Heinz Winkler1

Zusammenfassung: Infektionen sind nach wie vor die gefürchtetste Komplikation in der Endoprothetik, für eine anhaltende Sanierung ist zumeist die Entfernung der Prothese erforderlich. Diskussionen fokussieren sich vor allem um die Frage, ob der Wiedereinbau einer neuen Prothese in einem oder mehreren Schritten erfolgen soll. Der zwei- oder mehrzeitige Wechsel gilt nach wie vor als Goldstandard, obwohl es mangels kontrollierter Studien keinerlei Evidenz für dessen Überlegenheit gibt. Meta-Analysen zeigen vergleichbare Ergebnisse mit beiden Methoden hinsichtlich Beherrschung der Infektion, wobei jedoch der einzeitige Wechsel klare Vorteile hinsichtlich Morbidität und Mortalität der Patienten aufweist. Hinsichtlich Komplikationen, Lebensqualität und Kosten ist ein einzeitiger Wechsel eindeutig zu bevorzugen. Durch Berücksichtigung der besonderen Verhältnisse von Biofilm-assoziierten Infektionen ist eine weitere Verbesserung der Ergebnisse möglich. Lokale Applikation von Antibiotika ist erforderlich, um auch Biofilmreste zu eliminieren, wobei biologische Träger deutlich effizienter erscheinen als Knochenzement.

Schlüsselwörter: Knieendoprothese, KTEP-Infektion, Biofilm, einzeitiger Wechsel, Lebensqualität, lokale antimikrobielle Therapie, Antibiotika-Träger

Zitierweise
Winkler H: Einzeitiger Wechsel infizierter Knieendoprothesen.
OUP 2017; 9: 446–451 DOI 10.3238/oup.2017.0446–0451

Summary: Infection still is the most feared complication in total joint replacement, usually removal of the prosthesis is prerequisite for cure. Discussions mainly focus on the question whether re-implantation should be performed in one stage or multiple stages. Two- or multiple stage exchange still is considered the gold standard, although there are no controlled studies showing evidence for superiority of one or the other method. Meta-analyses show comparable results regarding infection control, while showing advantages of one-stage protocols regarding morbidity and mortality. Regarding complications, costs and quality of life (QoL) a one-stage exchange clearly is preferable. Respecting the special conditions of biofilm, associated infection results may be further optimized. Local application of antibiotics in high concentration is required for eliminating biofilm remnants whereas biological carriers appear markedly more efficient than bone cement.

Keywords: total knee replacement, TKR, infection, biofilm, one-stage exchange, quality of life, local antimicrobial therapy,
antibiotics carrier

Citation
Winkler H: One-stage exchange of infected total knee replacement. OUP 2017; 9: 446–451 DOI 10.3238/oup.2017.0446–0451

Einleitung

Der Siegeszug der Knieendoprothetik war von Anfang an überschattet von Infektionen, die nach wie vor die meistgefürchtete Komplikation darstellen. Eine infizierte Knieendoprothese kann lediglich in den ersten Tagen nach Auftreten von Symptomen mittels Debridement und Antibiotikagabe (DAIR) erhalten werden. Nach Ablauf von Tagen bis wenigen Wochen besteht nur durch deren Entfernung eine realistische Chance auf eine anhaltende Infekt-Kontrolle. Wir wissen seit einigen Jahren, dass chronische Infektionen durch Biofilme verursacht sind, die mit etablierten Laboruntersuchungen und bakteriellen Kulturen oft nicht erkennbar sind und sich durch ihre besondere Lebensweise dem Angriff des Immunsystems und der Antibiotika entziehen [6, 8]. Der Behandlungsverlauf gilt als langwierig, kostenintensiv und extrem belastend für Patienten und Behandlungsteams. Die Bakterien innerhalb des Biofilms entwickeln eine organisierte Lebensweise und sind durch verschiedene Schutzmechanismen nahezu unempfindlich gegen Angriffe des Immunsystems und von Antibiotika. In Biofilmen organisierte Bakterien besitzen eine bis zu 1000-fach höhere Toleranz gegen verfügbare Antibiotika als ihre freilebenden Formen. Die erforderlichen hohen Konzentrationen sind weder mit systemischer Gabe noch mit herkömmlichen Trägern (PMMA, Schwämme) erzielbar. Sind im „race for the surface“ die Bakterien schneller am Ziel, so genügen Sekunden für ihre irreversible Anheftung und wenige Tage zur Ausbildung eines durchorganisierten Biofilms.

Systemisch erzielbare Antbiotikakonzentrationen können planktonische Bakterien eliminieren, radikales Debridement beseitigt die größte Menge von sessilen Biofilmen. Es lässt sich jedoch kaum vermeiden, selbst bei sorgfältigster chirurgischer Reinigung, dass mikroskopische Reste von Biofilmen am Ort verbleiben und Ausgangspunkt für ein Rezidiv darstellen können. Biofilm-Fragmente sind der wahre Gegner bei all unseren Behandlungsversuchen, und wir müssen unsere Behandlungskonzepte darauf abstimmen!

Eine weitere Problematik besteht in häufig vorliegenden Knochendefekten, bedingt durch die osteolytische Wirkung der Infektion an sich, aber auch durch gelockerte Implantate und chirurgisches Debridement. Allogene Knochentransplantate würden sich zur Rekonstruktion anbieten, gelten jedoch in unbehandelter Form als kontraindiziert bei Verdacht auf bestehende Infektion.

Biofilm-gezielte Therapie

Zahlreiche Substanzen mit Biofilm-Aktivität sind bereits bekannt, nach weiteren wird intensiv geforscht. In der klinischen Praxis ist bisher jedoch noch keine anwendbar, ein chirurgischer Eingriff ist nach wie vor unvermeidbar. Wir haben jedoch mit den vorhandenen Mitteln eine ausgezeichnete Heilungschance, sofern wir 5 Grundregeln beachten (5D-Regel):

1. Detect

Vor jeder Operation sollte die Ausdehnung des Infekts so exakt wie möglich lokalisiert werden. Dazu sollten alle zur Verfügung stehenden bildgebenden Verfahren wie CT, MR, Szintigrafie mit SPECT etc. genutzt werden.

2. Debride

Die Menge an Biofilm sollte durch Entfernung aller Fremdkörper und radikales Debridement der identifizierten Areale so drastisch wie möglich reduziert werden.

3. Disrupt

Biofilme an sklerosierten oder narbigen Oberflächen der anliegenden Gewebe sollten durch Anfrischung mit Raspeln, Fräsen etc. und Hochdruck-Lavage mit gleichzeitiger Absaugung abgetragen werden, wobei sie auch in einzelne Bruchstücke zerrissen werden. Fragmente von Bio-Filmen sind deutlich empfindlicher gegenüber Antbiotikawirkung als intakte, organisierte Gemeinschaften [7].

4. Dead space management

Der nach Debridement verbleibende Totraum sollte so vollständig wie möglich mit Material gefüllt werden, das gegen bakterielle Wiederbesiedelung geschützt ist.

5. Decontaminate

Noch verbleibende mikroskopische Biofilmreste sollten durch ausreichend hohe und anhaltende Antibiotikaspiegel vor Ort eliminiert werden [12].

Wenn es gelingt, alle 5 Forderungen optimal zu erfüllen, so sollte eine vollständige Keimelimination und somit auch die Möglichkeit einer sofortigen Versorgung mit Implantaten gewährleistet sein. Die Punkte 1–4 entsprechen weitestgehend den bereits etablierten Regeln der septischen Chirurgie. Für eine gesicherte Dekontamination des Implantatlagers sind jedoch weitaus höhere Antibiotikaspiegel erforderlich, als mit systemischer Gabe erzielbar.

Einzeitiger oder zweizeitiger Wechsel?

Im Konsensus-Meeting von Philadelphia wurden sowohl one-stage als auch two-stage als “reasonable option” klassifiziert [20]. Es gibt keine randomisierten Studien, die die Überlegenheit einer der beiden Optionen hinsichtlich Infekt-Beherrschung nachweisen, in Meta-Analysen wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede gefunden [9, 2, 10]. Hingegen besteht Evidenz für eine hohe Mortalität bei mehrzeitigem Vorgehen [3, 25] sowie eine klare Verbesserung der Lebensqualität bei einzeitigem Wechsel [23].

Einzeitiger Wechsel mit Antibiotika-Zement

Der Gedanke, eine Prothesen-Infektion mit nur einem Eingriff zu sanieren, führte Ende der 70er Jahre zur Entwicklung von Antibiotika-beladenem Zement [4]. Dessen Anwendung bei einzeitigen Wechseloperationen erbrachte in der Endoklinik Hamburg Erfolgsraten von über 90 % [24], trotzdem fand diese Technik keine allgemeine Verbreitung. Voraussetzung für einen möglichen Erfolg ist ein supra-radikales Debridement, zumeist mit Entfernung der periartikulären ligamentären Strukturen, sowie die Kenntnis des Erregers. Durch Zumischung von geeigneten Antibiotika zum Zement kann eine Wiederbesiedelung durch planktonische Erreger verhindert werden. Die erzielbaren lokalen Konzentrationen sind allerdings zu gering, um auch Biofilmreste zu eliminieren [11, 16]. Vielmehr können sie durch langjährige Abgabe subinhibitorischer Mengen sogar Resistenzen induzieren [5]. Ein weiterer Grund für die schlechte Akzeptanz lag wohl in der Problematik jener Fälle, die durch die Operation NICHT saniert werden konnten. Die neuerliche Entfernung einer gut einzementierten gestielten Prothese ist extrem schwierig und stets mit zusätzlichen Schäden am knöchernen Lager verbunden. Die Verhältnisse werden von Eingriff zu Eingriff immer schlechter.

Mehrzeitiger Wechsel mit Spacer

Die derzeit am häufigsten angewendete Strategie bei infizierten Implantaten besteht in einem mehrzeitigen Vorgehen. Um die Neuversorgung zu erleichtern werden dabei zumeist Platzhalter aus Antibiotika-beladenem Knochenzement im Intervall implantiert. Mittlerweile wurde mehrfach nachgewiesen, dass Antbiotika-beladene Spacer zwar einen kurzfristigen Schutz gegen Besiedelung durch planktonische Keime bieten, gegen Biofilm-Reste sind die erzielbaren Antibiotikakonzentrationen jedoch zu niedrig und zu kurzzeitig wirksam [17]; die Mehrzahl explantierter Spacer ist von Bioflmen besiedelt [1, 13]. Darüber hinaus sind sie instabil, nur begrenzt belastbar und mit einer Komplikationsrate von über 50 % (Brüche, Luxationen, Knochenarrosion) [15] behaftet. Sie müssen jedenfalls wieder entfernt werden. Kommerziell hergestellte Spacer gleichen sich mehr und mehr an herkömmliche Endoprothesen an, sowohl hinsichtlich verwendeter Materialien (CoCr, PE) als auch Preis. Unabhängig vom verwendeten Material wurden keine Unterschiede hinsichtlich der Re-Infektionsrate nach Spacer-Implantation beobachtet [14]. Warum nicht gleich ein Implantat verwenden, das im Fall einer erfolgreichen Keimelimination in situ verbleiben kann?

Imprägnierte Allografts als Antibiotika-Träger

Knochenspongiosa kann mittels spezieller Reinigungs- und Imprägnier-Verfahren zur Aufnahme und Speicherung enormer Antibiotikamengen aufbereitet werden. Dabei wird Transplantatknochen von Organ- oder Lebendspendern durch verschiedene Behandlungsschritte von allen antigenen Bestandteilen wie Knochenmark befreit. Als ausgezeichnetes Reinigungsmedium hat sich superkritisches CO2 erwiesen. Damit bleibt die mechanisch relevante Knochenstruktur, bestehend aus Knochengrundsubstanz und Mineralien, unversehrt erhalten. Durch die schonende Präparation besitzen die Allografts optimale osteokonduktive Eigenschaften. Mittels spezieller Imprägnier-Methoden kann derart präparierter Knochen direkt mit Antibiotika beladen werden. Es resultiert ein „antibiotic bone compound“ (ABC) mit 10-fach höherem Antibiotikagehalt als Knochenzement [20]. Die gespeicherten Mengen werden zudem binnen Wochen vollständig freigesetzt, während im Zement 90 % des Antibiotikums nicht verfügbar sind (Abb. 1). ABC-Transplantate produzieren erstmals ausreichend hohe und länger anhaltende Wirkspiegel am Ort der Infektion, die in der Lage sind, auch verbliebene Biofilmreste zu penetrieren und die darin enthaltenen Keime zu eliminieren. Durch die optimierte Wirkstoffabgabe gelangen die Antibiotika kaum in den Blutkreislauf – Nebenwirkungen werden dadurch vermieden. Durch vollständige Abgabe binnen Wochen ist die Gefahr von Resistenzbildungen minimiert. Die Rekonstruktionen sind sofort bedingt tragfähig, deren Einheilung in den Eigenknochen wird durch die Imprägnierung nicht beeinflusst [21].

Einzeitiger Wechsel
ohne Zement

Auf Basis der Verwendung hochgereinigter Spongiosa, die in einer speziellen Technik mit Vancomycin bzw. Tobramycin imprägniert wird (Osteomycin V bzw. T), führen wir routinemäßig einzeitige Versorgungen bei infizierten Knieendoprothesen durch [18]. Stets werden liegende Implantate und Zementreste vollständig entfernt und ein radikales Knochen- und Weichteil-Debridement durchgeführt, sklerosierte Oberflächen werden bis in durchblutete Lagen angefrischt. Nach Reinigung mittels Jet-Lavage werden Abdeckung und Instrumentarium gewechselt, die weitere Präparation erfolgt als „aseptische“ Operation. Die imprägnierten Allografts werden in die angefrischten Knochendefekte eingebracht und mittels „impaction grafting“ stabilisiert. Die Wahl der Implantate richtet sich vor allem nach den Stabilitätsverhältnissen. Wir verwenden stets modulare Implantate mit diaphysärer Stielverankerung, wobei die Stiele selbst immer zementfrei eingebracht werden. Artikuläre Oberflächen können, je nach Implantattyp, zementiert oder unzementiert gehalten werden. Eine nachträgliche zusätzliche Defektfüllung mit ABC um die Prothese ist möglich. Die transplantierte Spongiosa wird in den folgenden Monaten zu körpereigenem Knochen remodelliert.

Unzementierte Implantate
als potenziell permanente Platzhalter

Zementfreie Stiele mit gutem Corticaliskontakt verleihen der Rekonstruktion primäre Stabilität, verwachsen jedoch nicht mit dem Knochen. Umgeben von Antbiotika-imprägnierter Spongiosa sind die Implantate gegen Keimbesiedelung besser geschützt als AB-Spacer und (falls die Infektion nicht beherrscht werden sollte) genauso leicht zu entfernen wie ein Spacer. Sie sind somit potenziell permanent und bleiben tatsächlich permanent in 9 von 10 Fällen. In jedem Fall gewährleisten Sie eine rasche Rehabilitation des Patienten mit kurzen Krankenhausaufenthalten und verbesserter Funktion. Abbildung 2 zeigt einen Fall, in dem sich der zementfreie Spacer zum Teil als temporär (Femur) und zum Teil als permanent (Tibia) herausstellte.

Wir überblicken derzeit ein Krankengut von einzeitigen Wechseloperationen mit AB-Spongiosa bei 68 infizierten KTEPs mit einem Beobachtungszeitraum von mehr als 2 Jahren, hauptsächlich Fälle mit zahlreichen fehlgeschlagenen Voroperationen [19]. Dabei fanden wir Re-Infektionen bei 5 von 68 Knieendoprothesen. Bemerkenswert erscheint, dass die wenigen Rezidive stets innerhalb weniger Monate postoperativ auftraten und fast ausschließlich Mischinfektionen mit gramnegativen Erregern oder Pilzen betrafen. Infektionen mit grampositiven Erregern erscheinen dagegen ausgezeichnet beherrschbar, insbesondere fanden wir bisher kein einziges Rezidiv mit MRSA. Rezidive nach Ablauf von mehr als 2 Jahren Infektfreiheit wurden bisher nicht beobachtet. Je nach Indikation kann somit Infektfreiheit in über 90 % der Fälle mit einer einzigen Operation erzielt werden. Durch die neue Technik wurden Behandlungszeiten dramatisch verkürzt, stationäre Aufenthalte betragen im Schnitt weniger als 2 Wochen, Rehabilitation erfolgt wie bei einem „aseptischen“ Wechsel. Die einhergehenden Belastungen für die Patienten konnten damit auf ein Minimum reduziert werden. Im Falle eines Fehlschlags finden sich stets günstigere Verhältnisse als bei der vorangegangenen Operation.

Interessenkonflikt: Präsident der European Cell and Tissue Bank ECTB (Österreichische Gewebebank Gemeinnütziger Verein), Gesellschafter der BioTiss Biotechnologie GmbH, Consultant bei LIMA SppA, Editor in Chief des Journal of Bone and Joint Infection, Vorstandsmitglied (Past President) der European Bone and Joint Infection Society EBJIS

Korrespondenzadresse

Dr. med. Heinz Winkler

Osteitis Zentrum, Privatklinik Döbling

Heiligenstaedter Strasse 57–63

A-1190 Wien, Österreich

heinz.winkler@speed.at

Literatur

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Fussnoten

1 Osteitis Zentrum, Privatklinik Döbling, Wien, Österreich