EINLEITUNG

Definition der Skoliose

Das Wort Skoliose stammt vom griechischen Wort σκολιοσ und bedeutet soviel wie krumm oder Verkrümmung. Schon in der Antike fand dieser Begriff, der jetzt für die fixierte Seitenverbiegung der Wirbelsäule mit begleitender Torsion und Rotation steht (Niethard 1997), Verwendung.

Aufgrund der gelenkigen Verbindungen der einzelnen Wirbel findet mit der seitlichen Verbiegung der Wirbelsäule auch eine Rotation statt, die dann im klinischen Erscheinungsbild den Rippenbuckel bzw. das Rippental und den Lendenwulst bzw. den Lendental hervorruft (Witt et al.1990).

Unter der Torsion versteht man die Verdrehung bzw. Verwringung jedes einzelnen Wirbels in sich.

Historische Einordnung

Da die Skoliose zu erheblichen äußerlichen Verunstaltungen führen kann, ist der Versuch der Begradigung der Wirbelsäule eine der am längsten bekannten orthopädischen Maßnahmen (Niethard 1997). Bereits Hippokrates (ca. 460 – 370 v. Chr.) beschrieb die Entstehung einer Wirbelsäulenverkrümmung; den eigentlichen Begriff der Skoliose sowie der Kyphose und Lordose prägte aber erst Galen (129-199).

Nach den verschiedensten Therapieansätzen boten die 1885 entdeckten Röntgenstrahlen erstmals die Möglichkeit einer sinnvollen operativen Therapie, so daß Hibbs mit seiner 1911 beschriebenen Technik der dorsalen Spondylodese die Ära der operativen Skoliosebehandlung einleitete (Hefti 1998).

Skoliose

Nach heutigen Gesichtspunkten läßt sich die Skoliose durch präzise Beurteilung anhand bildgebender Verfahren nach verschiedenen Kriterien einordnen.

Kurventypen der Skoliose

Unter dem Begriff der Skoliose werden alle Zustände zusammengefaßt, bei denen eine Abweichung aus der Lotlinie vorliegt.

Von King (King et al. 1983) wurden 5 verschiedene Kurventypen zur Einteilung der Skoliose vorgeschlagen. DieseTypisierung für die thorakale Skoliose findet auch heute immer noch Verwendung:

Typ I ca. 13 %: die lumbale oder thorakolumbale Krümmung ist deutlich stärker ausgeprägt als die thorakale, beide Kurven überschreiten die Sakrummittellinie
Typ II ca.33 %: die thorakale Krümmung ist stärker als die lumbale, beide Kurven überschreiten die Sakrummittellinie
Typ III ca. 33 %: thorakale Krümmung bei der die lumbale Gegenkrümmung die Mittellinie nicht überkreuzt
Typ IV ca. 9 %: langbogige, thorakale Krümmung, L 5 stabil, L 4 bereits in die Krümmung miteinbezogen
Typ V ca. 12 %: thorakale Doppelkurve, bei der Th 1 gekippt ist und somit hochthorakal und tiefthorakal zwei strukturelle Krümmungen vorhanden sind.

Abbildung 1: Klassifikation der Skoliose nach King

Idiopathischen Adoleszentenskoliose

Das Krankheitsbild der Skoliose kann verschiedene Ursachen haben, jedoch liegt in 85% der Fälle eine idiopathische Skoliose vor.

Die Manifestation idiopathischer Skoliosen kann in jedem Wachstumsalter stattfinden. Da der Zeitpunkt des Erkrankungsbeginnes entscheidend für die Entwicklung und die Prognose sind,

teilt man die Skoliose entsprechend ihrer Wachstumsphasen in infantil, juvenil und adoleszent ein.

Die häufigste Form der idiopathischen Skoliose ist die Adoleszentenskoliose, die ab dem 10. Lebensjahr auftritt. Sie tritt meist thorakal und fast ausnahmslos rechtskonvex auf.

Da die Progredienz gerade in der Pubertät durch einen vermehrten Wachstumsschub erheblich ist, muß die Phase, in der sich die körperliche Entwicklung befindet, genau berücksichtigt werden, um eine adäquate Therapie einzuleiten. Besondere Bedeutung haben der Zeitpunkt des Eintrittes der Menarche beim weiblichen Geschlecht, da nach diesem der Wachstumshöhepunkt schon überschritten ist und die Beurteilung des Wachstums mit Hilfe des Risser-Zeichens (Risser 1958), da anhand der Verknöcherung der Beckenkammapophyse die Skelettreife abgeschätzt werden kann.

Abbildung 2: Risser-Zeichen: Die Verknöcherung beginnt von lateral zur Zeit des größten Wachstumsschubes (Risser-Stadium I). Der Wachsstumsschub ist mit dem Risser-Stadium IV abgeschlossen. Die vollständige Verknöcherung der Apophyse ist dann nach ca. 2 Jahren abgeschlossen (Risser-Stadium V). Modifiziert nach Hefti

Folgen der Skoliose

Als gesundheitliche Beeinträchtigung steht vor allem bei der hochgradigen thorakalen Skoliose die verminderte Herz-Lungen- Funktion im Vordergrund.

Eine weitere wichtige Rolle spielen die kosmetischen Beeinträchtigungen, vor allem bei den weiblichen Patienten. Ab einem Cobb-Winkel von 40° macht sich der Rippenbuckel schon stark bemerkbar, was zu einer starken psychischen Belastung und zu einer Minderung der Lebensqualität führen kann.

Konservative Therapie

Ziel jeder Therapie sollte es sein, die Progredienz der Erkrankung aufzuhalten, die Krümmung zu korrigieren und bereits erreichte Therapieerfolge zu stabilisieren. Dafür stehen als konservative Methoden Krankengymnastik und Korsettbehandlung zur Verfügung.

Krankengymnastik

Die Krankengymnastik ist ab einem Cobb-Winkel von 10° induziert. Es gibt vielfache Möglichkeiten eine solche Gymnastik durchzuführen, z.B. als Klappsches Kriechen, nach Vojta oder Schroth. Unumstritten in der Literatur ist, daß die Krankengymnastik die muskuläre Situation entscheidend verbessert. Die Muskelkraft, Muskelausdauer und Muskelkoordination nimmt zu (Gruber et al. 1985); es findet eine Entlordosierung und eine Verbesserung der Herz-Lungen-funktion statt (Hefti 1998).

Allgemein wird die Krankengymnastik als Zusatz zu anderen Behandlungsmethoden verwendet.

Korsettbehandlung

Die Indikation für eine Korsettbehandlung ist bei Krümmungen, die mehr als 20° betragen und eine Progredienz von mehr als 5° pro Jahr aufweisen, gegeben.

Es stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten.

Eine passive Korrektur der Krümmung durch Pelotten wird durch das Cheneau- und BostonKorsett bewirkt (Emans et al. 1986, Hopf et al. 1985).

Als Aktivkorsett kann das Milwaukee-Korsett mit Mahnpelotten benutzt werden (Blount et al. 1958).

Das Wilmington-Korsett korrigiert durch Kompression (Basset et al. 1986).

Bei der Korsettbehandlung gilt vor allem die Compliance der Patienten als Hemmfaktor. Statt der bisher verordneten Tragedauer von 23 Stunden pro Tag wird darauf hingewiesen, daß bereits mit einer Tragedauer von 18 Stunden pro Tag gleiche Ergebnisse erzielt werden können

(Allington et al. 1996, Niethard 1997). Daraus würde eine erhebliche Verbesserung der Compliance resultieren, die bei dieser Therapieform ausschlaggebend ist.

Operative Therapie

Die operative Therapie bei Skoliosepatienten ist bei einem Krümmungswinkel von mehr als 40°

und einer zu erwartenden Progredienz unter Berücksichtigung aller Risikofaktoren induziert.

Heutzutage sind die Möglichkeiten der operativen Korrektur sehr vielfältig geworden, und es steht eine Reihe von ventralen sowie dorsalen Spondylodesemethoden zur Verfügung.

Präoperativ können Maßnahmen zur Vordehnung der Wirbelsäule wie z.B. die Halo-Extension durchgeführt werden.

Spondylodese in situ

Von der Spondylodese in situ spricht man bei der uninstrumentierten Spondylodese. Der zu behandelnde Wirbelsäulenabschnitt wird ohne das Einbringen von Metallstäben oder Schrauben versteift.

Der Nachteil dieser Methode ist, daß der Patient sehr lange immobilisiert werden muß, damit die Einheilung und somit die Stabilität des versteiften Wirbelsäulenabschnittes gewährleistet ist.

Instrumentierte Spondylodese

Bei der instrumentierten Spondylodese wurde eine Reihe von ventralen sowie dorsalen Operationsmethoden entwickelt. Allen gemeinsam ist, daß nach Entstehung einer Knochenwunde an der instrumentierten Wirbelsäule Knochenmaterial angelagert wird, daß autolog, allogen oder synthetisch (z.B. Tricalciumphosphat) sein kann. Dies führt zur Versteifung und somit zur Stabilisierung des so behandelten Wirbelsäulenabschnittes.

Ventrale Methoden

Dwyer beschrieb als Erster ein Korrekturprinzip für die skoliotische Verkrümmung von ventral (Dwyer et al.1969).

Bei dieser Methode wurden Schrauben an der Konvexseite der Wirbelkörper eingebracht und durch ein Kabel verbunden. Durch Zug am Kabel und somit durch Kompression konnte eine Korrektur erreicht werden.

Durch gleichzeitige Resektion der Bandscheiben kam es zu erheblicher Kyphosierung vor allem im lumbalen Bereich, so daß diese Methode später durch Zielke modifiziert wurde.

Bei der ventralen Derotationsspondylodese nach Zielke (Zielke et.al 1975) werden die Schrauben parallel zum hinteren Längsband in die Wirbelkörper im nach dorsal konvexen Bogen eingedreht. In die Schrauben wird anstelle des Kabels eine Gewindestange eingelegt. Diese wird mit einem speziellen Derotationssystem gedreht, und die Wirbel so innerhalb der Spondylodesestrecke derotiert. Die seitliche Ausbiegung der Wirbelsäule wird in eine Lordose überführt. Das anschließende Anziehen der Schrauben führt zur Kompression.

Zusätzlich wird die Kyphosierung durch Einlegen von Knochenstückchen in die Bandscheibenzwischenräume vermieden.

Durch die konvexseitige Kompression der Krümmung wird der instrumentierte Abschnitt der Wirbelsäule verkürzt (Zielke 1985) und so das neurologische Risiko gegenüber den dorsalen Verfahren verringert.

Die ventrale Derotationsspondylodese benötigt postoperativ einen Gips oder eine Orthese als Stabilisierung.

Dorsale Methoden

Harrington entwickelte die Technik der dorsalen Spondylodese von Hibbs (Hibbs 1921) mit Hilfe seines Instrumentariums weiter (Harrington 1962).

Primär wurden Haken und ein Distraktionsstab auf der Konkavseite der Skoliose eingebracht, die dann durch einen Kompressionsstab auf der konvexen Seite ergänzt wurden. Dieses Instrumentarium bewirkte Korrektur und anteilige Stabilisierung bis zum Ausheilen der eingebrachten Knochenspäne.

Durch die Rigidität der Stäbe bestand eine Schwierigkeit in der Korrektur des Sagittalprofils, aus der eine Hypokyphose und ein Flachrücken resultieren konnten.

Ein weiterer entscheidender Nachteil bestand in der langen postoperativen Immobilisation der Patienten in Korsetten, da sonst die Gefahr von Hakenausrissen und Stabbrüchen bestand.

Luque (Luque 1982) führte die nach ihm benannten Stäbe, die ohne Haken verankert wurden sowie die segmentale Verdrahtung ein. Dadurch erfolgt die Korrektur nicht nur durch longitudonale, sondern auch über transversale Kräfte. Es findet eine Derotation statt und die Stabilität wird erhöht.

Die Luque Stäbe konnten sich nicht durchsetzen, die segmentale Verdrahtung findet sich heute in Kombination mit distrahierenden Stäben als Harrington-Luque-Verfahren.

Von Cotrel und Dubousset wurde ein verbessertes Instrumentarium entwickelt (Dubousset et al. 1989), das eine dreidimensionale Krümmungskorrektur und stabile Fixation durch viele Haken und transpedikulärer Schrauben ermöglicht.

An der Konkavseite der Krümmung werden mehrere Haken gesetzt und danach ein Stab, der die Krümmung nachahmt, angebracht. Der Stab wird um 90° nach dorsal gedreht und in eine Kyphose überführt. Dadurch wird gleichzeitig die Skoliose reduziert, die Kyphose vermehrt und derotiert. Weiterhin wird ein Distraktionsstab auf der konvexen Seite angebracht und komprimiert. Die beiden Stäbe werden durch Querverbinder verbunden.

Diese Methode findet eine besondere Indikation bei Vorliegen einer thorakalen Hypokyphose.

Der wesentliche Vorteil der Operationsmethode besteht darin, daß durch die selektive Besetzung strategisch wichtiger Wirbelkörper Korrekturen in erheblichem Maße durchgeführt werden können.

Durch die endseitige Fixierung der Instrumentationsstrecken und die segmentale Verspannung der Stäbe ensteht eine stabile Rahmenkonstruktion, die eine korsettfreie Nachbehandlung ermöglicht.

Das Universal Spine System (USS) wird mit einer Translokationstechnik angewendet.

Das USS-Instrumentarium besteht aus Querverbindern, Schrauben und Haken mit seitlicher Öffnung, die an Stangen aus Titan oder rostfreiem Stahl befestigt sind und dann an jeder beliebigen Stelle fixiert werden können.

Ein Fixationsstab, der in seiner Form mit der thorakalen Kyphose korrespondiert, wird an der Konkavseite der Krümmung in seiner Endposition eingebracht und z.B. am kaudalen Endwirbel der Krümmung fixiert. Dann werden auf der konkaven Seite Pedikelhaken angebracht. Durch ein spezielles Repositionsinstrument werden die Haken und somit die entsprechenden Wirbel durch dorsale und transversale Traktion zum Fixationsstab gezogen und dort befestigt. Ein weiterer Fixationsstab auf der Konvexseite sowie Querverbinder werden eingebracht.

Dadurch sollen nicht nur eine Korrektur der Krümmung und Derotation erzielt werden, sondern auch eine bessere Stabilität bzw. knöcherne Fixierung, aus der dann eine bessere Fusion und somit verbesserte Korrekturergebnisse resultieren.

Spondylodesematerialien

Obwohl es heutzutage eine Vielzahl operativer Techniken bei der Behandlung der idiopathischen Skoliose gibt, werden immer noch große Mengen von Knochenmaterialien für die Spondylodese benötigt, um Pseudarthrosen zu vermeiden.

Dabei können verschiedene Knochenmaterialien verwendet werden:

autologes Knochengewebe
allogenes Knochengewebe
künstlich hergestellte Knochenersatzmaterialien wie z.B. Tricalciumphosphat oder Hydroxylapatit

Um eine solide Fusion erreichen zu können, ist es wichtig, daß die verwendeten Knochenmaterialien osteoinduktive und osteokonduktive Fähigkeiten haben, sowie ein osteogenetisches Potential besitzen.

Unter dem osteogenetischen Potential versteht man, daß das Knochenmaterial Zellen enthält, die den frühen Einheilungsprozeß unterstützen, indem sie Spender- und Empfängerknochen zusammenhalten und neues Knochenmaterial bilden. Autologer Knochen und Knochenmark haben das größte osteogenetische Potential.

Osteokonduktivität ist die Eigenschaft eines Knochenmaterials, die die Neuvaskularisation und die Infiltration von osteogenetischen Zellen möglich macht. Das Implantat muß eine Porenstruktur besitzen, die den neuen Knocheneinbau ermöglicht.

Osteoinduktion ist der Prozeß, bei dem bestimmte Wachstumsfaktoren gebildet werden, die bestimmte Stammzellen stimulieren und so die Osteoblastenaktivität gesteigert wird, und neue osteogenetische Zellen gebildet werden (Marchesi 2000).

Eine besondere Bedeutung kommt dabei einem bestimmten Wachstumsfaktor zu, dem „Bone Morphogenetic Protein“ (BMP). Die Familie der „Bone Morphogenetic Proteine“ ist die einzige, für die eine de novo Induktion von Knochen und auch Knorpel nachgewiesen werden konnte (Muschik 1998).

Autologer Knochen

Die Verwendung von autologem Knochenmaterial wird seit dem Beginn der operativen Therapie der idiopathischen Adoleszentenskoliose als „Goldstandard“ bezeichnet, mit dem sehr gute Ergebnisse erzielt werden können.

Autologes Material bietet den Vorteil, daß sich der knöcherne Einbau relativ schnell und ohne Komplikationen wie körpereigene Abstoßungsreaktionen oder allergene Reaktionen vollzieht, da dieses Material alle drei gewünschten Eigenschaften besitzt: Osteokonduktivität, Osteoinduktion und osteogenetisches Potential (Marchesi 2000).

Allerdings wird wird für die Spondylodese eine sehr große Menge an Knochenmaterial zur Sicherstellung der Stabilität benötigt, so daß die Rippenbuckelresektion und das Abhobeln der Laminae nicht ausreicht.

Größere Mengen des Knochenmaterials werden daher mit einem seperaten Hautschnitt vom Beckenkamm entnommen. So durchgeführte Spongiosaentnahmen führen häufig zu nicht unerheblichen Komplikationen.

In der Literatur wird von Komplikatiosraten von 0,74 % - 49 % berichtet (Banwart et al. 1995, Fernyhough et al. 1992).

Zwar kommt es nur bei wenigen der operativ behandelten Patienten zu schweren Schäden wie z.B. der Fraktur des Beckens oder der Destabilisierung des Iliosakralgelenkes, leichtere Beschwerden wie Störungen der Sensibilität der glutealen Region und kosmetische Beeinträchtigungen aufgrund der starken Narbenbildung kommen aber bei bis zu 49 % der Patienten vor.

Allogener Knochen

Als Alternative zum autologen Knochen kann auch allogenes bzw. xenogenes Knochenmaterial aus einer Knochenbank verwendet werden.

Zwar entfallen so die vorher angesprochenen Komplikationen, die bei der Entnahme autologer Spongiosa aus dem Beckenkamm entstehen, aber es ergeben sich eine Reihe neuer Probleme.

Durch die Verwendung einer nicht körpereigenen Substanz verlängert sich die Einbaudauer des Implantats. Es kann zu einer geringeren Stabilität als autologes Material führen, da allogener Knochen zwar sehr osteokonduktiv, aber nur mäßig osteoinduktiv ist und kein osteogenetisches Potential besitzt, da die Zellen die Transplantation nicht überleben (Marchesi 2000).

Weiterhin ist die Gefahr einer allergenen Reaktion wie bei jedem Transplantat gegeben.

Auch birgt allogenes Knochenmaterial die Gefahr einer viralen oder bakteriellen Kontamination,

so daß sowohl ein Infektionsrisiko des Patienten mit z.B. Hepatitis-Viren oder HIV gegeben ist (Buck et al. 1989, Center for Disease Control 1988), als auch ein erhöhtes Entzündungsrisiko durch Bakterien (Deijker et al. 1997). Diese Entzündungen können dann zu einer Nekrose führen (Banwart et al. 1995).

Knochenersatzmaterialien

Aufgrund der oben genannten Probleme besteht ein steigendes Interesse an biokompatiblen osteokonduktiven Knochenersatzstoffen, die auch in größeren Mengen verfügbar sind.

Weiterhin müssen sie verschiedene Eigenschaften aufweisen: Kompatibilität mit dem umliegenden Gewebe, chemische Stabilität, Produzierbarkeit in variablen Formen, einen vertretbaren Herstellungspreis und sichere Qualitätskontrollen.

Als Knochenersatzmaterialien wurden bisher vor allem Hydroxylapatit, korallines Hydroxylapatit, verschiedene Calciumverbindungen und Tricalciumphosohat verwendet.

Calciumphosphatverbindungen, die einen ähnlichen Aufbau wie Knochen haben, sind nicht allergen und haben eine gute Knochenbindungsfähigkeit. Sie werden seit 30 Jahren als Knochenersatzmaterialien in orthopädischen, kieferchirurgischen und dentalen Operationen benutzt.

Die Resorbierbarkeit von Hydroxylapatit wird als eingeschränkt betrachtet, während Tricalciumphosphat durch zelluläre Mechanismen resorbiert wird und und neues Knochengewebe bildet (Daculsi et al. 1989, Zerwekh et al. 1992).

Die Qualität einzelner Knochenersatzstoffe für eine stabile spinale Fusion wurde in verschiedenen experimentellen und klinischen Studien untersucht.

Experimentelle Studien

In tierexperimentellen Studien wurden für die spinale Fusion meist Schafe verwendet, um vergleichbare Bedingungen für die operative Therapie Adoleszenter mit idiopathischer Skoliose zu schaffen.

Alle Schafe (Guigui et al. 1994, Steffen et al. 2000) wurden mit derselben Operationsmethode nach Cotrel-Dubousset operiert.

Als Kontrollgruppe wurde jeweils eine Gruppe von Schafen nur mit autologem Knochen behandelt. Die Untersuchungsgruppen erhielten für die Spondylodese entweder korallines Hydroxylapatit, Hydroxylapatit gemischt mit autologem Knochen oder eine Mischung aus Hydroxylapatit und Tricalciumphosphat.

Postoperativ wurde dann jeweils das Ausmaß der Flexion, Extension, der seitlichen Biegung und der Rotation bestimmt.

Bei allen Untersuchungsgruppen konnte kein signifikanter Unterschied zwischen der Behandlung mit autologem Knochen und Knochenersatzmaterialien festgestellt werden.

Klinischen Studien

In vorangegangenen Studien über die operative Behandlung der idiopathischen Adoleszentenskoliose wurden verschiedene Knochenersatzmaterialien getestet (Delecrin et al. 2000, Le Huec et al. 1997, Passuti et al. 1989, Heise et al. 1990, Ransford et al. 1998).

In allen Studien wurden die Patienten entweder mit der Operationsmethode nach Cotrel-Dubousset oder Harrington-Luque behandelt.

Die Kontrollgruppen erhielten jeweils autologes Knochenmaterial oder autologes Material gemischt mit allogenem Material für die dorsale Spondylodese.

Die Vergleichsgruppen erhielten entweder ein Gemisch aus Hydroxylapatit / Tricalciumphosphat, Tricalciumphosphat in Blockform oder biphasisches Calciumphosphat.

In allen Studien konnte eine signifikante Korrektur der skoliotischen Krümmung erzielt werden.

Statistisch signifikante Unterschiede zwischen den mit autologem und den mit Knochenersatzmaterialien behandelten Patientengruppen konnten nicht nachgewiesen werden, so daß diese Knochenersatzmaterialen als mögliche Alternative für die Behandlung der idiopathischen Adoleszentenskoliose gelten.