Osteonecrosis of the femoral head – a retrospective trial of joint preserving treatment options and a prospect to future clinical possibilities - University of Regensburg Publication Server

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-413398
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.41339

Völkl, Korbinian

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License: Creative Commons Attribution No Derivatives 4.0
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Date of publication of this fulltext: 09 Jan 2020 08:48

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	9 January 2020
Referee:	Prof. Dr. Benjamin Craiovan
Date of exam:	23 December 2019
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Orthopädie
Keywords:	Osteonecrosis of the femoral head (ONFH), avascular necrosis (AVN), core decompression, cancellous bone grafting, joint preserving therapy, Hüftkopfnekrose, Anbohrung
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	41339

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Abstract (English)

Abstract (English)

Osteonecrosis of the femoral head- a retrospective trial of joint preserving treatment options and a prospect to future clinical possibilities.
Osteonecrosis of the femoral head is a widespread disease which affects mostly young and active people. Although there are known risk factors, like steroid intake and alcohol abuse the exact pathomechanisms are still unclear. A disturbed blood flow within the bone tissue leads to an increased intraosseous pressure, which itself further reduces intraosseous circulation. Without therapeutic intervention the necrosis proceeds until total hip joint destruction. In order to avoid early hip arthroplasty in young patients, joint preserving therapies are necessary. Mostly common is either a medicamentous therapy with the stable prostacyclin analogon Iloprost, to improve circulation within the bone leading to a restitution of the necrosis or core decompression with or witout cancellous bone grafting. With Core decompression the necrotic area is broken up by drilling into the defect zone with small pins, leading to a relief of the intraosseous pressure. Another option is autologous cancellous bone grafting. Here the necrotic bone is removed by a reamer and replaced by healthy cancellous bone.
As there are little information in literature about long term results of core decompression and cancellous bone grafting we did a follow up survey.
28 Patients with 32 treated hips with a joint preserving therapy at the Department of Orthopedic Surgery, University of Regensburg, during the time from 2006 to 2012 were examined according to a clinical protocol with clinical examination, questionnaires and radiological imaging with X-ray and MRI.
The first part of this study is a comparison between 11 patients with core decompression and 11 patients after cancellous bone grafting. All of them had an initial ARCO II stage. The results showed no significant difference in clinical and radiological aspects four (core decompression) or five years (cancellous bone grafting) after the intervention.
In the second part the precision of the two interventions should be assessed. Therefore a 3D reconstruction of the necrosis and the drilling channels had been performed from MRI images. With the reconstructions it was possible to measure the deviation of the drill channel from the center of the necrotic area exactly. It showed that neither in core decompression nor in cancellous bone grafting the defect zone had been missed. The deviation in both procedures did not differ significantly.
As a third part a prospect on the new technology of bone marrow perfusion imaging was given. Contrast agent enhanced MRI images are performed at defined moments after the application of the contrast agent. With a special ROI (region of interest) measurement it is possible to quantify the signal intensity at each measurement. The increase of the signal intensity is proportional to the intraosseous perfusion. So it gives a correlation to the perfusion in the bone marrow. In this part it could be shown that perfusion imaging is feasible in clinical routine. The exact fields of application and its results have to be discussed in future surveys.

Translation of the abstract (German)

Die Hüftkopfnekrose – eine retrospektive Auswertung gelenkerhaltender Therapiemöglichkeiten und ein Ausblick auf zukünftige klinische Möglichkeiten

Einleitung:
Die hier vorliegende Arbeit zur aseptischen Hüftkopfnekrose des Erwachsenen gliedert sich im Wesentlichen in zwei große Teile. Im ersten Teil wird ein umfangreicher und vollständiger Überblick über die aktuellsten klinischen und wissenschaftlichen Erkenntnisse zur Ätiologie, Diagnostik und Therapie in der gängigen Fachliteratur gegeben.
Im zweiten Teil, welcher sich wiederum in drei Abschnitte, gliedert werden die selbst angestellten klinischen und wissenschaftlichen Untersuchungen, sowie deren Ergebnisse präsentiert.
Die Femurkopfnekrose ist eine Erkrankung, welche vor allem jüngere Menschen, zwischen 30 und 50 Jahren und somit in Mitten ihrer größten Leistungsfähigkeit betrifft. Dies hat nicht nur für jeden Betroffenen individuell belastende und einschränkende Auswirkungen, sondern ist auch für die Gesellschaft und das Gesundheitssystem eine enorme Belastung. Die aseptische Nekrose des Hüftkopfes beginnt langsam und verläuft unbehandelt progredient bis zur vollständigen arthrotischen Zerstörung des Gelenkes. Die Patienten berichten in vielen Fällen über eine zunehmende diffuse Schmerzhaftigkeit und Bewegungseinschränkung des betroffenen Hüftgelenkes. Die treffende Diagnose wird oft erst spät und somit in bereits fortgeschrittenen Stadien gestellt. Den diagnostischen Goldstandard stellt die Magnetresonanztomographie (MRT) dar. Mittels MRT können bereits die Frühformen der Osteonekrose erkannt werden, wenn das normale Röntgenbild noch völlig unauffällig erscheint.
Es haben sich verschiedene Stadien-Klassifikationen der Hüftkopfnekrose entwickelt. Die weitaus geläufigste ist hierbei diejenige der „Association Research Circulation Osseous“ (ARCO). Diese berücksichtigt vor allem radiologische Aspekte. Sie ermöglicht eine Einteilung in die Stadien I bis IV, wobei im potentiell reversiblen Stadium I nur im MRT pathologische Veränderungen sichtbar sind. Im Stadium ARCO II wird auch das normale Röntgen positiv, mit vermehrter Sklerosierung des Nekroseareals, bei jedoch völlig erhaltener Hüftkopfkontur. Im Stadium III kommt es zu subchondralen Einbrüchen, welche sich im Röntgenbild als eine Entrundung des Hüftkopfes darstellen. Das finale Stadium IV stellt die vollständige Zerstörung des Gelenkpartners dar. Diese Einteilung ist neben dem akademischen Interesse vor allem für die Therapie von höchster Relevanz.
Obwohl viele Risikofaktoren bekannt sind, ist die exakte Ätiologie der Erkrankung noch unklar. Als mögliche Risikofaktoren gelten neben den „Lifestyle-Faktoren“ Rauchen und Alkoholabusus, vor allem eine längere oder höher dosierte Therapie mit Kortikosteroiden. Desweiteren werden physische Überlastung mit Mikrotraumata, metabolische Erkrankungen, wie der Morbus Gaucher und genetische Vorerkrankungen, wie die Sichelzellanämie oder Thrombophilien genannt.
Pathomechanismus:
Der Pathomechanismus der Hüftkopfnekrose war lange Zeit unklar, jedoch scheint sich mittlerweile die Theorie eines erhöhten intra-ossären Druckes zu bestätigen. Dabei wird davon ausgegangen, dass im erkrankten Femurkopf der intramedulläre Druck gesteigert ist. Dies führt zu einer Kompression und in Folge dessen zu einer Obstruktion von kleinsten venösen Gefäßen. Dadurch kommt es zu einem gestörten Abfluss des Blutes und somit zu einem erhöhten Blutvolumen im Knochenmark. Dies führt wiederum zu einer Steigerung des Druckes im spongiösen Knochen. Dieser circulus vitiosus bedingt eine Minderversorgung des Knochenmarks mit Sauerstoff und endet letztlich im nekrotischen Untergang des Gewebes.
Hintergrund:
Aus der Pathogenese ergeben sich auch die geläufigsten gelenkerhaltenden Therapien. Diese haben als primäre Grundidee den Versuch der Entlastung des gestauten Kompartiments, da man sich dadurch eine Normalisierung des Blutflusses und folglich eine Regeneration des Gewebes erhofft. Bei erhöhtem intrakompartimentellem Druck erfolgt somit nach Ficat und Arlet eine Core Decompression. Das primäre Ziel aller Therapieversuche ist in frühen Stadien immer die Erhaltung des Hüftgelenkes. Dies sollte wenn möglich dauerhaft sein, jedoch sollte dadurch zumindest Zeit gewonnen werden, bis die Implantation einer Totalendoprothese (TEP) nötig wird. Als mögliche konservative Therapieoption wird vor allem die Entlastung des betroffenen Gelenkes mittels Gehstützen empfohlen, um in der akuten Phase eine weitere Eskalation zu fortgeschrittenen Stadien zu vermeiden. Ob eine spontane Remission, allein dadurch zustande kommt ist unklar. Auch vielfältige medikamentöse Therapiemöglichkeiten von Statinen, über Bisphosphonate, bis hin zu Rheologika, wie das stabile Prostazyklin-Analogon Ilomedin werden in der klinischen Praxis eingesetzt. Durch das am häufigsten angewandte und am besten erforschte Ilomedin erhofft man sich eine Steigerung des intramedullären Blutflusses, mit einer konsekutiven Regeneration des Knochengewebes. Ilomedin wird intravenös in einem fünf tägigen Schema mit ansteigender patientenadaptierter Dosis verabreicht. Es konnte gezeigt werden, dass Patienten, welchen das Medikament in den frühen ARCO Stadien I und II verabreicht wurde, eine deutliche Reduktion der Schmerzen, eine Zunahme der Mobilität und sogar eine radiologische Verbesserung zeigten. Ein großer Vorteil dieser Therapie ist die fehlende Invasivität und ihre relativ geringen Nebenwirkungen.
Als operative gelenkerhaltende Therapie ist die sogenannte „Core Decompression“ am weitesten verbreitet und auch am besten untersucht. Hierbei handelt es sich um eine Anbohrung des Hüftkopfes, mit dem Ziel der Druckentlastung. Daneben soll durch das bewusste Verursachen einer intramedullären Blutung ein Regenerationsreiz gesetzt werden. Die Anbohrung erfolgt meistens mittels Kirschnerdrähte, welche unter Bildwandlerkontrolle in das nekrotische Areal eingebracht werden. Klassischerweise wird die Nekrose fächerförmig angebohrt, um einen größeren Anteil des defekten Bereiches zu erfassen. Neben der Anbohrung mit K-Drähten kann dafür auch eine etwa zehn Millimeter starke Hohlfräße verwendet werden. Dies eröffnet die Möglichkeit das nekrotische Material direkt zu entfernen und bei einer autologen Spongiosaplastik durch andernorts gewonnene intakte Spongiosa zu ersetzen. Der Nachteil hierbei ist jedoch der größere kortikale Defekt und die damit verbundene Schwächung und Frakturgefährdung des Schenkelhalses. Dieses Risiko wird jedoch durch eine postoperative Ent- oder Teilbelastung minimiert. Jedoch ist der Eingriff mit einem größeren Aufwand verbunden, da hierfür ein zweiter OP-Situs (Beckenkamm) geschaffen werden muss. Durch die in der gesunden, durchbluteten Spongiosa enthaltenen Osteoprogenitor Zellen erwartet man sich einen zusätzlichen Wachstums- und Heilungsstimulus. In der Literatur werden auch weitere autologe Knochentransplantate, wie gefäßgestielte Fibula-Transplantate beschrieben. Diese konnten sich aber nicht in der breiten Anwendung durchsetzen. Als weitere gelenkerhaltende Therapie sind Umstellungsosteotomien zu nennen. Diese sind jedoch auf Grund der Komplexizität des Eingriffes und der geringen Patientenakzeptanz eher von untergeordneter Bedeutung und speziellen Ausnahmen vorbehalten. Als letzte Therapiemöglichkeit bei weit fortgeschrittener Nekrose oder bei Versagen der gelenkerhaltenden Optionen bleibt die Hüftgelenkstotalendoprothese (Hüft-TEP). Diese stellt eine sehr gute Therapieform dar, ist bei den überwiegend jungen Patienten mit Femurkopfnekrose jedoch so lange wie möglich hinaus zu zögern, um perspektivisch häufige Wechsel- und Revisionseingriffe zu vermeiden.
Hauptteil
Im zweiten Abschnitt der hier vorliegenden Arbeit werden die selbst durchgeführten Untersuchungen und Auswertungen dargelegt. Dieser Abschnitt gliedert sich wiederum in drei Fragestellungen. Zum ersten wird ein retrospektiver klinischer Vergleich zwischen der Anbohrung und der Anbohrung mit autologer Spongiosaplastik angestellt.
In der zweiten Fragestellung wird die Zielgenauigkeit der beiden Therapievarianten untersucht.
Im dritten Abschnitt erfolgt die Vorstellung einer bisher so noch nicht beschriebenen Darstellung der intramedullären Perfusion des Hüftkopfes mittels MRT-basierter Perfusionsmessung.
Da in der Literatur viele verschiedene Konzepte zur gelenkerhaltenden Therapie bei Hüftkopfnekrose beschrieben werden, soll im ersten Teil der vorliegenden Arbeit ein Vergleich zwischen der konventionellen Hüftkopfanbohrung und der Anbohrung mit autologer Spongiosaplastik gemacht werden.
In einem retrospektiven Studiendesign wurden Patienten, welche im orthopädischen Universitätsklinikum Bad Abbach gelenkerhaltend therapiert worden waren, nachuntersucht. Hierfür wurden aus einem Gesamtkollektiv von 289 Hüften mit der Diagnose Hüftkopfnekrose aus dem Zeitraum von 2006 bis 2012 die 62 Fälle mit einer gelenkerhaltenden Therapie ausgewählt. Davon konnten 31 Fälle für die Nachuntersuchung rekrutiert werden und für die folgenden Untersuchungen eingeschlossen werden.
Die Nachuntersuchung setzte sich zusammen aus einer klinischen Untersuchung, mit Ermittlung der Bewegungsfähigkeit (range of motion, ROM), eventuellen Kontrakturen und Feststellung der Schmerzhaftigkeit in Ruhe und unter Belastung mittels der visuellen Analogskala (VAS 10). Ergänzend wurden die Patienten gebeten einige Fragebögen und Scores zu beantworten. Hierbei kamen der Harris Hip Score (HHS), der Hip disability and Osteoarthritis Outcome Score (HOOS), der EuroQol-5D (EQ-5D) und der Short Form 36 (SF-36) zum Einsatz. Für die radiologische Beurteilung des Hüftgelenkes wurde ein konventionelles Röntgen in Hüftübersicht und in der Lauenstein-Projektion angefertigt. Hierauf wurde bei allen Patienten eine Magnetresonanztomographie (MRT) mit Kontrastmittel durchgeführt. An Hand dieser Daten erfolgte eine Gegenüberstellung von jeweils elf Patienten mit Anbohrung oder Anbohrung mit Spongiosaplastik. Diese relativ kleine Anzahl an Studienteilnehmern in dieser Subgruppe war vor allem durch den Versuch der bestmöglichen Vergleichbarkeit begründet, da durch „matched pairs“ eine möglichst homogene Verteilung der Gruppen erreicht werden sollte. Das „matching“ erfolgte nach den Parametern Geschlecht und Alter. Außerdem wurden in jeder Gruppe nur Patienten berücksichtigt, welche von dem jeweils gleichen Operateur behandelt worden waren. Zusätzlich lag bei allen Eingeschlossenen ein initiales ARCO II Stadium vor. Die Nachuntersuchung erfolgte im Mittel etwa vier Jahre nach der Intervention in der Gruppe der „Core Decompression“ und etwa fünf Jahre nach Therapie bei den Patienten die eine autologe Spongiosaplastik erhalten hatten.

Vergleich zwischen Core Decompression und autologer Spongiosaplastik
Die Analyse der Daten erbrachte zwar keine statistisch signifikanten Unterschiede bezüglich der klinischen und radiologischen Ergebnisse zwischen den beiden Gruppen, jedoch generell gute Langzeitergebnisse mit hoher Patientenzufriedenheit. In den klinischen Auswertungen des Bewegungsausmaßes der behandelten Hüfte, als Indikator für die Funktionalität des Gelenkes und der Schmerzhaftigkeit während Belastung, erzielten die Patienten mit einer autologen Spongiosaplastik etwas bessere Ergebnisse. Dies spiegelte sich auch in den Angaben der Fragebögen wieder. Dort gaben Patienten nach autologer Spongiosaplastik etwas bessere hüftspezifische Werte an. Allerdings war das Abschneiden in der Gruppe der reinen Anbohrung etwas besser in Hinblick auf die Einschätzung der generellen und psychischen Gesundheit. In der radiologischen Beurteilung, also einer erneuten Stadieneinteilung waren im Durchschnitt keine Unterschiede feststellbar. Dies bedeutet, dass beide Therapieformen sowohl im klinischen, als auch im subjektiven und im radiologischen Outcome sehr ähnlich waren. Dies spricht wiederum für die Gleichwertigkeit beider Therapie Optionen.

Zielgenauigkeit
Der zweite Aspekt dieser Arbeit beschäftigt sich mit einer relativ neuen technischen Möglichkeit, welche zunehmend Einzug in die operative Medizin erhält. Es geht hierbei um die dreidimensionale Rekonstruktion anatomischer oder pathologischer Formationen. In der vorliegenden Untersuchung wurden bei 22 angebohrten Hüften die Nekrose und der Bohrkanal dreidimensional aus den MRT-Aufnahmen rekonstruiert. Aus der Rekonstruktion erfolgte eine Vermessung der Ausmaße und der Volumina der nekrotischen Areale. Danach wurden die Abweichungen der jeweiligen Bohrkanäle vom Mittelpunkt der Nekrose für jede einzelne Raumachse ausgemessen. Es erfolgte eine Gegenüberstellung von zehn Hüften mit reiner Core Decompression gegen 12 Hüften mit Spongiosaplastik. Aus den gewonnenen Ergebnissen zeigte sich, dass alle nekrotischen Areale von der Anbohrung getroffen wurden. Ein Vergleich der Genauigkeit der Intervention zwischen der klassischen Anbohrung und der Anbohrung mit anschließender Spongiosaplastik ergab keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Methoden.
Im Zuge der Volumenbestimmung der Nekrose konnte der bereits in der Literatur beschriebene Zusammenhang zwischen größerem Ausmaß der Nekrose und einer wahrscheinlicheren Progredienz der Erkrankung bestätigt werden.

Intramedulläre Perfusionsmessung
Im dritten Teil dieser Studie wurde das neuartige Verfahren der intramedullären Perfusionsmessung untersucht. Das Grundprinzip dieser Methode beruht auf MRT-Aufnahmen zu bestimmten Zeitintervallen nach Kontrastmittelapplikation. Hierfür wurde den Patienten ein Kontrastmittel injiziert und nach festen Zeiten wurden bestimmte MRT-Sequenzen durchgeführt. Die Idee hinter dieser Methode besagt, dass sich die Kontrastmittelanreicherung im Knochenmark proportional zur Durchblutung verhält. Das heißt, dass sich aus der Signalsteigerung im MRT Rückschlüsse auf die Perfusion ziehen lassen müssten. Dieser Abschnitt der Studie wurde als rein deskriptiver Versuch zur Anwendbarkeit dieser neuartigen und bisher kaum beschriebenen Methode durchgeführt. Dies konnte an 26 der behandelten Hüften erfolgen, unabhängig von der Art der Therapie oder dem initialen Stadium. Ergänzend wurden auch die gesunden, beziehungsweise unbehandelten Hüften betrachtet. Es ließ sich erkennen, dass Patienten mit einer Ilomedin-Infusionstherapie erhöhte Perfusionswerte aufwiesen. Die Bedeutung und Zusammenhänge dieser Ergebnisse müssen in weiteren Untersuchungen ebenso dargelegt werden, wie die Möglichkeit durch die Perfusionsmessung noch früher Hinweise auf eine Störung in der intramedullären Perfusion zu bekommen und damit eine Risikoabschätzung für das Auftreten einer avaskulären Knochennekrose.