Ein neuronal gesteuertes Exoskelett in der Therapie von Patientinnen und Patienten mit Querschnittlähmung

A. Brinkemper¹, Th. A. Schildhauer¹, M. Aach²
In den letzten Jahren haben robotische Therapieansätze und Exoskelette zunehmend Einzug in Querschnittgelähmten-Zentren auf der ganzen Welt gehalten. Wir möchten über die von unserer Arbeitsgruppe gemachten Erfahrungen in der Therapie mit dem Exoskelett HAL bei Patientinnen und Patienten mit Querschnittlähmung berichten. Bei der überwiegenden Mehrheit der in den Studien eingeschlossenen Patientinnen und Patienten kam es zu funktionellen Verbesserungen in Form einer verbesserten Gehstrecke, Gehgeschwindigkeit und Ausdauer. Darüber hinaus wurden eine Reihe weiterer Fortschritte beschrieben, wie beispielsweise eine vorübergehende Abnahme der Spastizität, eine Verbesserung der Blasen- und Darmfunktion, eine Schmerzreduktion sowie eine Veränderung der Muskelaktivität.

5. Juni 2025 Exoskelett, Hybrid Assistive Limb, Orthetik, Querschnittlähmung, Rehabilitation

HAL Robot Suit. Quelle: Eigene Darstellung nach Sankai 2019, Cyberdyne Inc.

¹BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum, Chirurgische Universitätsklinik und Poliklinik, Bürkle de la Camp-Platz 1, 44789 Bochum

²BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum, Abteilung für Rückenmarkverletzte, Bürkle de la Camp-Platz 1, 44789 Bochum

Einleitung

Im Jahr 2019 gab es weltweit 0,9 Millionen neue Fälle von Querschnittlähmungen (QSL)¹. Die Zahl der prävalenten Fälle einer QSL lag bei 20,6 Millionen der weltweiten Verletzungslast². In Deutschland liegt die Inzidenz zwischen 2.000³ und 2.400⁴ pro Jahr, wobei knapp die Hälfte davon eine traumatische Ursache der QSL haben. Aktuell leben in Deutschland etwa 140.000 Menschen mit QSL⁵. Menschen, die eine QSL erlitten haben, befinden sich in einer Situation, in der selbst zuvor einfache Dinge zu unüberwindbaren Hindernissen werden können. Glücklicherweise hat sich in den letzten Jahrzehnten insbesondere durch die Komplikationsbeherrschung die Lebenserwartung der Patientinnen und Patienten in Richtung einer normalen Lebenserwartung verbessert. Zudem haben robotische Therapieansätze und Exoskelette zunehmend Einzug in Querschnittgelähmten-Zentren auf der ganzen Welt gehalten.

Die meisten Exoskelette sehen von außen ähnlich aus. Es gibt einen externen Stützrahmen entlang der unteren Extremitäten, eine Art Hüftrahmen und eine Schuhvorrichtung, die entweder mit den eigenen Schuhen der Patientinnen und Patienten oder über den zum System gehörenden Schuhen verwendet werden kann. Die Systeme unterscheiden sich jedoch in ihrer Anwendung und klinischen Zielsetzung. Einige Systeme sind als Komponente in einem restorativen Therapiekonzept zu verstehen, andere als kompensatorische Hilfsmittel. Weiterhin existieren Unterschiede in der Art der Steuerung. Hier gibt es z. B. eine externe Steuerung über ein Steuergerät/einen Controller oder eine Körperhaltungskontrolle und in einem Fall eine elektromyographisch (EMG) kontrollierte Unterstützung. Unser Bericht konzentriert sich auf dieses EMG-gesteuerte System, den Hybrid Assistive Limb (HAL; Cyberdyne, Inc., Tsukuba, Japan). Der HAL Robot Suit (Abb. 1) ist ein Exoskelett, welches unter Verwendung der den Patientinnen und Patienten verbleibenden Muskelimpulse gesteuert wird. Das System besteht aus einem Rückenmodul, einem Hüftrahmen, jeweils einem Ober- und Unterschenkelrahmen rechts und links sowie eigenen Sensorschuhen. Alle Komponenten lassen sich in der Größe individuell auf den jeweiligen Nutzer anpassen. Antriebsaggregate an den Hüft- und Kniegelenken sorgen für die notwendige Drehmomentunterstützung. Über EMG-Elektroden, welche auf der Hautoberfläche direkt über der Beuge- bzw. Streckmuskulatur von Hüfte und Knie appliziert werden, werden bioelektrische Signale erfasst und über ein Kabel eine Verbindung zwischen Patientinnen und Patienten und Exoskelett hergestellt (Abb. 2). In Abhängigkeit der erfassten Signalqualität, den vorgenommenen Einstellungen am Exoskelett und der in den Sensorschuhen registrierten plantaren Druckverteilung definiert ein Algorithmus die auf den Probanden einwirkenden Drehmomente an den Gelenken. Für jedes der vier Gelenke kann eine separate Einstellung vorgenommen werden und somit eine exakt auf die Patientinnen und Patienten adaptierte Unterstützung appliziert werden⁶. Ursprünglich wurde der HAL entwickelt, um die Trägerin oder den Träger bei täglichen Aktivitäten und schweren körperlichen Arbeiten zu unterstützen⁷, wurde aber auch schon früh für das Training von Patientinnen und Patienten eingesetzt. Der HAL wurde weltweit in der Rehabilitation von akuten⁸ und chronischen⁹ Schlaganfallpatientinnen und ‑patienten sowie Patientinnen und Patienten mit neuromuskulären Erkrankungen¹⁰ und QSL¹¹ ¹² ¹³ ¹⁴ ¹⁵ ¹⁶ ¹⁷ ¹⁸ eingesetzt. Im vorliegenden Artikel berichten wir über die von unserer Arbeitsgruppe in Bochum gemachten Erfahrungen in der Therapie mit dem HAL bei Patientinnen und Patienten mit QSL und fassen die hierzu publizierten Studien zusammen.

Material und Methoden

Der von unserer Arbeitsgruppe verwendete Trainingsalgorithmus sieht ein dreimonatiges, wochentägliches Laufbandtraining vor und ist Grundlage aller im weiteren Verlauf beschriebenen Studien. Die Netto-Laufbandzeit beträgt etwa 30 Minuten. Die Patientinnen und Patienten werden beim Training auf dem Laufband mit einer Überkopfsicherung verbunden, die eine Körpergewichtsentlastung entsprechend den individuellen Voraussetzungen ermöglicht (Abb. 3). Alternativ kann auch ein mobiler Personenlifter benutzt werden, der das Gehen mit dem HAL unabhängig vom Laufband und trotzdem mit der notwendigen Überkopfsicherung ermöglicht. Alle funktionellen Testungen, die im Weiteren beschrieben werden, fanden ohne Nutzung des HAL-Systems statt. Laufband-assoziierte Daten wie Gehgeschwindigkeit, Gehzeit und Distanz beziehen sich auf während des Trainings auf dem Laufband und unter Nutzung des HAL erreichte Mittelwerte in der ersten und letzten Trainingswoche.

Ergebnisse

In Deutschland kam der HAL erstmals in einer Studie von Aach et al.¹⁹ zum Einsatz, an der acht Patientinnen und Patienten im chronischen Stadium (1–19 Jahre nach Eintritt der QSL) nach traumatischer QSL teilnahmen. Die eingeschlossenen Patientinnen und Patienten hatten eine inkomplette QSL (American Spinal Injury Association Impairment Scale²⁰ (AIS) B/C/D, n = 4) oder eine komplette QSL (AIS A, n = 4) mit einem Bereich mit erhaltenen Restfunktionen unterhalb der Läsionsstelle. Die durchschnittliche Anzahl der absolvierten Sitzungen lag bei 51,75 ± 5,6. Die Laufband-assoziierten Ergebnisse verbesserten sich bei allen Patientinnen und Patienten in Bezug auf Gehgeschwindigkeit und Gehzeit, es wurden hier jedoch keine Angaben zur statistischen Signifikanz gemacht, außer für die zurückgelegte Distanz auf dem Laufband, die sich von 195,88 ± 166,71 m auf 954,13 ± 380,35 m (p < 0,05) erhöhte. Zu den funktionellen Testungen gehörten der 10-Meter-Walking-Test (10MWT), der Timed-Up-and-Go-Test (TUG), der 6‑Minuten-Gehtest (6MWT)²¹. Weiterhin wurde eine Muskelkrafterhebung mittels Lower Extremity Motor Score (LEMS)²² durchgeführt sowie der Walking Index for Spinal Cord Injury (WISCI) II Score erhoben²³. Beim WISCI II Score wird über eine 20-Punkte-Skala die Gehfähigkeit eines Probanden anhand der zum Absolvieren von 10 m notwendigen Hilfsmittel und Hilfspersonen bewertet. 0 Punkte bedeuten, dass der Proband nicht in der Lage ist zu gehen oder zu stehen, bei 20 Punkten wird keine Assistenz benötigt. Der WISCI II Score wird anhand des 10MWT ermittelt. Alle funktionellen Tests und Scores werden seit Jahren in der Erfassung der Gehfähigkeit bei Menschen mit QSL genutzt, sobald Gehfähigkeit vorhanden ist. Sie wurden validiert und sind aktuell ein Standardassessment²⁴. Die Autoren stellen fest, dass sich die Hilfsmittelabhängigkeit über alle Patientinnen und Patienten betrachtet zwar statistisch gesehen nicht verbesserte, drei Patientinnen und Patienten jedoch eine verringerte Hilfsmittelabhängigkeit und somit verbesserte WISCI II Scores aufwiesen. Für den 10MWT wurde eine signifikante Steigerung der Gehgeschwindigkeit und eine Verringerung der Anzahl der Schritte festgestellt sowie eine verringerte Zeit für den TUG und einen erhöhten LEMS. In ähnlicher Weise berichteten sie über eine signifikante Verbesserung beim 6MWT, wobei allerdings zu beachten ist, dass nur drei Teilnehmerinnen und Teilnehmer an der Basismessung teilnehmen konnten (mit einer durchschnittlichen Gehstrecke von 187 ± 162,2 m) und die fünf anderen, die nicht teilnahmen (mit 0 m bewertet), die Gesamtbasisdaten auf 70,1 ± 130 m dezimierten. Die Untergruppe, die den 6MWT zu Beginn der Studie durchführte, verbesserte jedoch ihre Gehstrecke auf 287,3 ± 229,4²⁵. In dieser Studie wurden keine detaillierten Angaben zur statistischen Signifikanz gemacht, es wurde lediglich angegeben, dass der p‑Wert <0,05 ist. Somit bleibt unbekannt, ob die Verbesserungen hochsignifikant waren oder ob die Ergebnisse nur an der Schwelle zur Signifikanz lagen. Zusätzlich zu diesen Ergebnissen berichteten die Autoren über sieben Teilnehmerinnen und Teilnehmer mit vergrößertem Muskelvolumen, gemessen an den Umfängen 10 und 20 cm kranial und 15 cm distal des inneren Kniegelenkspalts. Ein Teilnehmer verlor an Muskelvolumen. Außerdem konnte ein Teilnehmer mit spinaler Spastik seine Werte auf der Ashworth-Skala nach dem Training für einige Stunden von vier auf zwei reduzieren. Ein Patient konvertierte nach der Behandlung von AIS B zu C.

Cruciger et al.²⁶ veröffentlichten die schmerzbezogenen Daten von zwei Personen aus dem Kollektiv der Studie von Aach et al.²⁷ einzeln. Diese chronischen Patientinnen und Patienten (beide AIS A mit ZPP, 10 und 19 Jahre nach Eintritt der QSL) hatten therapieresistente chronische neuropathische Schmerzen. Im Verlauf des HAL-Trainings verbesserten sich die Schmerzsymptome bei beiden so weit, dass die Medikation reduziert werden konnte. Auf eine kurzzeitige Zunahme der Schmerzen als Reaktion auf die niedrigere Dosierung folgte eine erneute Schmerzreduktion während des Trainings. Die Patientinnen und Patienten wechselten von einer Dauermedikation zu einer Bedarfsmedikation. Die durchschnittliche Schmerzintensität, gemessen mit der numerischen Schmerzbewertungsskala (NRS-11; 0 = kein Schmerz, 10 = stärkster möglicher Schmerz), sank von 4,3 in der ersten Trainingswoche auf 0,6 nach 12 Wochen. Außerdem wurde eine Verbesserung der gesundheitsbezogenen Lebensqualität im SF-36-Fragebogen festgestellt, was die Auswirkungen der Intervention widerspiegelt. Den Autoren zufolge berichteten beide Patientinnen und Patienten bei einer Nachuntersuchung nach einem Jahr weder über ein Wiederauftreten der Schmerzen noch über einen Bedarf an Medikamenten²⁸.

Cruciger et al.²⁹ waren es auch, die in einem Fallbericht erstmals über die Anwendung des HAL-Trainings bei einem subakut verletzten Patienten mit QSL berichteten. Der Patient hatte bei BWK 7/8 Fraktur eine QSL TH10 AIS C und begann 77 Tage nach dem Unfall mit dem Training. Nach 12 Wochen HAL-Training kam es zu einer Erholung der motorischen Funktionen und der Gehfähigkeit, was sich in einem Anstieg des WISCI II von 8 auf 18 und einer Konvertierung in AIS D zeigte.

Sieben dieser acht Patientinnen und Patienten aus der Studie von Aach et al.³⁰ waren auch Teil einer Studie von Sczesny-Kaiser et al.³¹, in der untersucht wurde, ob körpergewichtsunterstütztes Laufbandtraining mit dem HAL die kortikale Erregbarkeit im primären somatosensorischen Kortex (S1) bei Patientinnen und Patienten mit QSL beeinflusst, gemessen durch gepaarte somatosensorisch evozierte Potentiale (ppSEP), die oberhalb des Verletzungsniveaus stimuliert wurden. Diese sieben Patientinnen und Patienten wurden durch vier weitere Patientinnen und Patienten (8,5 Monate bis 17 Jahre nach Eintritt der QSL) ergänzt, so dass insgesamt elf Teilnehmerinnen und Teilnehmer zur Verfügung standen. Elektrophysiologische Ergebnisse dieser elf Patientinnen und Patienten wurden bis dahin noch nicht veröffentlicht. Die Nervenstimulation wurde nacheinander auf beiden Seiten mit einer am Handgelenk platzierten Blockelektrode durchgeführt. Die ppSEP wurden vor und nach der HAL-Trainingsperiode gemessen und mit einer gesunden Kontrollgruppe (n = 11) verglichen. Zusätzlich wurden vor und nach dem Training Elektroneurographie (ENG), somatosensorisch evozierte Potentiale (SSEP) der Tibia-Nerven und motorisch evozierte Potentiale (MEP) der vorderen Tibia-Muskeln gemessen. Die Autoren stellten einen statistischen Unterschied zwischen Patientinnen und Patienten mit QSL und der Kontrollgruppe ohne Einschränkungen zu Beginn der Studie fest. Nach der Intervention war dieser Unterschied nicht mehr vorhanden. Ein Vergleich der Patientendaten vor und nach dem Training zeigte einen signifikanten statistischen Trainingseffekt. ENG, SSEP der Tibia-Nerven und MEP zeigten nach dem Training keine signifikanten Unterschiede. Die funktionellen Ergebnisse waren äquivalent zur vorherigen Studie von Aach et al.³² statistisch signifikant für 10MWT-Geschwindigkeit, 6MWT, TUG und LEMS. Diese Ergebnisse zeigen, dass Patientinnen und Patienten mit QSL vor dem Training eine erhöhte kortikale Erregbarkeit im Handbereich von S1 aufwiesen und dass sich diese nach 12 Wochen HAL-Training normalisierte, begleitet von signifikanten Verbesserungen der Gehfähigkeiten³³. Eine Korrelationsanalyse ergab jedoch keinen Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der Veränderungen der Erregbarkeit und der Zeit seit der Verletzung, den funktionellen Gangparametern oder dem LEMS. Die Autoren kommen dennoch zu dem Schluss, dass die Verbesserungen beim Gehen möglicherweise mit einer erneuerten S1- und M1-Repräsentation der beeinträchtigten unteren Extremitäten zusammenhängen, die wahrscheinlich mit der Rekrutierung und effektiveren Nutzung der verbleibenden somatosensorischen afferenten Bahnen und kortikospinalen Bahnen zusammenhängt³⁴. Die fehlende Korrelation zwischen funktionellen Fähigkeiten und Veränderungen der Erregbarkeit in S1 könnte darauf hinweisen, dass entweder andere kortikale Bereiche oder sogar ein komplexes supraspinales Netzwerk für die Verbesserung des Gehens erforderlich sind³⁵.

2017 veröffentlichten Jansen et al.³⁶ einen Proof of Concept zur Pilotstudie von Aach et al.³⁷ und erweiterten das Kollektiv auf 21 chronische Patientinnen und Patienten mit QSL (1–19 Jahre seit Eintritt der QSL). Alle verbesserten sich signifikant in Bezug auf Laufband-assoziierte Daten mit HAL und in den Funktionstests ohne Exoskelett, was somit die Ergebnisse der Pilotstudie³⁸ bestätigt³⁹. Zusätzlich zu diesen Ergebnissen greift diese Studie das Thema Spastik auf und stellt fest, dass bei acht Patientinnen und Patienten die Intervention zu einer vorübergehenden Linderung der Spastik führte. Dies wurde bereits für einen Patienten in der Pilotstudie⁴⁰ diskutiert. Darüber hinaus geben die Autoren an, dass 18 von 21 Patientinnen und Patienten nach dem Training über Verbesserungen ihrer Darm- und Blasenfunktionsstörungen berichteten, wobei zwei von ihnen in der Lage waren, den Selbstkatheterismus einzustellen⁴¹. Allerdings wurden sowohl die Spastik als auch die Verbesserungen bei Darm und Blase nicht durch statistische Daten belegt.

In der QSL-spezifischen Literatur wird häufig die Frage diskutiert, bei welchen Patientengruppen Verbesserungen am wahrscheinlichsten sind und bei welchen weniger. Van Middendorp et al. führen in diesem Zusammenhang an, dass bei Patientinnen und Patienten mit traumatischer QSL eine Kombination aus Alter und vier neurologischen Tests als Prädiktoren für das spätere individuelle Gehvermögen dienen können⁴². Auch Cathomen et al. sind dieser Frage nachgegangen und sagen, dass bei Patientinnen und Patienten mit akuter zervikaler QSL der anfänglich erhaltene LEMS sowie im Weiteren das Alter und die sensible Funktion in der Frühphase nach Eintritt der QSL eine Einschätzung erlauben, ob diese später als Geher oder Nicht-Geher eingeordnet werden können⁴³. So wird auch nach Grasmücke et al.⁴⁴ in der Literatur vor allem postuliert, dass die neurologische Erholung von der Läsionsschwere und dem Alter der Patientinnen und Patienten abhängt, wobei eine größere Lähmungsschwere und ein Alter ≥ 50 Jahre negative Prädiktoren für die funktionelle Erholung nach einer QSL zu sein scheinen. Um dies in Bezug auf das HAL-Training zu untersuchen, wurde eine Studie mit dem Ziel durchgeführt, die funktionellen Ergebnisse von Patientinnen und Patienten mit chronischer QSL (1 bis 20 Jahre nach Eintritt der QSL) in vier Verletzungsgruppen zu vergleichen und die Ergebnisse zusätzlich in Abhängigkeit vom Alter (< 50 Jahre vs. ≥ 50 Jahre) zu analysieren⁴⁵. Die vier Gruppen wurden klassifiziert als (1) motorisch inkomplette Tetraplegie (n = 13, C2‑8, AIS C und D), (2) motorisch inkomplette Paraplegie mit Spastik (n = 15, T2-12, AIS C und D), (3) vollständige Paraplegie ohne Spastik (n = 18, T11-L4, AIS A und ZPP von L3 bis S1) und (4) motorisch inkomplette Paraplegie ohne Spastik (n = 9, T12-L3, AIS C und D)⁴⁶. Insgesamt waren 55 Teilnehmerinnen und Teilnehmer beteiligt. Die Ergebnisse der ersten acht Patientinnen und Patienten von Aach et al.⁴⁷ und teilweise von Jansen et at.⁴⁸ wurden ebenfalls einbezogen. Wie in den anderen Studien⁴⁹ ⁵⁰ ⁵¹ verbesserte sich die Kohorte in den Laufband-bezogenen und funktionellen Parametern. Das Läsionsniveau und das Alter der Patientinnen und Patienten waren nicht signifikant mit den trainingsbezogenen Funktionsverbesserungen assoziiert. Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den Untergruppen festgestellt. Untergruppe 2 zeigte eine etwas geringere Verbesserung der Laufbandgeschwindigkeit, der Laufbanddistanz und des 6MWT, aber diese Unterschiede waren statistisch nicht signifikant⁵². In Bezug auf das Alter der Patientinnen und Patienten zeigte nur die 10MWT-Geschwindigkeit eine signifikant größere Verbesserung in der jüngeren Gruppe als in der älteren Gruppe. Ein weiteres interessantes Ergebnis dieser Studie war, dass die meisten Verbesserungen in der 4. und 10. Woche der Trainingsperiode auftraten⁵³. Aus den hier gezeigten Ergebnissen schließen die Autoren, dass in den untersuchten Gruppen das Alter oder der Grad der Läsion für das Ausmaß der funktionellen Verbesserung nach dem HAL-Training weniger wichtig zu sein scheinen. Dennoch scheinen inkomplette Rückenmarkläsionen der Brustwirbelsäule einschließlich Spastik ein nicht signifikanter negativer Prädiktor für trainingsbedingte Verbesserungen zu sein⁵⁴.

Um Langzeitdaten des HAL-Trainings mit variabler Frequenz nach der anfänglichen Trainingsperiode zu untersuchen, waren es Jansen et al.⁵⁵, die die Pilotstudie von Aach et al.⁵⁶ mit einem Jahr HAL-Training weiterführten. Alle acht Teilnehmerinnen und Teilnehmer mit chronischer QSL setzten das HAL-Training nach ihrer anfänglichen 12-wöchigen Trainingsphase fort und wurden in zwei Gruppen aufgeteilt. Gruppe 1 (n = 4) setzte das Training mit 3–5 Trainingseinheiten pro Woche für weitere 40 Wochen fort, Gruppe 2 (n = 4) mit einer Einheit pro Woche. In den ersten 12 Wochen absolvierten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer im Durchschnitt 51,75 ± 5,6 Trainingseinheiten. In der zweiten Trainingsperiode betrug die durchschnittliche Anzahl der Trainingseinheiten in Gruppe 1 126,8 ± 7,9 und in Gruppe 2 32,3 ± 3,3. Die Ergebnisse wurden sowohl für den ersten Trainingszeitraum (Wiederholung der Ergebnisse von Aach et al.⁵⁷) als auch nach einem Jahr der Behandlung angegeben. Um nicht redundant zu sein, wird hier nur auf die neuen Ergebnisse nach einem Jahr eingegangen. Bei den Laufband-bezogenen Parametern (Geschwindigkeit, Gehzeit und Distanz) zeigten sich zwischen 12 und 52 Wochen keine signifikanten Verbesserungen bei der Auswertung als Gesamtgruppe (n = 8), als Einzelgruppen (n = 4/4) und beim Vergleich zwischen Untergruppen. Das Gleiche galt für die funktionellen Tests. Betrachtet man alle acht Patientinnen und Patienten zusammen, so ergaben sich unabhängig von der kontinuierlichen Trainingshäufigkeit während der folgenden 40 Wochen keine signifikanten Veränderungen bei 10MWT, Schrittfrequenz, Schrittzahl, Schrittlänge, TUG, 6MWT oder WISCI II. Bei getrennter Betrachtung der beiden Untergruppen gab es keinen Unterschied zwischen 12 und 52 Wochen und keinen Unterschied zwischen den Gruppen. Diese sicherlich überraschenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass der anfängliche Funktionsgewinn nach drei Monaten täglichen HAL-Trainings bei den Studienteilnehmenden mit chronischer QSL über einen Zeitraum von einem Jahr stabil und konsistent war, eine weitere Steigerung jedoch nicht erfolgte⁵⁸.

Die von Jansen et al.⁵⁹ aufgeworfene Frage nach Blasen- und Darmfunktionsstörungen wurde von Brinkemper et al.⁶⁰ in einer retrospektiven Studie erneut aufgegriffen. Hier füllten 35 Patientinnen und Patienten mit subakuter (n = 13) oder chronischer (n = 22) QSL zwei standardisierte und etablierte gastroenterologische Fragebögen (Cleveland Clinic Constipation Scoring System (CCCS)⁶¹, Wexner Score⁶²) und einen selbst entwickelten Fragebogen zur Blasenfunktion vor und nach Abschluss des Trainings aus. Es wurden Vergleiche für alle Patientinnen und Patienten durchgeführt und die Gruppe in Untergruppen von akuten und chronischen Patientinnen und Patienten aufgeteilt. Innerhalb dieser Untergruppen wurden weitere Untergruppen nach hohen oder niedrigen Ausgangsscores gebildet. Der Wexner Score, ein Fragebogen zur Beurteilung des Schweregrads der Stuhlinkontinenz, nahm bei allen Patientinnen und Patienten und in der Gruppe der chronischen Patientinnen und Patienten deutlich ab. In der Gruppe der subakuten Patientinnen und Patienten nahm der Wexner-Score nur unwesentlich ab. Bei Patientinnen und Patienten aus beiden Gruppen mit höheren Ausgangswerten konnte eine signifikante Abnahme festgestellt werden. Der CCCS, ein Fragebogen zur Bewertung des Schweregrads der Verstopfung, verringerte sich nicht signifikant bei allen Patientinnen und Patienten, der Gruppe der subakuten und der Gruppe der chronischen Patientinnen und Patienten. Bei der Untergruppe der chronischen Patientinnen und Patienten mit höheren Ausgangswerten verringerte sich der CCCS ohne Signifikanz. Der selbst entwickelte Fragebogen zeigte eine Verbesserung der Blasenfunktion bei 28,24 % aller Patientinnen und Patienten, bei 31,43 % der chronischen Patientinnen und Patienten und bei 23,08 % der subakuten Patientinnen und Patienten. Die Autoren schlussfolgern daraus, dass es einen Trend zur Verbesserung der Blasen- und Darmfunktion nach dem HAL-Training gibt, wobei Patientinnen und Patienten mit höheren Ausgangswerten im Wexner Score und CCCS stärker zu profitieren scheinen, und sehen dies als Bestätigung der Ergebnisse von Studien⁶³ ⁶⁴ ⁶⁵ ⁶⁶ mit anderen Exoskeletten. Die gemischte Population aus subakuten und chronischen Patientinnen und Patienten und unterschiedlichen Verletzungsgraden sowie der retrospektive Studienansatz bleiben jedoch eine Einschränkung dieser Studie.

Eine weitere Studie unserer Arbeitsgruppe wurde 2021 von Brinkemper et al. veröffentlicht⁶⁷. Diesmal standen jedoch nicht die funktionellen Verbesserungen der Patientinnen und Patienten im Vordergrund, sondern die Frage, ob die funktionellen Verbesserungen mit Verbesserungen des Gangbilds einhergehen. Zu diesem Zweck wurde bei 15 Patientinnen und Patienten (akut n = 5, chronisch n = 10) mit inkompletter (n = 10) oder kompletter (n = 5) QSL mit erhaltenen Restfunktionen eine 3D-Ganganalyse mit einem Inertialsensor-Messsystem durchgeführt. Während sich alle funktionellen Parameter erwartungsgemäß verbesserten, wurde auch eine Normalisierung in einigen Phasen des Gangzyklus festgestellt, die sich in einer verbesserten Kniestreckung während des initialen Bodenkontakts und einer erhöhten maximalen Hüftstreckung vor der Schwungphase zeigte. Darüber hinaus wiesen alle Gelenkwinkel einen größeren Bewegungsumfang auf, und diese Ergebnisse gingen mit einer signifikanten Verbesserung aller räumlich-zeitlichen und Gangphasen-Parameter einher. Den Autoren zufolge war diese Studie die erste, die eine verbesserte Gangphysiologie nach HAL-Training bei Patientinnen und Patienten mit QSL nachweisen konnte⁶⁸.

Die bisher weltweit größte Studienpopulation in einer klinischen Studie mit HAL stellt die Studie von Zieriacks et al. dar⁶⁹. Daran nahmen 121 Patientinnen und Patienten mit subakuter (n = 47) und chronischer (n = 74) QSL teil. Teilergebnisse dieses Kollektivs wurden bereits veröffentlicht⁷⁰ ⁷¹ ⁷² ⁷³ ⁷⁴ ⁷⁵ ⁷⁶. Ziel war es, festzustellen, ob das HAL-Training für Teilnehmerinnen und Teilnehmer mit subakuter oder chronischer QSL von Vorteil ist und ob die Dauer nach der Verletzung das Ergebnis beeinflusst. Signifikante Verbesserungen bei Laufband-bezogenen Parametern (Zeit, Distanz) und allen funktionellen Parametern (10MWT, 6MWT, WISCI II, LEMS) wurden sowohl für die Gesamtgruppe als auch für die Untergruppen der subakuten und chronischen Patientinnen und Patienten festgestellt. Signifikante Unterschiede zwischen den Ergebnissen der subakuten und chronischen Teilnehmerinnen und Teilnehmer wurden beim 6MWT, LEMS und WISCI II festgestellt, was zeigt, dass sich die chronischen Teilnehmerinnen und Teilnehmer deutlich weniger verbesserten als die subakuten. Da jedoch beide Untergruppen individuell signifikante Verbesserungen aufwiesen, kamen die Autoren zu dem Schluss, dass das HAL-Training sowohl für subakute als auch für chronische Patientinnen und Patienten von Vorteil ist und dass es keinen zeitlichen Schwellenwert für die Wirksamkeit nach QSL gibt⁷⁷.

Diskussion

Die in dieser Übersichtsarbeit gezeigten Studien über die Verwendung vom HAL bei Patientinnen und Patienten mit QSL zeigen ein breites Spektrum der Anwendung. Querschnittgelähmte können sowohl im subakuten als auch im chronischen Stadium behandelt werden. Unbedingte Voraussetzung ist jedoch das Vorhandensein geringer willkürlicher Muskelaktivität in den unteren Extremitäten, die ausreichend ist, um von den platzierten EMG-Elektroden erfasst zu werden. Mit Ausnahme von Hautrötungen an den Stellen, wo die EMG-Elektroden platziert waren, unter den Beinmanschetten oder am Fuß durch das Tragen der HAL-Schuhe wurden keine anderen unerwünschten Ereignisse oder Verletzungen gemeldet. Bei der überwiegenden Mehrheit der Patientinnen und Patienten kam es zu einer funktionellen Verbesserung, d. h., sie konnten ihre Gehstrecke, Gehgeschwindigkeit und Ausdauer verbessern. Darüber hinaus wurde in Einzelfällen eine Reihe weiterer Fortschritte beschrieben, wie z. B. eine vorübergehende Abnahme der Spastizität, eine Verbesserung der Blasen- und Darmfunktion, eine Schmerzreduktion und eine Veränderung der Muskelaktivität. Dennoch kann keine eindeutige Empfehlung gegeben werden, welche Patientengruppe am ehesten von diesem innovativen Training profitieren kann. Es scheint, dass seine Anwendung bei vielen Arten von QSL prinzipiell möglich und wirksam ist, aber ob es anderen Trainings- und Therapieformen überlegen ist, bleibt unklar. Bislang gibt es keine veröffentlichten kontrollierten, randomisierten Studien, in denen das hier verwendete HAL-System erstens mit anderen Exoskelett-Systemen und zweitens mit konventionellen Lokomotionstherapien in gleichem Umfang und mit gleicher Häufigkeit verglichen wurden. Dies ist zwingend erforderlich, um den potentiellen Nutzen der HAL-Therapie von anderen Therapien abzugrenzen, und sollte in Zukunft durchgeführt werden.

Die Zugänglichkeit zum HAL-Training wird in den diskutierten Studien nicht erwähnt. In Deutschland wird das HAL-Training aktuell nur für Patientinnen und Patienten mit QSL im Rahmen der berufsgenossenschaftlichen Versicherung finanziert. Der Zugang zum Training für ein breites Spektrum von Patientinnen und Patienten stellt derzeit also noch ein Problem dar, das gelöst werden sollte. Neben der versicherungstechnischen und damit finanziellen Hürde ist auch die Verfügbarkeit für Menschen unterschiedlicher Konstitutionen zu nennen. Einschränkungen für die Anwendung dieses Exoskelettsystems sind, wie bei anderen Herstellern auch, Restriktionen bei der Größe (150–190 cm) und dem Gewicht (40–100 kg) der Patientinnen und Patienten, Kontrakturen, unzureichende kardiopulmonale Kapazität und Spastik, die mit der Anwendung des Systems nicht abnimmt.

Fazit

Die Erfahrung unserer Arbeitsgruppe deutet darauf hin, dass viele Patientinnen und Patienten mit QSL von einem qualifizierten Einsatz des HAL-Trainings im Rahmen ihrer Möglichkeiten profitieren könnten. Zukünftige Studien sollten sich auf einen Vergleich von HAL mit anderen Therapien und Geräten konzentrieren und eine optimale standardisierte Therapie in Bezug auf Trainingszeitraum, Trainingseinheiten pro Woche und Trainingsdauer pro Einheit entwickeln.

Hinweis:
Dieser Artikel enthält Auszüge eines bereits publizierten Artikels und erschien in ähnlicher Form und auf Englisch in der Zeitschrift Applied Sciences: https://doi.org/10.3390/app13031369.

Für die Autoren:
Dr. rer. medic. Alexis Brinkemper
BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum
Chirurgische Universitätsklinik und Poliklinik
Bürkle de la Camp-Platz 1
44789 Bochum
Tel.: +49 (0)234 / 302‑6918
alexis.brinkemper@bergmannsheil.de
www.bergmannsheil.de

Begutachteter Beitrag/reviewed paper

Zitation
Brinkemper A, Schildhauer Th A, Aach M. Ein neuronal gesteuertes Exoskelett in der Therapie von querschnittgelähmten Patientinnen und Patienten. Orthopädie Technik, 2025; 76 (6): 34–41

Abb. 2 EMG-Elektroden über der Beuge- bzw. Streckmuskulatur von Hüfte und Knie erfassen bioelektrische Signale.

Abb. 3 Durch eine Überkopfsicherung werden die Patientinnen und Patienten beim Training auf dem Laufband entlastet.

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