschleißes. Eventuell bestehende Asymmetrien der Bandspannung erfordern ein Bandrelease oder werden anhand einer Nachresektion an der Tibia korrigiert. Asymmetrien zwischen lateral und medial werden anhand einer Varisierung oder Valgisierung korrigiert, Asymmetrien zwischen dem Streck- und Beugespalt werden durch Erhöhung oder Verminderung des tibialen Slope ausgeglichen. Ein physiologisch lockerer lateraler Beugespalt wird beim Konzept des kinematischen Alignments akzeptiert und sogar angestrebt. Bei der folgenden Probeimplantation ist der Lauf der Patella i. d. R. zentral, nachdem der Q-Winkel und die Ausrichtung des Femurs entsprechend der Patelladrehachse physiologisch erhalten bleiben [31]. Durch die kinematische Ausrichtung der Implantate wird die Beinachse so rekonstruiert, wie sie vor der Arthrose war, entsprechend wird auch eine varische oder valgische Beinachse belassen ([Abb. 3]). Dies beruht auch auf der Überlegung, dass Achsabweichungen häufig extraartikulär lokalisiert sind und damit nicht physiologisch über eine intraartikuläre Korrektur zu beheben sind.

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Abb. 3 Beinachsenaufnahme eines Patienten mit einer medialen Gonarthrose und einem Varuswinkel von 5°. a Planung eines mechanischen Einbaus der Prothese: Die tibiale und femorale Komponente werden mit einem LDFA und MPTW von 90° eingebaut. Dadurch wird der Varus um 5,1° korrigiert und es resultiert eine gerade Beinachse. Dazu wird es wahrscheinlich erforderlich sein, ein Release der Bänder medial durchzuführen. Die Gelenklinie wird postoperativ in 90° zur Beinachse stehen, ändert sich somit durch die Operation um mehr als 5°. Zur Anpassung des Beugespaltes muss diese Gelenklinienänderung entweder durch ein entsprechendes Bandrelease oder durch eine Außenrotationsstellung der femoralen Komponente ausgeglichen werden. b Planung eines kinematischen Einbaus der Prothese beim gleichen Patienten. Der LDFW von 87,2° wird durch den Einbau der Prothese beibehalten, ebenso der MPTW von 84,7°. Dadurch wird der Varus um 2,7° korrigiert und es bleibt ein Varus von 2,5° bestehen, so wie er beim Patienten vor der Arthrose vorlag. Ein Release der Bänder wird dabei nicht erforderlich sein, die Gelenklinie wird wie vor der OP rekonstruiert, auch die Rotation der femoralen Komponente bleibt unverändert.

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Restricted kinematisches Alignment

Bei der streng kinematischen Ausrichtung werden auch stärkere valgische oder varische Stellungen von über 5° toleriert. Einige Arbeitsgruppen, die das kinematische Alignment anwenden, sehen dies kritisch, da keine Langzeitergebnisse unter Belassen von derartigen „Achsabweichungen“ vorliegen. Es wurde daraufhin ein sog. „restricted kinematic alignment“ entwickelt. Dabei werden Kniegelenke mit einem LDFA und einem MPFA zwischen 85 und 95° und einer postoperativen Beinachse von maximal ± 3° kinematisch eingesetzt. Bei allen Fällen, die über die genannten Werte hinausgehen, werden die Winkel solange korrigiert, bis sie in den „restricted-kinematic-alignment“-Bereich fallen [36], [38].


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Adaptiertes mechanisches Alignment und funktionelles Alignment

Aktuell werden weitere Techniken beschrieben, die ebenfalls versuchen, die natürliche Kinematik des Kniegelenks zu rekonstruieren. Vereinfacht gesagt streben diese ein geringes Belassen der Restdeformität an. Im Gegensatz zum kinematischen Alignment wird bei stärkeren Abweichungen der klassischen Zielwerte des mechanischen Alignments eine Korrektur der knöchernen Position durchgeführt. So sollen keine starken Abweichungen der Position der Prothese von diesen Zielwerten resultieren. Beim adaptierten mechanischen Alignment (amA) wird die Tibia wie beim klassischen mechanischen Alignment ebenfalls mit 90° zur tibialen Achse eingebracht. Ein geringes Belassen der Restdeformität wird durch die Position des Femurs in leichtem Varus oder Valgus eingestellt. Abweichungen von über 3° Varus oder Valgus werden jedoch korrigiert [39], [40]. Die Verwender der Methode konnten vereinzelt gute Ergebnisse berichten, bisher aber nur in retrospektiver Natur ohne Vergleichsgruppe [39].

Beim funktionellen Alignment wird ebenfalls ein leichter Varus oder Valgus belassen, Ziel ist aber auch ein Erreichen einer Beinachse zwischen + 3 und − 3°. Das Belassen einer Beinachse mit geringem Varus oder Valgus wird unter Belassen eines Varus oder Valgus am Femur oder der Tibia erreicht, wobei nicht genauer definiert wird, wann welche Korrekturen erfolgen [41]. Diese Technik zeigt gute Ergebnisse in einer Studie ohne Vergleichsgruppe und wird aktuell in einer laufenden Studie im Vergleich zum mechanischen Alignment evaluiert [42], [43].

In der [Tab. 1] sind die Zielwerte der Beinachsen sowie der einzelnen Parameter für die verschiedenen Techniken aufgeführt. In [Abb. 4] sind die einzelnen Ausrichtungstechniken in der koronaren Ebene dargestellt.

Tab. 1 Übersicht der unterschiedlichen Zielwerte der einzelnen Ausrichtungstechniken.

bandreferenziert

knöchern referenziert

knöchern referenziert – anatomisch

kinematisches Alignment (KA)

Restricted kinematisches Alignment

adaptiertes mechanisches Alignment

funktionelles Alignment

LDFW: lateraler distaler Femurwinkel; MPTW: medialer proximaler Tibiawinkel; TEA: transepikondyäre Achse; PCA: posteriore kondyläre Achse

Beinachse

180°

180°

180°

Rekonstruktion der individuellen Beinachse

wie KA, maximal 180 ± 3°

180 ± 3° (Belassen eines geringen Varus/Valgus)

180 ± 3° (Belassen eines geringen Varus/Valgus)

LDFW

90°

90°

87°

individuelle Rekonstruktion wie vor der Arthrose

wie KA, maximal 90 ± 5°

90 ± 3°

90 ± 3°

MPTW

90°

90°

87°

individuelle Rekonstruktion wie vor der Arthrose

wie KA, maximal 90 ± 5°

90°

90 ± 3°

Rotation Femur

durch Bandspannung in Beugung

parallel zur TEA

parallel zur PCA

parallel zur PCA

parallel zur PCA

nicht definiert

durch Bandspannung in Beugung, in einem ± 3°-Korridor zur TEA

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Abb. 4 Darstellung der im Text beschriebenen unterschiedlichen Ausrichtungstechniken anhand eines 6° varischen Kniegelenks. MA: mechanisches Alignment, AA: anatomisches Alignment, KA: kinematisches Alignment, FA: funktionelles Alignment, rKA: Restricted kinematisches Alignment, aMA: adaptiertes mechanisches Alignment.(Quelle: R. Himmelhan nach Vorgaben von P. Weber und H. Gollwitzer)

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Vor- und Nachteile der einzelnen Ausrichtungen

Die Diskussion, ob die tibiale Komponente als Erstes implantiert werden soll und dann eine bandgeführte Implantation des femoralen Implantats erfolgen soll oder ob die Implantation anatomisch und entsprechend das Femur zunächst knöchern referenziert reseziert wird, ist schon seit Jahrzehnten im Gange. Eine kürzlich erschienene Metaanalyse mit Daten von über 2500 Patienten konnte keinen Unterschied zwischen den Techniken in Bezug auf klinische Scores oder Komplikationen nachweisen [44]. Einigkeit besteht aber bei beiden Techniken darüber, dass eine gerade Beinachse rekonstruiert werden soll mit einer Abweichung von maximal ± 3°. Dabei gibt es für beide Techniken verlässliche Langzeitergebnisse und die Prothesenmaterialien und -designs sind entwickelt worden, um bei mechanischer Ausrichtung lange zu halten. Schließlich sind die Instrumente konstruiert worden, um eine sichere Implantation unter mechanischer Ausrichtung durchzuführen.

In den letzten Jahren wurde das Dogma des erforderlichen geraden Beins mit einer mechanischen Achse zwischen + 3 und − 3° nach Knieendoprothese aber infrage gestellt. Zum einen konnten Bellemans et al. aufzeigen, dass ein neutrales mechanisches Alignment nur bei einem geringen Anteil der Bevölkerung zu finden ist und dass die mechanische Beinachse im Durchschnitt 1,2° varisch ist. 33% der Männer haben eine varische Beinachse von mehr als 3°, die Implantation einer Knieendoprothese nach konventionellem mechanischen Alignment erfordert bei diesen Patienten immer ein Release des Innenbandes. Somit empfehlen die Autoren bei diesen Patienten das Belassen eines geringen Varus [10]. Zum anderen konnte in einer Nachuntersuchung an der Mayo Klinik mit über 15 Jahren Follow-up nachgewiesen werden, dass die Revisionsrate der Kniegelenke, die in dem ± 3°-Zielbereich waren, vergleichbar war zu denen, die sich außerhalb von dem Korridor befanden [45]. Auch Insall selbst merkte 1988 bereits an, dass das Konzept der mechanischen Achse nicht jedem Patienten entspricht und somit nur einen „Kompromiss“ darstellt [46]. Die anfangs dargestellte Rate von 15 – 20% an unzufriedenen Patienten mit einer Knieprothese wurde bei Patienten mit einer mechanischen Ausrichtung erhoben. Gerade bei den von Bellemans beschriebenen Patienten mit dem konstitutionellen Varus wird eine mechanische Ausrichtung der Prothese zu einer Überdehnung des Innenbands führen was mit Beschwerden einhergehen kann, resp. kann ein intraoperatives Release schwierig zu dosieren sein [10]. In der [Tab. 2] sind diese Vor- und Nachteile aufgeführt (modifiziert nach [28]).

Tab. 2 Vor- und Nachteile des mechanischen Alignments.

Vorteile

Nachteile

  • Einfachheit

  • Reproduzierbarkeit

  • gewohnte OP-Technik

  • Langzeitergebnisse bekannt

  • die meisten Implantate und Instrumente für mechanisches Alignment designt

  • optimale Positionierung der Gelenklinie nicht geklärt

  • bis zu 20% unzufriedene oder nicht ganz zufriedene Patienten

  • die Orientierung der Implantate, die nicht der nativen Anatomie entspricht, führt zu Überdehnungen der Bänder oder Instabilitäten

  • ein Release der Bänder ist nicht in allen Gelenkstellungen exakt passend möglich

Diese Entwicklungen führten u. a. zum kinematischen Alignment. Howell mit Kollegen war einer der ersten Anwender und konnte in Nachuntersuchungen sehr gute klinische Ergebnisse nachweisen [32], [33]. Kritiker der Methode mahnten an, dass eine Abweichung von der 90°-Ausrichtung der Tibia zur mechanischen Achse zu frühen Versagern führen könnte [47]. Mehrere Studien konnten aber nachweisen, dass zumindest im mittelfristigen Verlauf keine erhöhten Revisionen bei varischen oder valgischen „Abweichern“ auftraten [32], [48]. Dies liegt daran, dass die nach medial abfallende Gelenklinie beim Gehen parallel zum Boden steht, da der Abstand zwischen den Sprunggelenken beim Gehen geringer ist als zwischen den Hüften. Dadurch wird die Belastung auf die Tibia beim Gehen wieder physiologisch. Zudem reduziert die kinematische Alignment-Technik beim Varusknie das Knieadduktionsmoment verglichen mit dem mechanischen Alignment, wodurch auch die Belastung auf das Implantat abnimmt [49].

Interessant könnten in diesem Zusammenhang die Individualimplantate sein, da diese über unterschiedliche Implantat- und Inlaydicken eine individuelle Rekonstruktion der Gelenklinie erreichen. Somit kann die tibiale Komponente dann mit 90° zur Beinachse eingebaut werden. Dabei gilt es jedoch zu beachten, dass bestimmte Individualimplantate nur für die Rekonstruktion einer neutralen Beinachse zugelassen sind und somit individuelle Rekonstruktionen der Beinachse nicht mit allen Individualimplantaten möglich sind.

Nachdem die Femurkomponente nicht in 3° Außenrotation zur transepikondylären Linie implantiert wird, wurden beim kinematischen Alignment vermehrte Patellabeschwerden vorausgesagt. Es konnte aber eine sehr geringe Revisionsrate wegen patellarer Probleme nachgewiesen werden (13 Patienten aus einem Kollektiv von über 3000 Patienten) [50]. Diese zunächst überraschend niedrige Revisionsrate liegt wahrscheinlich an mehreren Faktoren: Zum einen wird beim kinematischen Alignment der Q-Winkel physiologisch rekonstruiert, da die Tuberositas tibiae durch die nach medial abfallende Gelenklinie während der Operation unverändert bleibt und nicht wie beim mechanischen Alignment lateralisiert wird. Zum anderen erlaubt die Positionierung entsprechend der Gelenklinie femoral in Beugung ein physiologisches „Einsatteln“ der Patella, die laterale Kondyle wird nicht distalisiert ([Abb. 5]). Eine weitere Arbeitsgruppe konnte aufzeigen, dass ein laterales Release nur in 2% der Fälle intraoperativ erforderlich war [38]. Zu diesen guten Ergebnissen die Patellafunktion betreffend muss einschränkend erwähnt werden, dass es bisher noch keine Studien gibt, die explizit die Ergebnisse von Patienten mit starken Patellalateralisationen oder Dysplasien, die mit kinematischem Alignment operiert wurden, nachuntersucht hätten.

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Abb. 5a Auf der Abbildung ist der mechanische Einbau einer Knieprothese mit einem LDFW von 90° und die Position der Patella in Beugung abgebildet. b Kinematisch eingebaute Prothese mit einem LDFW von 87° mit der Patella in Beugung. Es zeigt sich, dass durch die valgische Rekonstruktion des LDFW die Patella in Beugung lateral weniger nach distal gedrückt wird als beim mechanischen Alignment.(Quelle: R. Himmelhan nach Vorgaben von P. Weber und H. Gollwitzer)

Ein potenziell wesentlicher Vorteil von Individualimplantaten ist die voneinander unabhängige Rekonstruktion von Trochlea und dorsalen Femurkondylen. Besteht eine hypoplastische Trochlea mit einer lateralisierten Patella kann die kinematische Ausrichtung des Femurschildes anhand der dorsalen Kondylen zu einer lateralisierten Patella führen. Individuelle Implantate könnten den ventralen femoralen Schild entsprechend der Anatomie des Patienten etwas nach außen richten und somit die Anatomie rekonstruieren. Dies kann eine Möglichkeit sein, um bei Dysplasien einen besseren Lauf der Patella zu ermöglichen, ohne dass der Beugespalt durch Außenrotation der Femurkomponente verändert werden muss.

Sehr niedrige Versagensraten beim kinematischem Alignment wurden in der ersten publizierten 10-Jahres-Nachuntersuchung berichtet mit einem Überleben von 97,5% [51]. In den letzten Jahren sind mehrere Vergleichsstudien erschienen. Mehrere konnten einen Vorteil in der Kniefunktion mit kinematischem Alignment nachweisen, darunter waren einige randomisierte Studien. Einzelne Studien konnten auch keinen Unterschied zwischen den Methoden nachweisen, das kinematische Alignment schnitt aber in keiner der Studien schlechter ab. Mehrere Metaanalysen konnten zusammenfassend einen Vorteil des kinematischen Alignments in Bezug auf die klinischen Scores und die Flexion nachweisen [52], [53], [54]. Zuletzt wurde eine Metaanalyse publiziert, die nur randomisiert kontrollierte Studien einschloss. Interessant war dabei, dass diese Analyse keine Studie aus der Gruppe von Howell, dem Entwickler der Methode, beinhaltete. Es konnten bessere Ergebnisse in Bezug auf Funktion, Beugung und Operationszeit für das kinematische Alignment nachgewiesen werden [55].

Bei der Analyse der kinematischen Alignment-Technik muss man aber kritisch beäugen, dass bisher nur wenig Langzeitergebnisse vorliegen und dass vor Kurzem nachgewiesen werden konnte, dass die 25-Jahres-Überlebensrate für konventionell implantierte Prothesen bei 82% liegt [56]. Auch ist die Frage nicht gelöst, bis zu welchem Grad die individuelle Anatomie des Patienten rekonstruiert werden sollte oder wann eine gewisse Korrektur der Anatomie sinnvoll ist. Ob bspw. eine Knieprothese mit einer Beinachse von 6 – 7° Valgus auch lange funktionieren wird, ist sehr unsicher. Bis diese Fragen geklärt sind, können Techniken des sog. „restriced kinematic alignment“ sinnvoll sein. Die Gruppe um Vendittoli bspw. empfiehlt eine Implantation der Prothese entsprechend der individuellen Anatomie, falls in der Planung ein Restvalgus oder -varus in der Beinachse von bis zu 3° bleibt, ansonsten werden Korrekturen empfohlen, bis die Prothese in diesem Bereich liegt. Gleiches empfiehlt die Gruppe für die Ausrichtung der femoralen und tibialen Komponente (LDFW und MPTW), hier sollten varische oder valgische Abweichungen von maximal 5° von der 90°-Achse toleriert werden [36]. Diese Empfehlungen sind eher vorsichtig, gerade vor dem Hintergrund, dass die Gruppe um Vanlommel schon 2013 nachweisen konnte, dass Patienten mit einem Varusknie die besten klinischen Ergebnisse zeigen, wenn diese postoperativ eine Beinachse zwischen 3 und 6° Varus hatten im Vergleich zu 0 – 3° Varus [39]. Die Technik des „restricted kinematic alignment“ könnte aber von einer medikolegalen Betrachtung her sinnvoll sein. Bis eindeutig geklärt ist, welche Fehlstellungen belassen werden können, ist das Restricted kinematische Alignment aktuell „sicherer“ da nur geringe Varus- oder Valgusstellungen belassen werden. Ähnlich verhält es sich mit dem funktionellen Alignment, auch wenn die Studiendaten hierzu noch sehr gering sind [41]. Es empfiehlt sich beim kinematischen Alignment auf jeden Fall, den Patienten präoperativ über das Belassen einer leichten valgischen oder varischen Stellung aufzuklären. In der [Tab. 3] sind die Vor- und Nachteile des kinematischen Alignments aufgeführt (modifiziert nach [28]).

Tab. 3 Vor- und Nachteile des kinematischem Alignments.

Vorteile

Nachteile

  • reproduziert die natürliche Bandspannung

  • potenziell bessere Schmerzreduktion, Funktion und Beweglichkeit

  • weniger Weichteilrelease

  • schnellere Rehabilitation

  • fehlende Langzeitergebnisse

  • ungenügende Daten zum Vorgehen bei starken Patellalateralisationen

  • unklar welches Ausmaß an Restvalgus/-varus belassen werden kann

  • Mehrzahl der Instrumente nicht für kinematisches Alignment designt


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Fazit und Ausblick in die Zukunft

Die Implantation der Knie-TEP ist mit der knöchern referenzierenden Technik oder der ligamentären Ausrichtung sicher möglich. Das Anstreben einer geraden Beinachse unabhängig von der Ausgangssituation führt zu einer hohen Patientenzufriedenheit und sicheren Langzeitergebnissen. Die Ergebnisse in den bisher vorliegenden Studien im kurz- und mittelfristigen Verlauf durch die kinematische Ausrichtung der Prothese anhand der individuellen Anatomie des Patienten sind mindestens gleichwertig. Die Rekonstruktion des präarthrotischen Zustandes führt zu einer physiologischen Bandspannung und macht ein Release der Bandstrukturen i. d. R. überflüssig, wobei ein physiologisch lateral etwas lockerer Beugespalt bei der Technik belassen wird. Das Belassen von einem moderaten Valgus oder Varus führt zumindest mittelfristig nicht zu einer höheren Revisionsrate. Die langfristigen Ergebnisse sind hier noch abzuwarten, es zeichnet sich aber ab, dass eine Rekonstruktion der individuellen Anatomie des Patienten in Zukunft in der Knieendoprothetik eine Rolle spielen wird. Zukünftige Studien sind erforderlich, um die Limitationen dieser neuen Technik aufzuzeigen bzw. die Patienten zu identifizieren, die möglicherweise besonders oder auch nicht von einer kinematischen Ausrichtung profitieren.

Die individuelle Rekonstruktion der Anatomie des Patienten ist jedoch mit den zur Verfügung stehenden konventionellen Instrumenten teilweise schwierig umzusetzen. So ist es einfacher, eine Tibia in 90° zur Achse zu positionieren, als einen Winkel von 3 – 4° Varus zu rekonstruieren. In Zukunft werden hier die Techniken der Robotik oder auch der individuellen Schnittblöcke helfen, diese präzise Ausrichtung nicht nur anzustreben, sondern auch zu erreichen [42]. Erst dadurch kann ein exakter Vergleich zwischen den Techniken, welche die individuelle Anatomie rekonstruieren, und den konventionellen Techniken erfolgen, was in aktuellen Studien untersucht wird [43]. Mit den konventionellen Ausrichttechniken kann die Ausrichtung noch nicht in allen Fällen präzise erreicht werden, was den Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Techniken noch erschwert.


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Conflict of Interest/Interessenkonflikt

Both authors are consultants for Medacta, Castel San Pietro, Switzerland./Die Autoren sind Berater für Medacta, Castel San Pietro, Schweiz.


Correspondence/Korrespondenzadresse

PD Patrick Weber, MD
Orthopaedic Surgery
ECOM Munich
Arabellastraße 17
81925 Munich
Germany   
Phone: 0 89/92-33 39 40   
Fax: 0 89/92-3 33 94 29   

Publication History

Article published online:
01 March 2021

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Georg Thieme Verlag KG
Rüdigerstraße 14, 70469 Stuttgart, Germany


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Fig. 1a Illustration of the axes and joint lines in the frontal plane of the lower extremity relevant in knee arthroplasty. The joint line is not perpendicular to the mechanical axis (green) but inclines mediad by 3° on average. b When walking, the mechanical axis of the leg is at an angle of 3° to the vertical axis (red), as the ankle joints are closer together than the hip joints. Thus, the mechanical axis of the leg is not perpendicular to the ground. c This ensures that the joint line, which slopes mediad by 3°, parallels the ground when walking. LDFA: lateral distal femoral angle, MPTA: medial proximal tibial angle, LDTA: lateral distal tibial angle. Illustration by R. Himmelhan copyright P. Weber and H. Gollwitzer
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Fig. 2 Adjusting the rotation of the femoral component (right knee, view of the femur from inferior). With the femur first technique, the implanted prosthesis parallels the surgical transepicondylar axis (sTEA). As a rule, sTEA is used today, which references the sulcus medially, and not aTEA because sTEA reflects more closely the kinematics of the knee joint [57]. On average, it is rotated laterad by 3° compared to the PCA (posterior condyle axis). The Whiteside axis (green), which connects the most inferior point of the trochlea with the most inferior point of the notch, may be used as another reference. The notch is usually perpendicular to the sTEA. Source: P. Weber
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Fig. 3 Leg axis radiograph of a patient with medial osteoarthritis of the knee and a varus deformity of 5°. a Planning of TKA with mechanical alignment: the tibial and femoral components are inserted with an LDFA and MPTA of 90°. As a result, the varus deformity is corrected by 5.1° resulting in a straight leg axis. This will probably require a medial ligament release. Postoperatively, the joint line will be perpendicular to the leg axis, thus changing by more than 5° due to the surgery. To adjust the flexion gap, this change in the joint line must be compensated either by appropriate ligament release or lateral rotation of the femoral component. b Planning of TKA with kinematic alignment in the same patient. The implanted TKA will keep the LDFA of 87.2° as well as the MPTA of 84.7°. This will correct the varus deformity by 2.7° and leave a varus of 2.5° as it was with the patient before the osteoarthritis. Ligament release will not be necessary, the joint line will be restored as before the surgery, and the rotation of the femoral component will remain unchanged.
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Fig. 4 Illustration of the various alignment techniques described in the text based on a knee joint with 6° varus deformity. (MA: mechanical alignment, AA: anatomical alignment, KA: kinematic alignment, FA: functional alignment, rKA: restricted kinematic alignment, aMA: adjusted mechanical alignment). Illustration by R. Himmelhan copyright P. Weber and H. Gollwitzer
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Fig. 5a The figure illustrates a TKA with mechanical alignment and an LDFA of 90° and patellar position in flexion. b Prosthesis with kinematic alignment and an LDFA of 87° with the patella in flexion. It can be seen that on flexion the valgus restoration of the LDFA presses the lateral patella less distad than in mechanical alignment. Illustration by R. Himmelhan copyright P. Weber and H. Gollwitzer
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Abb. 1a Darstellung der für die Knieendoprothetik in der Frontalebene relevanten Achsen und Gelenklinien an der unteren Extremität. Die Gelenklinie steht nicht in 90° zur mechanischen Achse (grün), sondern sie fällt um durchschnittlich 3° nach medial. b Beim Gehen steht die mechanische Achse des Beins in einem Winkel von 3° zur vertikalen Achse (rot), da die Sprunggelenke näher aneinander stehen als die Hüftgelenke. Die mechanische Achse des Beins steht also nicht in 90° zum Boden. c Dadurch steht die um 3° nach medial abfallende Gelenklinie beim Gehen parallel zum Boden. (m)LDFW: (mechanischer) lateraler distaler Femurwinkel, MPTW: medialer proximaler Tibiawinkel, LDTW: lateraler distaler Tibiawinkel.(Quelle: R. Himmelhan nach Vorgaben von P. Weber und H. Gollwitzer)
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Abb. 2 Einstellung der Rotation der Femurkomponente (rechtes Knie, Ansicht von unten auf das Femur). Bei der Femur-first-Methode wird die Prothese parallel zur chirurgischen sTEA (surgical transepikondyläre Achse) implantiert. In der Regel wird heute die sTEA verwendet, die medial im Sulcus referenziert ist und nicht die aTEA (anatomische transepikondyläre Achse), da die sTEA besser der Kinematik des Kniegelenks entspricht [57]. Diese steht im Durchschnitt um 3° außenrotiert im Vergleich zur PCA (posteriore Kondylenachse). Als weitere Referenz kann die Whiteside-Achse (grün) hergenommen werden, die den tiefsten Punkt der Trochlea mit dem tiefsten Punkt der Notch verbindet. Diese steht i. d. R. in 90° zur sTEA.(Quelle: P. Weber)
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Abb. 3 Beinachsenaufnahme eines Patienten mit einer medialen Gonarthrose und einem Varuswinkel von 5°. a Planung eines mechanischen Einbaus der Prothese: Die tibiale und femorale Komponente werden mit einem LDFA und MPTW von 90° eingebaut. Dadurch wird der Varus um 5,1° korrigiert und es resultiert eine gerade Beinachse. Dazu wird es wahrscheinlich erforderlich sein, ein Release der Bänder medial durchzuführen. Die Gelenklinie wird postoperativ in 90° zur Beinachse stehen, ändert sich somit durch die Operation um mehr als 5°. Zur Anpassung des Beugespaltes muss diese Gelenklinienänderung entweder durch ein entsprechendes Bandrelease oder durch eine Außenrotationsstellung der femoralen Komponente ausgeglichen werden. b Planung eines kinematischen Einbaus der Prothese beim gleichen Patienten. Der LDFW von 87,2° wird durch den Einbau der Prothese beibehalten, ebenso der MPTW von 84,7°. Dadurch wird der Varus um 2,7° korrigiert und es bleibt ein Varus von 2,5° bestehen, so wie er beim Patienten vor der Arthrose vorlag. Ein Release der Bänder wird dabei nicht erforderlich sein, die Gelenklinie wird wie vor der OP rekonstruiert, auch die Rotation der femoralen Komponente bleibt unverändert.
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Abb. 4 Darstellung der im Text beschriebenen unterschiedlichen Ausrichtungstechniken anhand eines 6° varischen Kniegelenks. MA: mechanisches Alignment, AA: anatomisches Alignment, KA: kinematisches Alignment, FA: funktionelles Alignment, rKA: Restricted kinematisches Alignment, aMA: adaptiertes mechanisches Alignment.(Quelle: R. Himmelhan nach Vorgaben von P. Weber und H. Gollwitzer)
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Abb. 5a Auf der Abbildung ist der mechanische Einbau einer Knieprothese mit einem LDFW von 90° und die Position der Patella in Beugung abgebildet. b Kinematisch eingebaute Prothese mit einem LDFW von 87° mit der Patella in Beugung. Es zeigt sich, dass durch die valgische Rekonstruktion des LDFW die Patella in Beugung lateral weniger nach distal gedrückt wird als beim mechanischen Alignment.(Quelle: R. Himmelhan nach Vorgaben von P. Weber und H. Gollwitzer)