Prof. Dr. med. Dr. phil. Dipl.-Ing. (FH) Andrej M. Nowakowski, ein hochangesehener Experte für Hüftchirurgie und Hüftendoprothetik, bekleidet die Position des Chefarztes und Leiters der Klinik für Orthopädie und Traumatologie des Bewegungsapparates am Kantonsspital Baselland. Seine herausragende Expertise erstreckt sich über sämtliche Bereiche der Hüftgesundheit, von gelenkerhaltenden Operationen bis hin zur minimalinvasiven Versorgung mit künstlichen Hüftgelenken.
Als hochspezialisierter Facharzt beeindruckt Prof. Dr. Dr. Nowakowski nicht nur durch seine breite Expertise, sondern auch durch seine Leidenschaft für die Orthopädie. Insbesondere hat er sich auf die Hüfte spezialisiert und gilt international als anerkannter Experte in der Endoprothetik. Die Klinik für Orthopädie und Traumatologie des Bewegungsapparates am Kantonsspital Baselland ist bekannt für ihre hervorragende medizinische Versorgung und ihre Position als eines der größten orthopädischen Zentren der Schweiz.
Prof. Dr. Dr. Nowakowski verfügt über eine einzigartige Perspektive in der orthopädischen Welt. Sein Werdegang begann mit einem Studium im Maschinenbau, gefolgt von einer Offizierslaufbahn und einem Fokus auf Medizintechnik. Seine Leidenschaft führte ihn zur Gründung eines Ingenieurbüros, in dem er als Gutachter aktiv war und gleichzeitig mehrere Patente zur Optimierung künstlicher Gelenke anmeldete. Mit 28 Jahren entschied er sich für ein Medizinstudium in Hannover und erwarb zudem einen PhD in Biomedizinischer Technik an der Universität Basel. Die beeindruckende Karriere von Prof. Dr. Dr. Nowakowski führte ihn dann über das Universitätsspital Basel bis zum Spital Uster im Kanton Zürich, wo er die Orthopädie deutlich ausbaute und zu einer erfolgreichen Abteilung machte. Auf Wunsch des Kantonsspital Baselland kehrte er schließlich nach Basel zurück.
Als Hüftspezialist ist Prof. Dr. Dr. Nowakowski bekannt für seine Expertise bei Verletzungen, Frakturen, Infektionen und Tumoren im Hüftbereich. Gemeinsam mit Prof. Dr. med. Michael Hirschmann leitet er das "Zentrum Bewegungsapparat" am Kantonsspital Baselland, das Patienten eine umfassende Versorgung in Orthopädie, Traumatologie, Schmerztherapie und Rehabilitation bietet. Die Redaktion des Leading Medicine Guide nutzte die Chance mit ihm zu sprechen, um mehr über die neuesten Entwicklungen innerhalb der Hüftendoprothetik zu erfahren.
Vor etwa 60 Jahren legte Sir John Charnley die Grundlagen der Hüftendoprothetik, wie sie heute noch verwendet werden. Die Verwendung von rostfreiem Stahl, Knochenzement aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polyethylen (PE) für Hüftpfannen bildet die bewährte Basis für erfolgreiche Implantationen von künstlichen Hüftgelenken. Die letzten zwei Jahrzehnte brachten einen bahnbrechenden Fortschritt in Form von tribologischen Verbesserungen und neuartigen Werkstoffen. Diese Innovationen führten zu länger haltenden Prothesen und verbesserten Ergebnissen. Insbesondere die Einführung von Titan in den 80er-Jahren trug dazu bei, die Standzeit von nicht-zementierten Schäften zu erhöhen. Neue hochvernetzte Polyethylen Varianten zielen darauf ab, den Abrieb zu verringern und Osteolysen vorzubeugen.
Die Fortschritte in tribologischen Verbesserungen und Werkstoffinnovationen der letzten zwei Jahrzehnte haben erhebliche Auswirkungen auf die langfristige Haltbarkeit von Hüftprothesen gehabt.
Die Lebensdauer von Hüftendoprothesen hat sich insgesamt verbessert. Insbesondere die Einführung von hochvernetzten Polyethylen Varianten markiert einen signifikanten Schritt nach vorn. Im Vergleich zu traditionellen Materialien bieten sie verbesserte tribologische Eigenschaften, was zu einer Verringerung des Abriebs und einer geringeren Wahrscheinlichkeit von Osteolysen führt.
Tribologie ist die Wissenschaft und Technik von sich bewegenden Oberflächen, insbesondere im Hinblick auf Reibung, Verschleiß und Schmierung.
„Bei einem Gelenk, insbesondere bei einem Kunstgelenk, haben wir immer zwei sogenannte Gleitpartner, manchmal auch mehr. Und da wo etwas gleitet, entsteht auch immer eine Reibung. Und da, wo es Reibung gibt, gibt es eine Abnutzung. Nur in der Idealvorstellung gibt abnutzungsfreie Gelenke. Aber da, wo eine Kraft auf zwei Gleitpartner wirkt, haben wir es mit Abrieb zu tun. Auch die Kunstgelenke, die wir heute verwenden, sei es für die Schulter, Hüfte, Knie oder Sprunggelenk, haben alle eine gewisse Form von Abrieb. Und das wiederum hängt ganz stark davon ab, welche Gleitpartner wir haben. Im Bereich der Hüftgelenke ist es klassischerweise so, dass Metall oder Keramik auf Polyethylen trifft. Der Abrieb findet hier in einem Zeitraum von Jahrzehnten statt. Man rechnet bei herkömmlichen Prothesen mit einem linearen – im Röntgenbild messbaren – Abrieb von ca. 0,2 mm pro Jahr für Polyethylen-Metall-Gleitpaarungen, bei Polyethylen-Keramik-Gleitpaarungen 0,1 mm pro Jahr. Bei besonders aktiven und sportlichen Menschen oder Menschen mit starkem Übergewicht, schlechter Pfannenausrichtung etc. kann der Abrieb auch rasanter erfolgen“, schildert Prof. Dr. Dr. Nowakowski am Anfang unseres Gesprächs und erklärt, was für Überlegungen dann angestellt wurden, um den Abrieb möglichst zu verringern:
„Es kam dann die Metall-Metall-Gleitpaarung ins Gespräch, welche aber zum Teil zu hohen Metall-Ionen-Konzentrationen im Blut und anderen unerwünschten Reaktionen führten. Eine weitere Option ist die Keramik-Keramik-Gleitpaarung, die volumetrisch einen sehr geringen Abrieb hat. Hier können aber z.B. Quietschgeräusche entstehen und wenn die Beweglichkeit zu groß wird, kann es auch zu einem harten Anschlag kommen (Risiko für Implantat Lockerung, Luxation, Keramikbruch). Häufig wird heute ein Stahl- oder Keramik-Hüftkopf verwendet, der auf eine Hüftpfanne aus Polyethylen als Gleitpartner trifft, welches heutzutage auch auf molekularer Ebene hochvernetzt angeboten wird“.
Die Hochvernetzung zielt darauf ab, die strukturelle Integrität des Materials zu stärken und seine Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Die Bedeutung dieser hochvernetzten Polyethylen Varianten liegt nicht nur in ihrer Fähigkeit, den Abrieb zu reduzieren, sondern auch darin, dass sie eine längere Lebensdauer der Hüftprothesen ermöglichen. Patienten profitieren von einer verbesserten Haltbarkeit der Implantate, was zu langfristig stabilen Gelenkverhältnissen und einem geringeren Risiko von Revisionseingriffen führen kann.
„Der Körper reagiert prinzipiell auf jede Form von Abrieb und will die entsprechenden Partikel abtransportieren. Dies tut er z.B. mit Zellen, die solche Fremdkörper aufnehmen. Hierdurch können aber auch Prozesse entstehen, welche zu einem Knochenabbau und damit in Folge zu einer Prothesenlockerung führen. Das kann wiederum eine nötige Wechseloperation nach sich ziehen oder sogar einen Prothesenbruch verursachen. Aus dem Grund hat man versucht, die tribologischen Eigenschaften der Hüftprothesen weiter zu verbessern. Polyethylen besteht aus Kohlenstoffketten, und die hat man ultrahoch miteinander vernetzt und die Oberfläche teilweise zusätzlich mit Vitamin E versetzt, um Radikale besser abzufangen. Hierdurch zielt man auf eine weitere werkstoffseitige Verbesserung, verbunden mit der Erwartung einer längeren Haltbarkeit durch geringeren Abrieb. Vor allem junge Menschen können hiervon im Besonderen profitieren, da Prothesen so aufbereitet länger haltbar sind, was wir aber natürlich noch nicht beweisen können. Da müssen wir noch Langzeitergebnisse abwarten und analysieren. Das Ziel ist in jedem Fall, dass eine Wechsel-Operation aufgrund von Verschleiß einfach nicht mehr nötig sein wird“, verdeutlicht Prof. Dr. Dr. Nowakowski die neuesten Entwicklungen.
Die Einführung von Titan in den 80er-Jahren markierte einen bedeutsamen Schritt in der Hüftendoprothetik, insbesondere im Zusammenhang mit nicht-zementierten Schäften.
Die Bemühungen, die Standzeit von nicht-zementierten Stahl Schäften zu erhöhen, hatten positive Auswirkungen auf die Praxis der Hüftendoprothetik. Titan, aufgrund seiner besonderen Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität, und ermöglichte letztlich die Verbesserung der Langzeitstabilität von nicht-zementierten Schäften. Diese Entwicklung führte zu einer breiteren Anwendung von Titan in der Herstellung von Hüftprothesen und trug dazu bei, die Lebensdauer der Implantate zu verlängern. Patienten profitierten von einer reduzierten Wahrscheinlichkeit von Lockerungen oder anderen Komplikationen im Zusammenhang mit der Implantat Verankerung.
„Der Vorteil von zementierten Implantaten besteht darin, dass sie sofort belastbar sind und bei z.B. osteoporotischer Knochenqualität weniger Risiko für periprothetische Frakturen aufweisen. Allerdings kann es u.A. zu einem Abrieb zwischen dem Zement-Implantat-Interface kommen, was dann zu frühzeitiger Lockerung führen kann. Vor allem bei jungen männlichen Patienten wurde ein insgesamt schlechteres Ergebnis bezüglich der Haltbarkeit festgestellt, so dass die Entwicklung nicht-zementierter Prothesen vorangetrieben wurde. Es wurden Prothesenoberflächen mit verschiedenen Methoden behandelt, so dass der Knochen hier besser anwachsen konnte. Allerdings waren diese Prothesen so starr, dass es häufig zu einem Oberschenkelschmerz kam. Mit dem Titan hatte man dann ein Material, welches eine ähnliche Biegesteifigkeit wie der menschliche Knochen aufweist und darüber hinaus eine hydroxylierte Oberfläche, die das Anwachsen des Knochens begünstigt. Vor allem bei nicht zementierten Prothesen hat sich Titan als Werkstoff für Hüftschäfte durchgesetzt“, erläutert Prof. Dr. Dr. Nowakowski.
Die Hydroxylierung von Titan-Oberflächen führt zur Bildung einer dünnen Schicht von Titanoxid, die mit Hydroxylgruppen (-OH) funktionalisiert ist. Diese hydroxylierte Schicht fördert die Bildung einer starken Verbindung zwischen dem Implantat und dem umgebenden Knochengewebe, was als Osseointegration bekannt ist.
Fortschritte in der Nanotechnologie und bei biokompatiblen Materialien könnten zu noch widerstandsfähigeren und langlebigeren Implantaten führen. Darüber hinaus könnten neuartige Materialzusammensetzungen dazu beitragen, den Verschleiß weiter zu minimieren und die Gesamteffizienz der Hüftendoprothetik zu steigern. Die kontinuierliche Forschung und Innovation in der Materialwissenschaft sind entscheidend, um die Qualität und Haltbarkeit von Hüftprothesen weiter zu verbessern und den Patienten optimale Langzeitlösungen zu bieten.
Prof. Dr. Dr. Nowakowski stellte sein Konzept der "Bidirektionalen Hüfttotalprothese" (Bi-HTP) vor, das darauf abzielt, Luxationen und Impingement zu minimieren. Durch die Berücksichtigung der physiologischen Range of Motion (RoM) sollen verbesserte Ergebnisse erzielt werden.
„Das Ausrenken, also die Luxation, eines künstlichen Hüftgelenks, ist eine Komplikation, die zwar relativ selten auftritt, aber dennoch relevant ist: Passiert dies, etwa bei einem Sturz, dann führt das zu starken Schmerzen und erfordert eine Reposition, in der Regel im Spital. Durch die minimal-invasive Chirurgie konnte das Risiko einer Luxation zwar weiter reduziert werden, aber die Luxationen machen noch immer einen relevanten Anteil als Grund für eine Wechsel Operation aus. Hier muss man zwei Dinge betrachten und zwar aus dem Bereich der Biomechanik. Der eine Aspekt ist der des Aushängens der Prothese durch eine Instabilität des Gelenks, und der andere Aspekt ist der des Anschlagens bei Bewegungsauslenkung. Wenn also jemand zum Beispiel eine extreme Drehbewegung vollführt wie etwa bei einem Spagat, kann es passieren, dass die jeweiligen Gleitpartner des künstlichen Gelenks aufeinanderschlagen. Normalerweise werden rotationssymmetrische Halbkugeln als Hüftpfanne verwendet, was aber nicht ganz ideal ist. Um diesem Dilemma zu begegnen, habe ich selbst Forschungen angestellt, um Prothesen mittels einer speziellen Geometrie intelligenter zu bauen. Hier sind wir gerade dabei, diese Geometrie mittels Simulationen auszutesten. Da sehe ich in meinem Forschungsgebiet definitiv Entwicklungspotenzial“, so Prof. Dr. Dr. Nowakowski.
Die Bewertung tribologischer Probleme im Rahmen von Hüftendoprothetiken erfolgt auf verschiedenen Ebenen.
Um ein Gleichgewicht zwischen den potenziellen Vorteilen größerer Hüftkopfdurchmesser und den damit verbundenen möglichen Nachteilen herzustellen, werden umfassende tribologische Forschungen durchgeführt. Diese Studien analysieren die Wechselwirkungen zwischen den Materialien und Komponenten der Hüftendoprothese, insbesondere im Vergleich von größeren Hüftkopfdurchmessern zu traditionellen Größen. Langzeitstudien dienen dazu, die Performance von Hüftendoprothesen mit größeren Hüftkopfdurchmessern über einen längeren Zeitraum zu beobachten. Dabei liegt der Fokus auf der umfassenden Bewertung der Langzeitstabilität, Abriebfestigkeit und möglicher Komplikationen wie Trunnionosis, eine Komplikation, die bei Patienten mit Hüftendoprothesen auftreten kann. Sie bezieht sich auf den Verschleiß oder die Korrosion an der Verbindungsstelle zwischen dem Schaft (Trunnion), der Prothese und dem Kopf, der in die Pfanne der Hüfte eingesetzt wird.
Trunnionosis kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, darunter die Reibung zwischen den Materialien, die bei Bewegungen des künstlichen Hüftgelenks auftreten, sowie durch chemische Reaktionen zwischen den Metallen und den umgebenden Geweben. Die Folge davon kann ein Verschleiß von Metallpartikeln sein, die sich im Gewebe um die Prothese ansammeln und Entzündungen, Schmerzen und Lockerungen der Implantate verursachen können. „Je größer der Hüftkopf ist, desto größer ist der mögliche Bewegungsumfang, aber eben auch der Abrieb. Das heißt, man baut einen solchen Hüftkopf zu Lasten der Tribologie ein. Hier sind wir gerade bemüht, neue biomechanische Lösungen zu finden, um die ideale Geometrie zu definieren“, kommentiert Prof. Dr. Dr. Nowakowski.
Tribologische Verbesserungen beziehen sich auf Fortschritte im Bereich der Tribologie, der Wissenschaft von Reibung, Verschleiß und Schmierung von sich bewegenden Oberflächen. In Bezug auf Hüftendoprothetik und medizinische Implantate allgemein beinhalten tribologische Verbesserungen Maßnahmen zur Optimierung der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Materialien, die in den Prothesen verwendet werden. Ziel ist es, die Reibung zu minimieren, den Verschleiß zu reduzieren und die Langzeitstabilität der Implantate zu verbessern.
„Einen Satz, den ich zu Beginn meiner Arzttätigkeit immer wieder gehört habe war: `Was möchtest Du denn noch an der Hüftendoprothetik verbessern? Wir haben doch so gute Implantate und Techniken, da geht nichts mehr´… Kurze Zeit später hat sich die gesamte Operationstechnik durch die minimal invasive Chirurgie auch bei der Hüfte verändert, was dazu führt, dass man während des Eingriffs einfach weniger Muskulatur und Weichteile schädigt, um das Implantat einzusetzen. Früher waren die Schnitte sehr viel größer, und es musste viel Muskulatur durchtrennt werden, und auch die Operationszeiten waren länger. Heute ist der minimal invasive Eingriff Standard. Auch die Werkstoffe haben sich massiv gewandelt und dadurch auch in gewisser Weise die Formen der Prothesen, die an die minimal invasiven Techniken angepasst wurden, um sie, je nach Zugangsweg, besser einbringen zu können. Was immer noch gleichgeblieben ist, sind die Pfannen. Ich persönlich denke, es liegt in der Natur der Sache, dass man Dinge immer weiter verbessern möchte und bin davon überzeugt, dass wir in einigen Jahren oder Jahrzehnten noch ganz andere Entwicklungen erleben werden, was die Geometrie der Pfannen betrifft“, macht Prof. Dr. Dr. Nowakowski klar.
Die Verwendung von Robotik in der Chirurgie hat in den letzten Jahren eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen und revolutioniert die Art und Weise, wie viele chirurgische Eingriffe durchgeführt werden.
Roboterassistierte Chirurgie, auch bekannt als robotergestützte Chirurgie, kombiniert die Präzision und Steuerung von Robotertechnologie mit den Fähigkeiten und dem Fachwissen eines erfahrenen Chirurgen. Die Einführung von Robotern in die Chirurgie hat eine Vielzahl von Vorteilen mit sich gebracht, darunter eine verbesserte Genauigkeit bei komplexen Eingriffen, kleinere Schnitte, schnellere Erholungszeiten für die Patienten und eine geringere Wahrscheinlichkeit von Komplikationen während und nach der Operation.
„Die Robotik im Bereich der Orthopädie ist mehrheitlich eigentlich primär eine Navigation. Und Navigationshilfen sind dazu da, dass am Ende das Implantat da sitzt, wo man es haben will. Hier ist die Knieendoprothetik, bei der die Ausrichtung der einzelnen Komponenten aufeinander enorme Auswirkungen auf die Bandspannungen haben kann, wahrscheinlich das bessere Feld. Mithilfe der Robotik haben wir sicherlich die Möglichkeit, extrem präzise zu sein. Aber in vielen Bereichen ist die Robotik eher ein Schein und ein Marketingtool, als dass es dem Patienten tatsächlich nützt. Ich persönlich würde in Anbetracht der heutigen Systeme als Patient kein Geld dafür bezahlen, um eine scheinbare Verbesserung zu bekommen. Es wird vielleicht wahrscheinlich in der Zukunft einmal standardisiert sein, dass bestimmte Dinge Roboter unterstützt gemacht werden, aber der Benefit für den Stand der Technik muss erst einmal da sein und ist für die meisten Dinge noch nicht gegeben. Hier im Kantonsspital Baselland röntgen wir während der Operation, um die Implantatlage und Ausrichtung zu kontrollieren . Als gelernter Maschinenbauer bin ich natürlich ein Technik-Freak, sehe aber in einigen Bereichen, dass die Vorteile der Robotik noch längst nicht klar dargestellt werden können“, erklärt Professor Dr. Dr. Nowakowski zur Robotik und ergänzt als Beispiel: „Wir haben neulich eine Hüftoperation bei Oberschenkelhalsbruch durchgeführt und diesen mit einer Hüftendoprothese versorgt: Die Operation von Hautschnitt bis Naht hat ganze 17 Minuten gedauert. Das schaffe ich mit der Robotik nicht, da hier allein die Vorbereitungszeit für die Einstellungen sehr lang ist. Am Ende zählen die Expertise und Erfahrung des Operateurs“.
„Vielleicht haben wir irgendwann einmal die Möglichkeit, eine heilende Flüssigkeit oder was auch immer ins Gelenk zu spritzen, um Implantate zu vermeiden, wer weiß. Aber Implantate werden uns noch lange begleiten, und hier gilt es, die besten Optionen auszuschöpfen. In jedem Fall besteht ein großes Verbesserungspotenzial bei der Optimierung der Pfannengeometrie“, sagt Prof. Dr. Dr. Nowakowski in die Zukunft blickend.
Das Kantonsspital Baselland ist technisch bestens ausgerüstet.
„Auch wenn wir hier im Haus bestens ausgestattet sind mit allen modernen Geräten inklusive der Robotik, ist es mein Credo, dass für eine gute und lang funktionierende Endoprothetik, ob bei Hüfte oder Knie, ein jahrelanges Training erforderlich ist, welches am Ende die möglichst kurze Operation in Perfektion gelingen lässt, verbunden mit der Kontrolle, dass die Implantate gut und stabil sitzen. Das Kantonsspital Baselland ist als Zentrum Bewegungsapparat hochspezialisiert für Wechseloperationen, eben weil wir hier über eine so große Expertise verfügen und das Motto verinnerlicht haben `Wir finden immer eine Lösung! ´. Und die überwiegende Mehrheit unserer Patienten ist mit dem Ergebnis extrem zufrieden. Die Hüftoperation ist eine der erfolgreichsten Operationen, die es derzeit gibt, aber es braucht eben auch ein hohes Maß an Erfahrung, um das Maximum der Möglichkeiten und der Qualität herauszuholen“, verdeutlicht Prof. Dr. Dr. Nowakowski, und damit schließen wir unser Gespräch.
Herzlichen Dank, Professor Dr. Nowakowski für die vielen spannenden Informationen rund um die Hüftendoprothetik!
