Knieprothese (Künstliches Kniegelenk)


Eine Knieprothese, auch Kniegelenksprothese, bezeichnet den vollständigen oder teilweisen Ersatz eines verschlissenen menschlichen Kniegelenks durch ein künstliches Gelenk. Diese Endoprothese ist von einer Exoprothese zu unterscheiden, bei der es sich um einen Ersatz für ein fehlendes Gliedmaß handelt, wie z.B. eine Beinprothese bei Beinamputierten.

Knieprothese
Knieprothese © alexonline / Fotolia

Was ist eine Knieprothese und wozu dient sie?

Je nachdem, ob das Gelenk teilweise oder ganz ersetzt wird, unterscheidet man daher grundsätzlich zwischen

  • Teilprothese (einseitige Schlittenprothese): Nur ein Teil des Kniegelenks wird ersetzt, das restliche Gelenk bleibt erhalten
  • Total-Endoprothese (Knie-TEP): Das gesamte Gelenk wird entfernt und durch eine Prothese ersetzt

Ob ein vollständiger Gelenkersatz notwendig ist oder eine Teilprothese ausreicht, hängt vom Einzelfall ab. Die meisten Patienten erhalten eine Knie-TEP – nur bei rund 5-10 % der Patienten verspricht die schonendere Schlittenprothese Erfolg. Ziel des Eingriffs ist immer, die Schmerzen des Patienten zu reduzieren und seine Mobilität wiederherzustellen. Die meisten Patienten, denen eine Knieprothese eingesetzt wird, sind bei der Erstimplantation zwischen 60 und 70 Jahren alt.

Diese sogenannte Endoprothese wird normalerweise nur dann implantiert, wenn die Funktionalität des eigenen Kniegelenks dauerhaft gestört oder die Beweglichkeit durch starke Schmerzen eingeschränkt ist und konservative Behandlungsmöglichkeiten erfolglos blieben. Konservative gelenkerhaltende Therapiemaßnahmen sind etwa schmerz- und entzündungshemmende Medikamente oder knorpelstützende Substanzen. In über 95% der Fälle ist eine schwere Kniegelenksarthrose, d.h. verschlissener Gelenkknorpel, Grund für den Einsatz eines künstlichen Gelenks. Auch Arthritis kann den Einsatz eines künstlichen Kniegelenks notwendig machen.

Inzwischen gehört die Implantation einer Knieendoprothese zu den häufigsten Eingriffen in der Orthopädie. So werden allein in Deutschland jedes Jahr rund 165.000 künstliche Kniegelenke von Endoprothetik-Spezialisten implantiert.

In Deutschland wird die Knie-TEP nach der Hüft-TEP am häufigsten implantiert. Jährlich werden ungefähr 150.000 Knie-TEP durchgeführt. Erfahrene Chirurgen für die Implantation einer Knie-TEP finden Sie hier.

Materialien: Daraus besteht eine Knieendoprothese

Die bei einer Knieendoprothese verwendeten Materialien müssen verschiedene Kriterien erfüllen, damit die Prothese möglichst lang und beschwerdefrei erhalten bleibt. Zu bedenken ist auch, dass es sich um eine körperfremde Substanz handelt, die der Körper tolerieren muss. Der Patient muss daher zuvor auf eventuelle Unverträglichkeiten geprüft werden.

Das Material muss selbstverständlich korrosionsbeständig sein und den im Körper auftretenden Belastungen widerstehen können. Beim Aneinanderreiben der Gleitpaare der Knieprothese darf kein Abrieb entstehen.

Im Allgemeinen kommen bei einer Knieprothese daher folgende spezielle Materialien zur Anwendung:

  • Metall-Legierungen
  • Kunststoffe (Polymere)
  • Keramik

Zu den Metallen, die bei einer Knieprothese am meisten eingesetzt werden, gehören Kobalt-Chrom-Legierungen. Bei Patienten mit einer Metallallergie, zum Beispiel einer Nickelallergie, werden auch Titanlegierungen verwendet. Die Gleitkomponenten einer Knieprothese bestehen in der Regel aus Spezialkunststoffen wie etwa Polyethylen.

Knieendoprothese
Moderne Knieprothese (links) und Hüftprothese © Monstar Studio / Fotolia

Komponenten einer Knieprothese: Aufbau eines künstlichen Kniegelenks

Jede Knieprothese setzt sich aus mindestens drei Komponenten zusammen, die bei der Implantation einer Knieprothese stets ausgetauscht werden müssen:

  • einem Oberschenkelanteil (Femurkomponente),
  • einem Schienbeinanteil (Tibiakomponente) und
  • einer Kunststoffauflage, die auf dem Schienbeinanteil aufliegt.

Der Oberschenkelanteil der Knieprothese, der auch als Oberschenkelkomponente oder Femurkomponente bezeichnet wird, besteht in der Regel aus einer Kobalt-Chrom-Legierung. Er ersetzt die abgenutzten Knorpeloberflächen der Oberschenkelknochenrolle (Kondyle).

Der Schienbeinanteil, auch Unterschenkelkomponente oder Tibiakomponente genannt, der die abgenutzten Gelenkflächen des Schienbeinkopfs ersetzt, besteht oft aus Titan. Auf ihm liegt eine Kunststoffauflage (Kunststoff-Inlay), meist aus abriebarmem Polyethylen, auf, die den Gelenkspalt ersetzt und als Gleitfläche dient.

Eine vierte mögliche Komponente einer Knieprothese stellt die künstliche Kniescheibe dar. Sie kommt aber eher selten zum Einsatz. Hierbei wird, falls notwendig, die abgenutzte Kniescheibenrückseite durch eine aus hartem Kunststoff bestehende Scheibe ersetzt.

Welche Knieprothesen gibt es?

Die Aufgabe einer Knieprothese ist es, die Form und Funktion des ursprünglichen Kniegelenks nachzuahmen. Da das körpereigene Gelenk stets die beste Option ist, werden bei der Operation die gesunden Abschnitte des Kniegelenks erhalten und nur die irreversibel zerstörten Teile durch eine metallische Oberfläche ersetzt.

Koppelung und Rotation (bearing)

Neben der Unterscheidung in teilweise und totale Endoprothesen ist auch der Grad der Funktionalität des künstlichen Kniegelenks von zentraler Bedeutung. Man spricht hier von der Koppelung: Sind die femorale und tibiale Prothesenkomponenten nicht mechanisch miteinander verbunden, sind sie ungekoppelt. In diesem Fall übernehmen die Bänder des Knies, vor allem die Kreuzbänder, die Koordination der Beuge- und Streckbewegung des Knies. Sind auch die natürlichen Bänder beschädigt, können die Prothesenteile teilweise (teilgekoppelt) oder vollständig (vollgekoppelt) miteinander verbunden werden.

Die Beweglichkeit eines künstlichen Kniegelenks nimmt mit der Zunahme des Koppelungsgrades ab.

Darüber hinaus kann man bei Knie-Endoprothesen noch zwischen fixed bearing und mobile bearing unterscheiden:

  • Beim fixed bearing wird das Kunststoffteil für die Gleitfläche (am Femur) fest mit der metallischen Komponente (am Tibia) verbunden. Dadurch kann sich das künstliche Knie nicht so gut um die eigene Achse drehen wie ein natürliches Kniegelenk.
  • Seit den späten 1970er Jahren kommen auch Endoprothesen mit einem mobile bearing zum Einsatz. Das ist ein bewegliches Gleitlager, das nicht nur einen größeren Bewegungsumfang erlaubt, sondern auch eine bessere Kraftübertragung bietet.

Jeder Knieprothesen-Typen- ob teilweise oder total, ob gekoppelt oder nicht, ist in unterschiedlichen Formen, Größen und Varianten erhältlich und kann individuell auf den jeweiligen Patienten zugeschnitten werden. Welches künstliche Kniegelenk letztlich zum Einsatz kommt, hängt unter anderem vom

  • Alter
  • Geschlecht
  • Gewicht
  • Körperbau
  • Gesundheitszustand,
  • Knochenqualität
  • körperlichen Aktivität
  • Lebensgewohnheiten des Betroffenen

ab.

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Teilweiser Gelenkersatz: Die einseitige Schlittenprothese

Beim einseitigen Oberflächenersatz – auch unikondyläre Schlittenprothese, Monoschlitten, Hemischlitten oder Uni-Knie genannt – handelt es sich um einen Teilersatz des Kniegelenks. Bei dieser kleinsten und einfachsten Variante einer Knieprothese wird nur eine Knochenrolle (Kondyle) des Oberschenkelknochens, also entweder der innere oder der äußere Teil des Kniegelenks, mit einem Oberflächenersatz überkront. Es handelt sich in der Regel um eine ungekoppelte Knieprothese, die lediglich den abgenutzten Knorpel ersetzt.

Eine solche einseitige, unikondyläre Schlittenprothese kommt nur dann infrage, wenn alle Bänder (etwa das Kreuzband) am Kniegelenk noch komplett erhalten und voll funktionsfähig sind und lediglich eine der beiden Knochenrollen, also entweder der innere oder äußere Bereich des Kniegelenks zwischen Ober- und Unterschenkelknochen, von einer Schädigung und Abnutzung des Gelenkknorpels betroffen ist. Dies ist beispielsweise bei einer einseitigen Abnutzung des Kniegelenkknorpels, wie sie bei O-Beinen vorliegt, möglich.

Die unikondyläre Schlittenprothese wird während der Operation, je nachdem, welche Seite des Kniegelenks ersetzt werden soll, entweder auf die innere oder auf die äußere Oberschenkelknochenrolle aufgesetzt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kniegelenks, also am Schienbeinplateau, werden ein Metallunterteil und Kunststoffblock angebracht, auf dem die Schlittenprothese, wie der Name schon sagt, beim Bewegen des Knies wie ein Schlitten hin und her gleitet.

Schlittenprothese
Schlittenprothese („Uni-Knie“)

Totale Knieendoprothese (TEP): Kompletter Oberflächenersatz des Kniegelenks

Eine totale Knieendeoprothese ersetzt das gesamte Kniegelenk. Bei dem Implantat handelt es sich um ein künstliches Scharniergelenk, das alle Aufgaben des ursprünglichen Gelenks erfüllen kann. Die TEP übernimmt auch die Funktion der Patella (Kniescheibe) als Umlenkrolle, wenn diese ebenfalls entfernt werden muss. Das Drehmoment des Oberschenkelstreckers bleibt erhalten und die komplexe Muskulatur des Oberschenkels kann ihre Aufgaben weiterhin erfüllen. Der komplexe Band- und Sehnenapparat bleibt bei bestimmten Prothesentypen erhalten. Er sichert wiederum die eingesetzte Knie-Endoprothese.

Die totale Knieprothese ist dabei genauso stabil wie das echte Kniegelenk und macht einen sicheren Stand bei gestreckten Beinen möglich.

Bei der TEP unterscheidet man weiter hinsichtlich des Koppelungsgrades und wie tief die Prothese im Knochen verankert wird.

Der un- oder teilgekoppelte bikondyläre Oberflächenersatz

Der komplette (bikondyläre) Oberflächenersatz – auch bikondyläre Schlittenprothese, Doppelschlitten oder Knie-TEP genannt – ist die am häufigsten eingesetzte Knieendoprothese. Es handelt sich hierbei um einen vollständigen Ersatz des Kniegelenks, bei dem alle Gelenkanteile, also die Gelenkflächen

  • der Oberschenkelknochen,
  • des Schienbeins und
  • gelegentlich sogar der Rückseite der Kniescheibe

mit einem Oberflächenersatz überkront und so künstlich ersetzt werden.

Die Voraussetzung für den Einsatz einer solchen bikondylären Schlittenprothese ist normalerweise, dass die natürlichen Bänder des Knies erhalten sind. So kann eine bikondyläre Knieendoprothese etwa dann zum Einsatz kommen, wenn das vordere Kreuzband zwar beschädigt ist, die anderen Bänder aber noch ausreichend funktionsfähig sind. Es handelt sich dabei dann, je nachdem, um einen ungekoppelten oder teilgekoppelten Oberflächenersatz.

Ist weder das hintere noch das vordere Kreuzband erhalten, kann eine sogenannte posterior stabilisierte Prothese – auch PS-Knie genannt – eingesetzt werden. Diese Knieprothese übernimmt die Funktionen der Kreuzbänder, indem sie das Schienbein bei zunehmender Bewegung nach vorne bzw. den Oberschenkelknochen nach hinten zwingt.

Totale Knieendoprothese (TEP)
Totale Knieendoprothese (TEP) © Alexandr Mitiuc / Fotolia

Vollgekoppelte achsgeführte Knieendoprothese

Ist der gesamte Gelenkapparat irreversibel zerstört, kommt eine vollgekoppelte achsgeführte Knieendoprothese infrage. Dabei handelt es sich um einen vollständigen Gelenkersatz mit Achsführung. Meist kommt eine solche achsgeführte Knieprothese mit langem Stiel zur tiefen Verankerung im Knochen heutzutage bei einer Revisionsoperation (Knierevision) zum Einsatz, wenn die erste Knieendoprothese versagt hat und durch ein neues Kniegelenk ersetzt werden muss.

Eine gestielte, achsgeführte Knieprothese übernimmt die Stabilisierung des Kniegelenks in der Längsachse des Beins. Sie verhindert also eine seitliche Verschiebung des Unterschenkelknochens gegenüber dem Oberschenkelknochen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Einzelteile der Kniegelenksprothese teilweise oder komplett wie ein Scharnier gekoppelt sind.

Die Nachteile einer achsgeführten Knieprothese gegenüber der unikondylären und der bikondylären Schlittenprothese bestehen darin, dass ihre Haltbarkeit kürzer und die Beweglichkeit des Knies geringer ist.

Beim vollständigen Oberflächenersatz mit Achsführung stehen mit der achsgeführten Rotationsprothese und dem achsgeführten Knie zwei verschiedene Varianten zur Verfügung:

  • Achsgeführte Rotationsprothese (Rotating Hinge): Wenn sowohl die Kreuzbänder als auch die Seitenbänder beschädigt sind, der Muskelapparat und die Gelenkkapsel aber noch intakt sind. Sie stabilisiert das Kniegelenk sowohl nach vorne und hinten, als auch nach links und rechts und ermöglicht weiterhin eine Außendrehung des Fußes.
  • Achsgeführtes Knie: Wenn nicht nur der Bandapparat, sondern auch die Gelenkkapsel und der Muskelapparat beschädigt sind. Es stabilisiert das Kniegelenk, indem es zusätzlich das Drehen des Fußes einschränkt.

Wie wird ein künstliches Kniegelenk im Knochen verankert?

Die einzelnen Komponenten des neuen Kniegelenks müssen mit den körpereigenen Knochen des Knies verbunden, sprich verankert, werden. Je nachdem, auf welche Art und Weise diese Verankerung stattfindet, unterscheidet man drei Arten von Knieprothesen:

  • die zementierte Knieprothese,
  • die zementfreie Knieprothese und
  • die Hybrid-Knieprothese.

Welche Art der Verankerung ausgewählt wird, hängt dabei unter anderem von der Knochenqualität, der körperlichen Aktivität, dem Alter und dem Gesundheitszustand des jeweiligen Patienten ab.

Knieprothese
Röntgenbild kurz nach der Knie-Operation mit sichtbaren Nahtklammern © LittleSteven65 / Fotolia

Zementierte Knieprothese: Verankerung mit Knochenzement

Bei der zementierten Knieprothese werden die einzelnen Komponenten des künstlichen Kniegelenks mithilfe von sogenanntem Knochenzement an den körpereigenen Oberschenkel- und Schienbeinknochen fixiert. Bei diesem Knochenzement handelt es sich um einen speziellen, besonders schnell aushärtenden und antibiotikahaltigen Kunststoff (Polymethylmetacrylat), der die Knochen und die Knieprothese fest miteinander verbindet.

Die zementierte Knieendoprothese ist die am häufigsten verwendete und am weitesten verbreitete Variante zur Verankerung eines künstlichen Kniegelenks. Sie kommt immer dann zum Einsatz, wenn die Knochenqualität eines Patienten derart vermindert ist, dass eine zementfreie Knieprothese nicht mehr infrage kommt. Eine zementierte Kniegelenksprothese kann sehr bald nach der Implantation voll belastet werden und ermöglicht die größtmögliche Stabilität des Kniegelenks.

Zementfreie Knieprothese: Verankerung mit Presssitz

Bei der zementfreien Knieprothese werden die einzelnen mit einer speziellen Beschichtung versehenen Komponenten des künstlichen Kniegelenks in die körpereigenen Oberschenkel- und Schienbeinknochen eingepresst und verklemmt. Die körpereigenen Knochen werden hierfür vor der Implantation der Knieendoprothese durch Sägeblöcke präpariert. So wird eine sofortige feste Verklemmung und Stabilität der Endoprothese im Knochen durch den sogenannten Presssitz gewährleistet.

Langfristig soll der körpereigene Knochen an der Oberfläche der Knieprothese anwachsen und das künstliche Kniegelenk so dauerhaft fixieren. Die spezielle Beschichtung auf den künstlichen Gelenkstrukturen hat deshalb eine besonders poröse und große Oberfläche, die ein Anwachsen der körpereigenen Oberschenkel- und Schienbeinknochen begünstigt. Bis dies geschehen ist, wird die Knieendoprothese durch den Presssitz in Position gehalten.

Die Voraussetzung für gute Langzeitergebnisse nach der Implantation einer zementfreien Knieendoprothese ist eine gute Knochenqualität und Knochensubstanz, die ein Einwachsen des Knochens in die spezielle Beschichtung des künstlichen Kniegelenks ermöglicht. Die zementfreie Knieendoprothese wird daher hauptsächlich bei sehr jungen Patienten erwogen. Nach der Implantation kann die Prothese sofort belastet werden.

Hybrid-Knieprothese

Bei der Hybrid-Knieprothese handelt es sich um eine Kombination aus zementierter und zementfreier Knieendoprothese. Der Schienbeinanteil (Tibiakomponente) des neuen Kniegelenks wird dabei mit Knochenzement am Schienbeinkopf verankert bzw. zementiert, während der Oberschenkelanteil (Femurkomponente) zementfrei im Oberschenkelknochen verklemmt wird. Auch bei dieser Variante der Verankerung kann das künstliche Kniegelenk nach der Implantation voll belastet werden.

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Knie-OP zur Implantation einer Knieprothese

Ablauf des Eingriffs

Die Operation zur Implantation einer Knieprothese kann unter Vollnarkose oder Spinalanästhesie durchgeführt werden. Der Chirurg eröffnet mit einem langen Schnitt das Knie, um Zugang zum Gelenk zu erhalten. Die Muskulatur, die Kniescheibe und, wenn möglich, auch Sehnen und Bänder schiebt er beiseite, um sie zu erhalten. Mit speziellen Instrumenten kann er nun die zerstörten oder erkrankten Knorpelanteile an den Gelenkflächen entfernen.

Erst jetzt fällt die endgültige Entscheidung über die Art der einzusetzenden Prothese. Der Operateur bereitet die Knochen vor und setzt Probeprothesen an, um zu prüfen, welche Form und Art den größten Erfolg versprechen. Das hängt unter anderem vom Schweregrad der Erkrankung, aber auch vom Zustand der Knochen des Patienten ab.

Für eine einseitige Schlittenprothese muss das restliche Gelenk über intakten Knorpel und einen intakten Kapsel-Band-Apparat verfügen. Nur so ist gewährleistet, dass das Gelenk nach der Operation volle Funktionalität entwickeln kann. In diesem Fall ersetzen die Chirurgen nur die innen- oder außenseitige Hälfte des Kniegelenks.

Bei einer Oberflächenprothese werden zwei künstliche Gelenkflächen aus einer Metalllegierung auf die Knochen aufgesetzt. Häufig kommt zur Fixierung Knochenzement zur Anwendung, eine zusätzliche Verankerung durch kleine Keile, die in beide Knochen eingesetzt werden, ist auch möglich. Dafür müssen Oberschenkelknochen und Schienbein teilweise entkernt werden. In diese Löcher im Knochen kann der Arzt dann die Prothese einsetzen und dann mit Knochenzement befestigen.

Stehen keine gesunden Bänder mehr zur Verfügung, ist eine achsgeführte Knie-Endoprothese notwendig. Diese wird ebenfalls in die teilweise entkernten Knochen eingesetzt und zur besseren Fixierung zementiert. Die eingeführten Keile sind aber deutlich länger als bei der Oberflächenprothese, um zusätzliche Stabilität zu erreichen. Die beiden Prothesenteile sind außerdem beweglich miteinander verbunden (gekoppelt), um ein seitliches Verrutschen zu verhindern.

Am Ende des Eingriffs legen die Chirurgen die zuvor beiseite geschobenen Strukturen, etwa die Muskulatur, wieder an Ort und Stelle und vernähen den OP-Schnitt.

Welche Risiken gibt es?

Neben allgemeinen Operationsrisiken wie Thrombosen, Infektionen, Schwellungen und Schmerzen können nach der Implantation eines künstlichen Kniegelenks auch Komplikationen auftreten, die speziell das künstliche Kniegelenk betreffen. So können dicke Vernarbungen zu Bewegungseinschränkungen führen.

Bildet sich eine Infektion direkt an der Prothese, muss sie mit Antibiotika behandelt werden, um einer Ausbreitung der Entzündung vorzubeugen. Führt die Behandlung nicht zum Erfolg, muss die Prothese im schlimmsten Fall im Rahmen eines Revisionseingriffs zunächst wieder entfernt werden, damit das Gelenk ausheilen kann.

Langfristig können sich Prothesen auch lockern und müssen daher ausgetauscht werden.

Daher gilt: Patienten sollten bewusst mit ihrer Prothese umgehen und bedenken, dass sie auch Grenzen hat. Vermeiden Sie es daher, schwere Lasten zu heben und setzen Sie Ihre gymnastischen Übungen regelmäßig fort. Außerdem sollten Sie auf belastende Sportarten wie Tennis, Fußball, Joggen oder Reiten verzichten.

Insgesamt jedoch ist der Einsatz eines künstlichen Kniegelenks ein sehr sicherer Eingriff.

Revisions-Operation: Austausch einer Prothese

Beim Prothesenwechsel der Knieprothese handelt es sich um den operativen Austausch einzelner Komponenten des zuvor implantierten künstlichen Kniegelenks oder der gesamten zuvor implantierten Prothese.

Die Lebensdauer für eine Knie-TEP aus modernen körperverträglichen Metalllegierungen liegt derzeit zwischen 15 und 20 Jahren.

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Knie-Reha nach der Implantation einer Knieendoprothese

An die Operation zur Implantation einer Knieprothese schließt sich in der Regel ein stationärer Krankenhausaufenthalt von etwa ein bis zwei Wochen an. Solange dauert es etwa, bis die oberflächliche Wundheilung abgeschlossen ist.

Die Mobilisation und Rehabilitation des künstlichen Kniegelenks beginnt möglichst frühzeitig bereits im Krankenhaus. So wird etwa am ersten bis dritten Tag nach der Operation, sobald die Wunddrainage entfernt wurde, mit Bewegungsübungen unter Anleitungen eines Physiotherapeuten begonnen. Diese erfolgen zunächst unter Verwendung von Unterarmgehstützen oder eines Gehwagens und dienen der Förderung des Muskelaufbaus und der Beweglichkeit.

Gehhilfe nach Knie-OP
© Michael Eichler / Fotolia

Nach dem etwa zweiwöchigen Krankenhausaufenthalt beginnt die Anschlussheilbehandlung. Diese erfolgt im Rahmen einer drei- bis vierwöchigen Rehabilitationsmaßnahme, die sowohl stationär in einer oft von den Operateuren mitbetreuten Rehabilitationsklinik oder ambulant in einer speziell dafür ausgestatteten Rehabilitationseinrichtung erfolgen kann. Ziel der Anschlussheilbehandlung ist vor allem der Aufbau der Muskulatur und die Steigerung der Mobilität des Patienten. Eine ambulante Weiterführung der Knie-Reha nach Abschluss der vierwöchigen Rehabilitationsmaßnahme in Form von Krankengymnastik ist ratsam.

Etwa vier bis sechs Wochen nach der Operation ist das operierte Kniegelenk wieder voll belastbar und schmerzfrei. Normales Gehen mit der Knieprothese und die Aufnahme sportlicher Aktivitäten sind etwa drei Monate nach der Operation möglich. Allerdings sollten Sportarten mit häufigen Stoßbelastungen oder Belastungen mit abruptem Richtungswechsel vermieden werden. Hierzu gehören etwa

  • Joggen
  • Ballspiele
  • Kampfsportarten
  • Tennis
  • Alpinski

Besser geeignet sind dagegen gelenkschonende Sportarten wie Nordic Walking, Schwimmen, Radfahren und Skilanglauf.