Von Asheesh Bedi, MD
John Klimkiewicz schneidet in beide Seiten von Shannon McMillans rechtem Bein und zieht ihre Kniescheibe zurück. „Es ist ein Junge“, scherzt der Chirurg des Georgetown University Hospital, als er das Knie öffnet und Knochen und Knorpel freilegt. Das rutschige Bindegewebe, das die Enden von McMillans Knochen bedeckt und als Stoßdämpfer wirkt, hat sich an drei Stellen abgenutzt und Läsionen oder Löcher hinterlassen. Ohne diese dünne Knorpelschicht, die eine reibungslose Bewegung des Gelenks ermöglicht, führt die Knochen-auf-Knochen-Wirkung zu Schmerzen und Arthritis.
Diese Operation ist ein langer Schuss, um diesen Prozess zu stoppen. Auf einem Tisch in der Nähe sitzen zwei Fläschchen mit Knorpelzellen, von denen McMillan, 39, glaubt, dass sie die beste Hoffnung bieten, einen vollständigen Knieersatz zu vermeiden. Die Hoffnungen von Legionen von Wochenendsportlern auf eine lange, aktive Zukunft können auf dem Verfahren beruhen.
Klimkiewicz entfernt alle Knorpelreste in den Löchern. Als nächstes schnitzt er drei Membranflecken aus McMillans linkem Schienbein und näht sie über die Läsionen in ihrem rechten Knie. Er wird diese Membran als Pflaster verwenden, um die neuen Knorpelzellen an Ort und Stelle zu halten. Er injiziert die Zellen in eine winzige Öffnung in den drei Patches, schließt die Löcher und klebt die Kanten ein. Schließlich bewegt er ihre Kniescheibe in eine Position, in der sie nicht am neuen Knorpel reibt, bohrt Schrauben in McMillans Knochen, um sie zu sichern, und näht — drei Stunden nach dem ersten Schnitt — ihr Knie zusammen.
Ein Ansatz zum Knieknorpelersatz
Jedes Jahr werden Hunderttausende Amerikaner operiert, um gerissenen Knieknorpel zu reparieren. „Reparatur“ bedeutet normalerweise, beschädigten Knorpel zu rasieren. Aber einige jüngere, gesündere Patienten versuchen Knorpelersatz, eine experimentellere Therapie. Eine Ersatzmethode besteht darin, neue Knorpelzellen aus denen im Körper des Patienten zu züchten und sie in das Knie zu transplantieren.
Techniken zur Reparatur von Knieknorpel
In den letzten 20 Jahren haben Forscher und Chirurgen Fortschritte bei der Reparatur und Wiederherstellung von Knieknorpel gemacht, aber es gibt keine narrensichere Methode. Optionen für die Knorpelreparatur umfassen:
Rasieren oder Debridement: Eine der häufigsten Behandlungen für Knorpeldefekte, die nicht bis zum Knochen abgenutzt sind. Mit einem bleistiftdünnen Instrument namens Arthroskop, das durch einen kleinen Einschnitt in das Knie eingeführt wird, rasiert und glättet ein Chirurg geschredderten oder ausgefransten Knorpel. Debridement wird oft in Kombination mit anderen Behandlungen angewendet. Da die Technik die zugrunde liegenden Verletzungsursachen nicht behebt, können die Symptome zurückkehren.
Erfolgsquote*: 75 Prozent
Mikrofraktur oder Abrasion: Häufig bei Patienten mit Knorpelschäden bis hin zum Knochen. Chirurgen verwenden arthroskopische Werkzeuge, um den beschädigten Bereich zu kratzen und Blutungen des Knochens zu erzeugen. Kleine Löcher werden dann in den Defekt aufgenommen, so dass Blutgefäße und Knochenmarkszellen mit der Verletzung in Kontakt kommen können. Knochenmark füllt den Defekt, der schließlich zu Narbenknorpel reift. Wird oft als First-Line-Technik verwendet.
Vorteile: Die Operation wird arthroskopisch durchgeführt. Relativ schnelle Erholung (sechs bis neun Monate) und kostengünstig.
Nachteile: Laut Kai Mithoefer, klinischer Ausbilder für Orthopädie an der Harvard Medical School und Autor mehrerer wegweisender Studien zur Knorpelreparatur, haben 40 bis 70 Prozent der Patienten nach einer anfänglichen Zunahme eine abnehmende Kniefunktion, und die Operation hat unvorhersehbare Ergebnisse für größere Defekte.
Erfolgsquote: 65 bis 80 Prozent.
Autologe Chondrozytenimplantation (ACI): Knorpelzellen werden arthroskopisch aus dem verletzten Knie entfernt und außerhalb des Körpers in einer Gewebekultur gezüchtet. Nach etwa vier Wochen werden die Zellen in den Defekt implantiert. Im Laufe der Zeit wachsen die Zellen, um den Defekt mit einer neuen Knorpeloberfläche zu füllen. Im Allgemeinen empfohlen für Defekte über 200 Millimeter, wenn kein Knorpelverschleiß um den Defekt herum vorliegt.
Vorteile: Viele Forscher sagen, dass die Technik normalen Hyalinknorpel produziert. Es wird oft verwendet, nachdem andere Techniken versagt haben und hat eine gute Haltbarkeit.
Nachteile: Erfordert große Schnitte, eine zweistufige Technik, hat eine langsame Erholung (12 bis 18 Monate) und ist teuer.
Erfolgsquote: 70 bis 90 Prozent.
Osteochondraler Autotransplantat-Transfer (OATS): Chirurgen entnehmen einen Knorpelstopfen des Patienten aus einem Teil des Knies, der beim Gehen kein Gewicht trägt, und transplantieren ihn in den verletzten Teil des Knies.
Vorteile: Es wird normaler Hyalinknorpel mit einer relativ kurzen Erholung (vier bis acht Monate) verwendet. Relativ kostengünstig, und langfristige haltbarkeit ist gut.
Nachteile: Die Operation eignet sich am besten zur Behebung kleinerer Defekte (weniger als 4 Zentimeter). Norman Marcus, ein orthopädischer Chirurg aus Springfield, der verschiedene Arten von Knorpelreparaturoperationen durchführt, beschreibt dies als „Peter auszurauben, um Paul zu bezahlen.“
Erfolgsquote: 75 bis 95 Prozent bis zu 10 Jahren.
Autologe Chondrozytenimplantation (ACI): Knorpelzellen werden dem verletzten Knie arthroskopisch entnommen und außerhalb des Körpers in einer Gewebekultur gezüchtet. Nach etwa vier Wochen werden die Zellen in den Defekt implantiert. Im Laufe der Zeit wachsen die Zellen, um den Defekt mit einer neuen Knorpeloberfläche zu füllen. Im Allgemeinen empfohlen für Defekte über 200 Millimeter, wenn kein Knorpelverschleiß um den Defekt herum vorliegt.
Vorteile: Viele Forscher sagen, dass die Technik normalen Hyalinknorpel produziert. Es wird oft verwendet, nachdem andere Techniken versagt haben und hat eine gute Haltbarkeit.
Nachteile: Erfordert große Schnitte, eine zweistufige Technik, hat eine langsame Erholung (12 bis 18 Monate) und ist teuer.
Erfolgsquote: 70 bis 90 Prozent.
Osteochondraler Autotransplantat-Transfer (OATS): Chirurgen nehmen einen Pfropfen des Knorpels des Patienten aus einem Teil des Knies, der beim Gehen kein Gewicht trägt, und transplantieren ihn in den verletzten Teil des Knies.
Vorteile: Es wird normaler Hyalinknorpel mit einer relativ kurzen Erholung (vier bis acht Monate) verwendet. Relativ kostengünstig, und langfristige haltbarkeit ist gut.
Nachteile: Die Operation eignet sich am besten zur Behebung kleinerer Defekte (weniger als 4 Zentimeter). Norman Marcus, ein orthopädischer Chirurg aus Springfield, der verschiedene Arten von Knorpelreparaturoperationen durchführt, beschreibt dies als „Peter auszurauben, um Paul zu bezahlen.“
Erfolgsquote: 75 bis 95 Prozent bis zu 10 Jahren.
Osteochondrale Allotransplantation: Chirurgen entnehmen einem Kadaver einen Knorpelpfropfen.
Vorteile: Bevorzugt für tiefe, große Defekte.
Nachteile: Große Inzision notwendig, Potenzial für Krankheitsübertragung aus Leichengewebe, Knorpelzellen müssen schnell aus Leichen übertragen werden, lange Wartezeiten für Gewebe, hohe Kosten, abnehmende Erfolgsrate im Laufe der Zeit und langsame Genesung (mehr als 12 Monate).
Erfolgsquote: 95 Prozent nach fünf Jahren, 71 Prozent nach 10 Jahren, 66 Prozent nach 20 Jahren.
* Chirurgische Erfolgsraten spiegeln im Allgemeinen eine Verbesserung des Schmerz- und Aktivitätsniveaus wider.
Zurück zu Shannon McMillan. Zwei Tage später, Ihr Knie in Bandagen gehüllt, McMillan trägt den geballten Kiefer von jemandem, der Schmerzen hat. Aber sie ist optimistisch, dass sich die mühsame Erholung auszahlen wird.
„Ich werde tun, was immer nötig ist“, sagt der Busfahrer der Prince William County Public Schools und Mutter von vier Kindern. „Ich werde mich am ersten Morgen, wenn ich aufwache, so erleichtert fühlen und keine Schmerzen in meinem Knie spüren. Es wird wie das erste Mal sein, dass Ihre Kinder die Nacht durchschlafen.“
In den letzten zwei Jahrzehnten haben Chirurgen einst unvorstellbare Möglichkeiten entwickelt, Knorpel zu ersetzen, der durch Alter, Überbeanspruchung oder Trauma abgenutzt ist: gesunde Zellen von Patienten und Leichen zu kultivieren, sie wieder in das Knie zu stecken und sie zum Wachsen anzuregen. Aber obwohl das Feld schnell voranschreitet, haben Wissenschaftler noch keinen Weg gefunden, im Labor gewachsenen Knorpel die Haltbarkeit und Elastizität des ursprünglichen Materials zu geben. Und manchmal binden die neuen Zellen nicht an den Knochen oder haften an dem Knorpel, der bereits da ist.
Das hat den Knorpelersatz bisher nur für eine relative Handvoll Patienten zu einer Option gemacht: Diejenigen, die nur begrenzte Schäden haben, sind jung genug (normalerweise jünger als 50), um keine weit verbreitete Arthritis zu haben, und haben zuerst andere Mittel ausprobiert. Aber wenn Forscher die technologischen Probleme lösen können, könnten Ärzte praktisch sicher sein, dass sie viele Knie haben, mit denen sie arbeiten können.
Jedes Jahr werden Hunderttausende Amerikaner wegen gerissenem oder beschädigtem Knieknorpel operiert: Für 150.000 bis 200.000 von ihnen ist die Operation eine Form der Knorpelreparatur. Aber „Reparatur“ — meistens das Rasieren von Ecken und Kanten – hinterlässt weniger Knorpel und die Wahrscheinlichkeit, dass der Schmerz irgendwann wiederkehrt. Etwa 500.000 benötigen einen totalen Knieersatz. Ein Ersatz kann Schmerzen lindern, aber ein künstliches Gelenk hält im Allgemeinen nicht länger als 20 Jahre und kann oft nicht mit der Flexibilität oder dem Bewegungsumfang des Originals mithalten. Etwa 21 Millionen Amerikaner haben Osteoarthritis. Im Moment sind sie keine Kandidaten für die Knorpelimplantation — Gelenkentzündung begrenzt Knorpelregeneration, und Zellen wachsen nicht so gut nach dem Alter von 50 — aber Forscher sagen, dass sich das innerhalb des nächsten Jahrzehnts ändern könnte. Knorpelimplantation wird nicht die Notwendigkeit für Knieersatz beseitigen, aber es könnte arthritischen Patienten mehr Zeit kaufen.
Ein umstrittenes Feld
Eine Methode, die an Boden gewinnt, ist McMillans Chirurgie, autologe Chondrozytenimplantation oder ACI, die erstmals in Schweden in den frühen 90er Jahren entwickelt wurde. Techniker verwenden ein paar Zellen aus dem verletzten Knie eines Patienten, um Millionen neuer Zellen im Labor zu züchten. Nach etwa vier Wochen Wachstum können die Zellen in das Knie implantiert werden, wo sie mit dem Knochen und der Membran reagieren, um den beschädigten Bereich auszufüllen. In den Vereinigten Staaten ist Genzyme das einzige Unternehmen, das berechtigt ist, die Zellen zu züchten und ein Produkt namens Carticel herzustellen. Etwa 13.000 US-Patienten hatten Kartikelimplantate. Die Erfolgsraten liegen laut Genzyme zwischen 70 und 90 Prozent. Etwa 15 Prozent der Patienten haben ein Überwachsen der implantierten Zellen, was zu Knieschmerzen oder Beschwerden führen kann. Das Mittel ist eine zweite Operation – die diesmal nur einen winzigen Einschnitt erfordert -, um zusätzlichen Knorpel zu rasieren. Etwa 16 Prozent der Patienten erleben Kniesteifigkeit oder Schmerzen, nach Angaben des Unternehmens.
Aber das $ 35.000 Carticel-Verfahren ist umstritten und nicht immer versichert. Einige Chirurgen und Forscher sagen, dass weniger kostspielige, weniger invasive Verfahren genauso gut funktionieren. Aber die Forschung in diesem Bereich ist widersprüchlich und die Qualität der Studien im Allgemeinen schlecht, sagen Experten.
McMillans Knie-Saga begann im Januar: Als sie sich bückte, blockierte sich ihr Knie und sie konnte nicht mehr aufstehen. Im Februar, Sie wurde operiert, um ihre Kniescheibe neu auszurichten; das machte die Sache noch schlimmer, Sie sagt. Sie sah drei orthopädische Chirurgen, bevor sie sich für eine Knorpeltransplantation entschied.
„Meine einzige andere Option“, sagt McMillan, „war ein Knieersatz. Ich hatte alles zu gewinnen und nichts zu verlieren.“
Klimkiewicz, der etwa 15 ACI-Operationen pro Jahr durchführt und von Genzyme bezahlt wurde, um über das Verfahren zu referieren, sagte, es sei wichtig für Chirurgen, die richtigen Patienten auszuwählen und Knieausrichtungsprobleme oder Risse des Meniskus — gummiartige Polsterung auf beiden Seiten des Gelenks — gleichzeitig zu beheben. Aber für den richtigen Patienten, sagt er, hat er gute Ergebnisse gesehen.
„Für die größten Läsionen, für die schlimmsten, ist Carticel das Beste“, sagt Klimkiewicz.
Die Forschung stützt diese Behauptung nicht immer. Im Jahr 2004 veröffentlichte ein Team norwegischer Forscher eine Studie, in der sie nach zwei Jahren keinen signifikanten Unterschied in den Ergebnissen zwischen ACI-Patienten und Patienten mit Mikrofraktur feststellten, einem billigeren, weniger invasiven und häufigeren Verfahren, bei dem Chirurgen winzige Knochenbrüche erzeugen, um die Entwicklung neuer Knorpel zu fördern.
Lars Engebretsen, Professor für Orthopädie an der Universität Oslo und einer der Autoren der Studie, sagt, dass die im Oktober veröffentlichten fünfjährigen Follow-up-Ergebnisse mit früheren Ergebnissen übereinstimmen.
„Es gibt immer noch keinen Unterschied zwischen den beiden Techniken, aus jedem Blickwinkel“, sagt Engebretsen.
Ein weiterer Anwärter
Das Mikrofrakturverfahren wurde Ende der 1980er Jahre von Richard Steadman in Colorado entwickelt. Heute ist ein Team von Chirurgen in der Steadman-Hawkins-Klinik in Vail dafür bekannt, die Knie von professionellen Skifahrern und anderen Athleten zu flicken. (Der professionelle Basketballspieler Greg Oden von den Portland Trail Blazers hatte im September ein Mikrofrakturverfahren. 13; Steadman konsultiert.) Die chirurgischen Gesamterfolgsraten liegen je nach Studie zwischen 65 und 70 Prozent, obwohl Steadman einen Erfolg von 80 bis 90 Prozent angibt.
Das Verfahren ist viel häufiger als ACI, mit schätzungsweise 60.000 jedes Jahr in den Vereinigten Staaten durchgeführt.
„In der Mikrofraktur ist der gebildete Knorpel das Rezept des Körpers für die Reparatur“, sagt Steadman. „Es ist ein natürlicher Prozess. Es scheint, dass dieser Knorpel im Laufe der Zeit hält.“
Steadman, der mehr als 3.000 Mikrofrakturen durchgeführt hat, sagt, dass das Verfahren eine kürzere Erholungszeit als ACI hat.
Eine strittige Frage ist, welche Art von Knorpel nach jedem Eingriff nachwächst: Hyalinknorpel wie vor der Verletzung oder Fibrokartilage, die möglicherweise nicht die gleiche Haltbarkeit oder Festigkeit aufweisen. Einige Studien zeigen, dass beide Verfahren einen Hybrid erzeugen. Andere zeigen, dass Mikrofraktur Fibrocartilage und ACI einen hyalinähnlicheren Knorpel produziert.
In einer Sache scheinen sich die Forscher einig zu sein: Wenn die Mikrofraktur versagt, ist ACI immer noch eine Option.
Bill Conkey von Alexandria war froh, das zu erfahren. Die Knieprobleme des 35-jährigen Architekten begannen, als er sich vor 10 Jahren beim Fußballspielen das vordere Kreuzband (ACL) und den Meniskus riss.
Nach Operationen, um seinen gerissenen Meniskus zu reparieren und seine ACL zu rekonstruieren, kehrte er zum Fußball und Snowboarden zurück, aber alle paar Jahre fing sich sein Knie und der Orthopäde Vincent Desiderio schnitt losen Knorpel ab.
Desiderio führte 2003 eine Mikrofrakturoperation durch und warnte Conkey, dass er in 10 Jahren einen Knieersatz benötigen würde, wenn er das gleiche Aktivitätsniveau beibehalten würde. Als der Schmerz einige Jahre später zurückkehrte, wollte Conkey wissen, was er tun musste, um sein Knie zu halten.
„Ich habe eine 5-jährige Tochter“, sagt Conkey. „Ich möchte mit ihr Fußball und Snowboard spielen können.“ Desiderio verwies ihn an Klimkiewicz, der ihm sagte, er sei ein perfekter Kandidat für ACI.
Klimkiewicz hatte ein dünnes chirurgisches Instrument durch einen kleinen Einschnitt eingeführt und im Dezember ein Stück Knorpel von Conkeys schlechtem Knie genommen, um die Zellen zu züchten. Conkeys Versicherer sträubte sich zunächst, deckte aber schließlich die Operation ab. Conkey hatte die ACI und eine Kniescheibe Neuausrichtung im Juni.
Nach schmerzhaften ersten zwei Wochen, die bis zu acht Stunden Reha pro Tag und fünf weitere Wochen mit Krücken und einem Stock beinhalteten, sagt Conkey, dass seine Genesung reibungslos verläuft. Er sagt, er habe gerade wieder mit seiner Tochter Fußball gespielt, und zum ersten Mal fühlt sich sein Knie besser an als vor der Operation.
„Mein Arzt sagt mir, dass ich im nächsten Frühjahr fast schmerzfrei sein sollte“, sagt er. „Es wird das erste Mal seit 10 Jahren sein.“
Verfeinerungen vornehmen
Ärzte in Europa und Australien führen einige Knorpelregenerationsoperationen arthroskopisch durch, und mehrere Unternehmen konkurrieren um die Verbesserung des Zelltyps, der für die Knorpelreparatur gezüchtet wird.
Forscher experimentieren auch mit wachsenden Knorpelzellen auf winzigen Gerüststücken; sie hoffen, dass Chirurgen eine Substanz implantieren können, die eher dem tatsächlichen Knorpel ähnelt, was möglicherweise Monate der Erholungszeit spart, sagt Kai Mithoefer, Orthopäde bei Harvard Vanguard Medical Associates in Boston und klinischer Ausbilder für Orthopädie an der Harvard Medical School.
„Es ist eine sehr aufregende und ermutigende Entwicklung“, sagte er. Drei Monate nach ihrer Operation klingt McMillan wie eine andere Frau. „Mir geht es besser als erwartet“, sagt sie. „Ich hatte drei Tage Elend, aber jetzt hat sich mein Knie nicht mehr so gut angefühlt, bevor es weh tat.“
Nach Monaten auf Percocet sagt sie, dass sie das Gefühl hat, ihr Leben zurückzubekommen. „Mein Mann und die Kinder, die zu Hause leben, haben die Hauptlast davon getragen“, sagt sie und ihre Stimme fängt auf. „Ich glaube, ich habe die psychologischen Auswirkungen bis jetzt nicht erkannt. Ich blieb die ganze Zeit in meinem Schlafzimmer. Ich kann noch nicht zu all meinen Aktivitäten zurückkehren, aber ich gehe auf die Veranda und spiele Karten mit den Kindern. Meine Kinder sagten mir, dass sie froh sind, mich wieder zu haben.“
Sie hofft, nächstes Frühjahr wieder in West Virginia wandern und im Greenbrier River schwimmen zu können.
Am wichtigsten ist, dass sie wieder mit dem Schulbus fährt. 7. Es ist manchmal unangenehm, sagt sie, aber sie ist froh, wieder bei der Arbeit zu sein; Die Familie streckt ihre Dollars seit Monaten aus, um allein vom Gehalt ihres Mannes zu leben. „Ich fange an zu fühlen, dass ich wenigstens atmen kann“, sagt sie.
