Endoprothesen: ein Schritt zur freien und leichten Bewegung

Gelenke können plötzlich oder schleichend ihre natürliche Funktion verlieren, sei es nach Unfällen, durch Krankheiten oder Abnutzung. In diesen Fällen können künstliche Gelenke implantiert werden – Endoprothesen. Als Gelenkersatz sollen sie so lange wie möglich im Körper verbleiben. Sie sind Garant für eine bessere Lebensqualität und Bewegungsfreiheit.

Künstliche Gelenke – Endoprothesen – werden dort im Körper eingesetzt, wo natürliche Gelenke nicht mehr ausreichend und schmerzfrei ihre natürliche Funktion ausüben können. Am häufigsten werden Endoprothesen der Bereiche Knie, Hüfte und Sprunggelenk implantiert. Laut des Statistischen Bundesamts Destatis gehört der endoprothetische Gelenkersatz mit über 238.000 transplantierten Hüft-Endoprothesen und knapp 192.000 Knie-Endoprothesen in Deutschland im Jahr 2017 zu den häufigsten Operationen überhaupt. Demzufolge hat sie sich in Deutschland bereits als Routineverfahren etabliert, gestützt durch Forschung und Studien. Die Tendenz ist steigend, da die Menschen immer älter und aktiver werden. Weiterhin gibt es Endoprothesen für Hand- und Fußgelenke, Schulter und Wirbelsäule. Implantiert werden können entweder Teil- oder Totalendoprothesen. Während bei einer Teilendoprothese nur ein bestimmter Teil des betroffenen Gelenks ersetzt wird, ist es bei der Totalendoprothese das komplette Gelenk. Welche dieser beiden Endoprothesenarten für den Patienten letztendlich am geeignetsten ist, ist abhängig von Vorerkrankungen, Alter, Gewicht, körperlicher Aktivität, Knochendichte beziehungsweise -qualität des Patienten und davon, ob er oder sie Allergien gegen Metalle aufweist.

Gesundheitliche Risiken können sowohl während eines Eingriffs, wie zum Beispiel das ungewollte Verletzen der Nerven und Muskeln, als auch nach der Implantation, wie zum Beispiel Schwellungen, Infektionen und Thrombosen, auftreten. Selten, aber möglich, ist ein Beinlängenunterschied, der durch Einlagesohlen ausgeglichen werden muss. Angst vor der OP, einer Prothesenlockerung, dem Zerbrechen der Endoprothese im Körper, oder Ungewissheit in der Diagnosestellung aufgrund mangelnder Arztbesuche – aus diesen und weiteren Gründen werden Eingriffe oft verschoben und müssen dann im allerletzten Moment durchgeführt werden, wenn Schmerzmittel nicht mehr ausreichend helfen. Ein weiterer Nachteil kann auftreten, wenn Beschichtungen von Implantaten, die speziell für Allergiker hergestellt worden sind, abreiben, sodass allergene Metalle, wie Chrom oder Kobalt, in Kontakt mit dem Gewebe tritt. Eine Lösung bieten hier intelligente Beschichtungen, ein dünner diamantähnlicher Überzug namens Diamond like Carbon (DLC) für Endoprothesen, das von Physikern der Universität Augsburg entwickelt worden ist. Im DLC eingebettet befinden sich Zinkoxid-Partikel. Da der pH-Wert der Wunde bei Infektionen sauer ist, setzen die Beschichtungen Zink-Ionen frei. Diese wirken auf Bakterien toxisch und tragen somit zur Heilung der Infektion bei. Die Gefahr einer Gewebeschädigung ist hier gering. Neben den Risiken bringen Endoprothesen jedoch auch viele Vorteile mit sich, die sich sowohl im Beruf, als auch im Haushalt und der Freizeit bemerkbar machen.

Möglichst lange im Körper verbleiben – das ist Ziel und Wunsch jedes Patienten, der eine Endoprothese als Gelenkersatz erhält. Damit dieses Ziel erfüllt wird, müssen Endoprothesen dementsprechend aufgebaut und beschaffen sein.

So bestehen zum Beispiel Hüftendoprothesen aus Hüftpfanne, Kugelkopf und Schaft. Der Kugelkopf wird auf der einen Seite auf den Schaft der Endoprothese aufgesetzt und bewegt sich auf der anderen Seite in der Pfanne. Er ist somit das Bindeglied zwischen Schaft und Pfanne der Hüftendoprothese. Des Weiteren gibt es einerseits eine zementfreie und zementierte Implantation, wobei erstere Variante am häufigsten eingesetzt wird. Bei beiden Arten der Implantation wird der Hüftschaft der Endoprothese in den ausgehöhlten Oberschenkelknochen eingesetzt und die Hüftpfanne in den Beckenknochen gepresst. Bei der zementfreien Variante kann der Knochen, ähnlich wie bei einer Bruchheilung, direkt in die raue Oberfläche der Endoprothese einwachsen. Der Vorteil besteht darin, dass eine Vollbelastung direkt nach der Operation möglich ist. Bei der zementierten Variante hingegen dient ein polymerisierter Kunststoff als Lastträger zwischen Endoprothese und natürlichem Knochen, wobei es zu einem Formschluss kommt. Dadurch kann die Endoprothese sofort stabil im Knochen verankert werden und bietet besonders bei Knochenstoffwechselstörung und Osteoporose Vorteile, da der natürliche Knochen nicht mehr in der Lage ist, das Implantat zu tragen.

Der Prothesenkopf ist aus Keramik, während das Inlay aus Polyethylen besteht, einem thermoplastischen Kunststoff als "Knorpel". Durch den Kunststoff ist das künstliche Gelenk gut beweglich und der Verschleiß wird minimiert. Meist sind Endoprothesen aus einer speziellen Metalllegierung hergestellt. Diese basiert auf Titan, Kobalt oder Chrom. Das Material, aus dem die Endoprothese besteht, muss für den Patienten verträglich sein. Hier sollten Allergien des Patienten ausgeschlossen werden, sodass Abstoßungsreaktionen vermieden werden. Prothesen aus Keramik haben zwar weniger Abrieb im Vergleich zu anderen Materialien. Dennoch besteht hier die Gefahr, dass sie, zum Beispiel bei Unfällen, beschädigt werden und die Splitter in den Körper des Patienten gelangen. Sie verfestigen sich im Gewebe und können vom Blut nicht abtransportiert werden. Die Folge sind nicht nur Schmerzen, die Patienten müssen eine bis mehrere Folgeoperationen auf sich nehmen, damit die einzelnen Prothesen-Splitter aus dem Körper entfernt werden. Nur wenn sich Endoprothesen gut mit dem Knochen verbinden, und ihr Material sicher und auf den Körper des Patienten abgestimmt ist, halten sie lange und sind belastbar.  

Forscher aus Bristol haben Studien zur Haltbarkeit durchgeführt. Hierzu haben sie Registerdaten aus mindestens 15 Jahren aus Australien, Finnland, Dänemark, Neuseeland, Norwegen und Schweden ausgewertet.

Für die Hüft-Totalendoprothesen haben die Forscher Ergebnisse von 92 Patientenserien analysiert. Aus diesen geht hervor, dass 215.000 Eingriffe 15 Jahre nach der Erstimplantation von Hüft-Totalendoprothesen, 73.000 Eingriffe nach 20 Jahren und 51.000 nach 25 Jahren stattgefunden haben. Zur Haltbarkeit ergab die Studie, dass 89 Prozent der Endoprothesen nach 15 Jahren, 70 Prozent nach 20 Jahren und 58 Prozent nach 25 Jahren noch intakt war. Noch besser waren hingegen die Ergebnisse bei Knie-Totalendoprothesen. Hier wurden 47 Patientenserien ausgewertet. Bei 299.000 Eingriffen hielt die Total-Endoprothese 15 Jahre, bei über 88.000 Eingriffen 20 Jahre und bei 76.000 Eingriffen 25 Jahre. Demzufolge zeigt die britische Studie, dass Gelenk-Endoprothesen bis zu 25 Jahre halten können.

Auch das EU-Projekt APRICOT setzt sich dafür ein, dass Implantate möglichst lange halten. Sie entwickeln ein neues biokompatibles Implantat. "Der disruptive Ansatz besteht darin, dass das Implantat einfach und ohne Kollateralschäden implantiert werden kann. Dadurch wird der Erhalt und der mechanische Schutz des geschädigten Gelenkgewebes mit dem Potenzial zur Selbstheilung möglich", sagt Dr. Oliver Schwarz, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA.

Eine Implantation von Endoprothesen birgt viele Risiken. Es kann auch nicht vorausgesagt werden, wie der Körper des Patienten die Endoprothese aufnimmt. Nicht immer ist eine Implantation notwendig und nicht immer sind Schmerzmittel ausreichend. Doch wer will nicht Marathon laufen nach einer Knie-OP, schmerzfrei gehen nach einer Hüft-OP, sich frei bewegen im Alltag, mobil sein ohne Schmerzen – künstliche Gelenke schaffen sowohl für junge als auch für ältere Menschen eine bessere Lebensqualität. Da die Medizintechnik, basierend auf Forschung, Studien und Digitalisierung, vom schnellen Fortschritt geprägt ist, werden Risiken in Zukunft mit Sicherheit minimiert und Endoprothesen noch länger haltbar sein.