Hintergrund
Der Einsatz von Spielkonsolen in der klinischen Therapie kann durch die motivierende und spielerische Art der virtuellen Bewegungswelten die Bereitschaft zu körperlicher Aktivität bei Patienten steigern 1. Spielfiguren und ‑elemente können durch Bewegung des Controllers und somit durch die Aktivität des Patienten selbst gesteuert werden. Videospiele wie beispielsweise Wii Sports (Nintendo K. K., Kyoto, Japan) können zwar keine sportliche Aktivität ersetzen, dennoch kann hierbei der Körper trainiert und der Energieverbrauch gesteigert werden 2 3. Zudem ermöglicht diese Art des Trainings vor allem Patienten mit eingeschränkter Beweglichkeit oder Belastbarkeit die simulierte Ausführung verschiedener sportlicher Übungen wie beispielsweise Tennis, Bowling oder Frisbee, welche aufgrund ihrer Verletzung im normalen Umfeld nicht möglich wären 4.
Die positiven Effekte der Therapie mit Spielkonsolen konnten bereits in einigen Studien gezeigt werden. Diesbezüglich konnte ein reduziertes Sturzrisiko bei älteren Probanden durch ein simuliertes Bowlingtraining mit Wii Sports ermittelt werden. Die Ergebnisse zeigten deutliche Verbesserungen in Balance und Stabilität während des Gehens 5.
Ein Cochrane Review mit 19 Studien konnte eine verbesserte Beweglichkeit, Ganggeschwindigkeit sowie eine gesteigerte Alltagsaktivität durch das Training mit Spielkonsolen feststellen. Die meisten Studien untersuchten diese Art der Therapie bei Patienten mit neurologischen Erkrankungen wie Schlaganfall 6 oder Zerebralparese. Diese Patienten leiden vor allem unter der Einschränkung ihrer Balance und Stabilität. Beim Training von Kindern mit Zerebralparese konnte zudem ein verbessertes Selbstvertrauen sowie ein höheres Engagement bei einer Bewegungsaufgabe festgestellt werden 7.
In der Literatur sind jedoch kaum Untersuchungen zur Effektivität von Spielkonsolen in der orthopädischen Rehabilitation beschrieben. Eine der wenigen Analysen wurde bei Patienten nach Schulterverletzung durchgeführt. Die Autoren zeigten, dass 18 Trainingseinheiten mit Spielkonsole über sechs Wochen eine Verbesserung der subjektiven Bewertung der Funktion in Arm, Schulter und Hand bewirkten. Hierzu wurden die Patienten mit dem DASH-Score („disabilities of the arm, shoulder and hand“) befragt 8.
Eine objektive Bewegungsanalyse der Therapie mit Spielkonsole bei Patienten mit orthopädischen Verletzungen wurde bisher jedoch noch nicht durchgeführt. Ziel dieser Studie war es daher, die Bewegung bei Patienten mit Schulterverletzung während der Therapie mit einer Spielkonsole zu erfassen sowie die Bewegungsabläufe vor und nach der Rehabilitationszeit zu beschreiben. Hierbei sollte die Bewegung während des Spielens einer Bowling-Simulation (Nintendo K. K., Kyoto, Japan) analysiert werden.
Material und Methode
Die Untersuchung erfolgte an einer Gruppe von zehn Patienten mit Schulterverletzung während des Trainings mit einer Nintendo-Wii-Spielkonsole (Bowling). Als Vergleichsgruppe wurden zehn gesunde Probanden, in Alter und Geschlecht gematcht zur Patientengruppe, herangezogen. Alle Probanden wurden über die Studieninhalte aufgeklärt und gaben ihr schriftliches Einverständnis.
Zehn Patienten mit verschiedenen Verletzungen der Schulter wurden rekrutiert. Die Gruppe bestand aus fünf weiblichen (44,6 ± 7,1 Jahre) und fünf männlichen (51,6 ± 10,1 Jahre) Teilnehmern. In der Kontrollgruppe nahmen ebenfalls fünf weibliche (44 ± 7,1 Jahre) und fünf männliche Probanden (49,4 ± 9,9 Jahre) an den Messungen teil (Tab. 1).
Die Bewegungen der Probanden wurden zu zwei Messzeitpunkten im Abstand von sieben Tagen erfasst. Zwischen den beiden Messungen erhielt die Patientengruppe ein tägliches, an ihre Verletzung angepasstes Rehabilitationsprogramm. Hierin waren Physiotherapie, Physikalische Therapie, medizinische Trainingstherapie sowie verschiedene Arten von Sporttherapie mit speziellem Training für die Schulter enthalten. Die Gruppe der gesunden Probanden nahm an keiner Intervention teil.
Zu Beginn jeder Messeinheit gab es eine Gewöhnungs- und Aufwärmphase mit dem Nintendo-Wii-SpielBowling; hierbei hatten die Probanden Zeit für etwa 10 Bowlingschübe. Anschließend absolvierte jeder Proband 16 Bowlingschübe, welche mittels eines Bewegungsanalysesystems erfasst wurden. Es wurden keine Vorgaben zur Durchführung der Bewegungsaufgabe gemacht. Die Patienten führten die Bowlingbewegung mit ihrem verletzten Arm aus, während die gesunden Testpersonen aufgefordert wurden, ihren dominanten Arm zur Ausübung der Bewegung zu verwenden en.
Die Messung wurde in einem Gangund Bewegungsanalyselabor mit einem Vicon-System (Oxford Metrics Ltd., Oxford, Großbritannien) durchgeführt. Die verwendeten Infrarotkameras (200 Hz) erfassten ein Raumvolumen von 14,30 m (Länge) × 4,26 m (Breite) × 2,60 m (Höhe). Die Kameras wurden vor jeder Messung kalibriert
Refektierende Marker (14 mm Durchmesser) wurden gemäß dem Plug-in-Gait-Fullbody-Modell 9 am Körper der Probanden fxiert. Für die Berechnung der einzelnen Gelenkwinkel wurde das Modell durch zusätzliche Marker ergänzt (Abb. 1)
Die analysierte Bewegung war durch die maximale Extension (Rückschwung) bis zur maximalen Flexion (Abgabe der Bowlingkugel) des Schultergelenks defniert. Während dieses Bewegungsablaufes wurden folgende Parameter am jeweils aktiven Arm betrachtet:
- Gelenkwinkel: Flexion/Extension sowie Abduktion des Schultergelenks (°) Flexion des Ellbogengelenks (°)
- Geschwindigkeit: Winkelgeschwindigkeit des Schultergelenks (rad/s) Geschwindigkeit der Hand (m/s)
- Dauer des gesamten Bewegungsablaufes (s)
- Bewegung des Körpers: Fortbewegung der Marker FIN, SHO und SACR (mm)
Die Bewegungen wurden mit dem Plugin-Gait-Modell mittels Euler-Winkeln nach dem Standard der International Society of Biomechanics (ISB) berechnet 10 11 12 13. Die Schultergelenkswinkel wurden zusätzlich mit Matlab R2013a (The Mathwork Inc., Natick, MA, USA) berechnet.
Die Mittelwerte (+/- SD) wurden für alle gemessenen Parameter bestimmt. Um die Messungen (prä/post) innerhalb der Gruppen statistisch vergleichen zu können, wurde der Wilcoxon-Test verwendet. Der Vergleich zwischen der Gruppe von Patienten und gesunden Probanden wurde mittels Mann-Whitney-U-Test berechnet. Alle statistischen Analysen wurden mit IBM SPSS 19 durchgeführt (IBM Corp., Armonk, NY, USA).
Ergebnisse
Die Flexions- und Extensionsbewegung im Schultergelenk war in der Gruppe der Patienten im Vergleich zu gesunden Testpersonen um etwa 50 % reduziert (Tab. 2). Für die Flexionsbewegung zeigte sich keine Veränderung nach der Intervention, während die Extensionsbewegung bei der zweiten Messung der Patientengruppe um circa 20 % verbessert werden konnte. In der Kontrollgruppe kam es zu einer leichten Verbesserung der Flexion (6 %) während der zweiten Messeinheit. Der maximale Abduktionswinkel im Schultergelenk zeigte keine Unterschiede zwischen den beiden Gruppen. Ebenso zeigte sich keine Veränderung des Bewegungsausmaßes zwischen den zwei Messungen.
Die maximale Flexion des Ellbogengelenkes war in der Patientengruppe um etwa 26° größer als in der Gruppe der gesunden Probanden. Dieser Unterschied war jedoch nicht signifikant (p = 0.08). Auch zwischen den beiden Messungen zeigte sich kein signifikanter Unterschied
Die Patienten sowie die gesunden Testpersonen zeigten ähnliche Werte in der Winkelgeschwindigkeit des Schultergelenkes ohne einen Unterschied zwischen den beiden Messungen.
Die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Hand war vergleichbar zwischen den beiden Gruppen. Die Patienten zeigten bei diesem Parameter eine leichte Verbesserung um etwa 14 % bei der zweiten Messung. Dennoch war die Dauer der Gesamtbewegung in der Patientengruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe zu beiden Untersuchungszeitpunkten länger (20 %, Tab. 2).
Die Vorwärtsbewegung des gesamten Körpers der Patienten war deutlich geringer (p < 0.001) als bei der Gruppe der gesunden Personen (siehe Tab. 2). Keine der beiden Gruppen zeigte eine Veränderung bei diesem Parameter innerhalb der zweiten Messung.
Zusätzliche Untersuchungen ergaben Unterschiede innerhalb der Patientengruppe bezüglich der verschiedenen Verletzungsmuster (Abb. 2). Patienten mit einer Sehnenruptur zeigten eine andere Entwicklung im Laufe der Intervention als Patienten mit einer Fraktur oder Luxation. Der Flexionswinkel war bei der Messung nach Intervention bei Patienten mit Sehnenruptur signifikant größer als bei Patienten mit Luxation oder Fraktur (p = 0.05). Ebenso zeigte sich ein signifikant größerer Bewegungsumfang der Hand (um etwa 30 %) in der Gruppe der Patienten mit Sehnenruptur als bei den restlichen Patienten mit Fraktur oder Luxation des Schultergelenkes (p = 0.03) in der zweiten Messung. Signifikante Unterschiede zwischen den beiden Messzeitpunkten konnten jedoch nicht festgestellt werden. Ebenso konnten keine Unterschiede zwischen Patienten mit einer Altverletzung im Vergleich zu Patienten mit einer frischen Verletzung festgestellt werden.
Diskussion
Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass die Oberkörperbewegung der Patienten bei Gebrauch einer Nintendo Wii gemessen und die Gelenkwinkel mittels 3‑D-Bewegungsanalyse beurteilt werden können. Hierbei zeigte die Bewegungsanalyse deutliche Unterschiede zwischen der Gruppe der Patienten mit Schulterverletzung und der Gruppe der gesunden Testpersonen auf. Weiterhin konnten Veränderungen der Oberkörperbewegungen bei Patienten mit Schulterverletzung im Verlauf der Rehabilitation festgestellt und quantitativ beurteilt werden.
Der Bewegungsumfang der Patienten mit Schulterverletzung war im Vergleich zu den gesunden Probanden deutlich limitiert. Zudem zeigten gesunde Personen einen anderen Bewegungsablauf zum Erreichen des Zieles als die Patientengruppe. Patienten mit Schulterverletzung zeigten deutlich limitierte Werte in den Schultergelenkswinkeln. Zudem konnte eine Reduzierung des Bewegungsumfangs und der Vorwärtsbewegung des gesamten Körpers festgestellt werden. Die verletzten Probanden bewegten sich während der Wurfbewegung nicht nach vorne. Der steifere Bewegungsablauf der Patienten kann durch die erhöhte Konzentration auf den Ablauf der Wurfbewegung sowie durch den Schmerz der verletzten Schulter erklärt werden.
Die erhöhte Ellbogenflexion innerhalb der Patientengruppe dient zur Kompensation der eingeschränkten Schultergelenksflexion. Durch den geringeren Bewegungsweg des Bowlingschubes über das Ellbogengelenk kommt es in der Gruppe der Patienten zu einem schnelleren Bewegungsablauf im Vergleich zur Kontrollgruppe. In der zweiten Messung zeigte sich in der Gruppe der Patienten mit Schulterverletzung eine erhöhte Extension im Schultergelenk mit etwa 33°. Der verbesserte Bewegungsumfang ist durch die Therapie zwischen den Messungen oder durch den sehr spielerischen und motivierenden Charakter des Nintendo-Wii-Spieles zu erklären. Die erhöhte Flexionsbewegung im Schultergelenk der gesunden Testpersonen während der zweiten Messung zeigte sich aufgrund der fehlenden Intervention in der Kontrollgruppe als eher unerwartetes Ergebnis. Dies könnte jedoch als ein Effekt der hohen Motivation oder der Gewöhnung der Probanden gedeutet werden.
Eine Studie von Gleyze et al. (2011) zeigte ebenfalls einen eingeschränkten Bewegungsumfang an 148 Patienten mit Schulterbeschwerden (Messung mit Goniometer: Flexion < 150°). Die Ergebnisse dieser Studie machen deutlich, dass verschiedene Arten von therapeutischem Training (klassisches Rehabilitationsprogramm vs. Trainingsprogramm für zu Hause) den Bewegungsumfang der Patienten signifikant verbessern können 14.
Limitationen der hier vorgestellten Studie sind die kleine Probandenanzahl sowie die verschiedenen Therapien, welche die Patienten als Intervention zwischen den beiden Messzeitpunkten erhielten. In Folgestudien sollte somit die Teilnehmerzahl erhöht und die Interventionszeit verlängert sowie das Rehabilitationsprogramm für alle Patienten gleich gehalten werden. Zusätzlich zum klassischen Rehabilitationsprogramm sollte ein Training mit dem NintendoWii-System stattfinden. Somit könnte die Effektivität der Spielkonsole als Rehabilitationsmaßnahme bei Schulterverletzungen beurteilt werden. In weiteren Untersuchungen sollte auch eine klare Unterteilung der Verletzungsmuster in Patienten mit einer Sehnenruptur und Patienten mit einer Fraktur/Luxation erfolgen, um eine detailliertere Analyse der Bewegungsmuster zu ermöglichen.
Dennoch bildet diese Studie die Grundlage für weitere Untersuchungen der Oberkörperbewegung während der Nutzung von Spielkonsolen. Ebenso können die Ergebnisse dieser Studie einen Beitrag zur Planung und Verbesserung klinischer Therapieeinheiten leisten.
Ein Nachteil des Trainings mit Spielkonsolen zeigt sich in den verschiedenen Möglichkeiten, das Ziel des jeweiligen Spieles zu erreichen. So kann das Spiel Nintendo Wii Bowling beispielsweise sowohl mit einer sehr großen als auch mit einer sehr kleinen Bewegung erfolgreich durchgeführt werden. Um aus dem Training mit Spielkonsole ein effektives Instrument für Rehabilitationszwecke zu schaffen, sollte eine spezielle und sensitivere Entwicklung eines vergleichbaren Spiels mit rehabilitativem Ziel angestrebt werden. Für ein effektives Rehabilitationstraining muss der Bewegungsumfang für jeden Patienten individuell eingestellt werden können. Zudem sollte der Therapeut die Möglichkeit haben, einen bestimmten Bewegungsumfang festzulegen, der ausgeführt werden muss, um das Ziel des Spieles erreichen zu können. Somit wird gesichert, dass der Patient effizient trainiert und das vom Therapeuten vorgegebene Bewegungsausmaß nutzt. Eine Ausführung des Spieles mit lediglich kleinen Bewegungen könnte somit verhindert werden. Insgesamt haben Spielkonsolen wie die Nintendo Wii einen sehr spielerischen Ansatz und schaffen es somit, die Patienten für Bewegung zu motivieren und zu begeistern 15 16. Dies bietet eine abwechslungsreiche Alternative zum sonst sehr funktionellen Therapiealltag.
Zusammenfassung
Die Ergebnisse zeigen, dass die Oberkörperbewegung bei Durchführung eines simulierten Bowlingspieles mittels Motion-Capture-System gemessen und beurteilt werden kann. In den Gruppen konnten Verbesserungen des Bewegungsumfanges der oberen Extremität festgestellt werden. Durch die Verbesserung beider Gruppen in den Parametern bestätigt sich der motivierende Charakter der Spielkonsole.
Für die Autoren:
Janina Lackner
Institut für Biomechanik
Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik
Murnau, Paracelsus Medizinische Privatuniversität Salzburg
Prof.-Küntscher-Str. 8
82418 Murnau
janina.lackner@bgu-murnau.de
Begutachteter Beitrag/reviewed paper
Lackner J, Varady P, Klöpfer-Krämer I, Brand A, Augat P. Bewegungsanalyse bei Rehabilitation nach Schulterverletzungen. Orthopädie Technik, 2015; 66 (8): 35–39
| Alter der Verletzung | Art der Verletzung | |||
|---|---|---|---|---|
| frisch verletzte Patienten | alt verletzte Patienten | Sehnenruptur | Luxation oder Fraktur | |
| (weniger als 6,6 Monate nach Unfall) | (mehr als 6 Jahre nach Unfall) | (Supraspinatus‑, Bizepssehne) | ||
| Weibliche Patienten | 3 | 2 | 3 | 2 |
| Männliche Patienten | 2 | 3 | 3 | 2 |
| Messparamter | Patienten | Kontrollgruppe | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| prä (MW ± SD) | post (MW ± SD) | p (prä-post) | prä (MW ± SD) | post (MW ± SD) | p (prä-post) | p (Gruppe prä) | |
| Extension (Schultergelenk) | (27 ± 13)° | (33 ± 14)° | 0.02 | (47 ± 17)° | (49 ± 16)° | 0.29 | 0.008 |
| Flexion (Schultergelenk) | (57 ± 28)° | (58 ± 29)° | 0.51 | (115 ± 14)° | (122 ± 14)° | 0.03 | 0.0001 |
| max. Abduktion (Schultergelenk) | (38 ± 23)° | (41 ± 20)° | 0.39 | (41 ± 14)° | (42 ± 18)° | 0.45 | 0.36 |
| max. Flexion (Ellbogengelenk) | (69 ± 35)° | (73 ± 37)° | 0.11 | (43 ± 15)° | (42 ± 17)° | 0.20 | 0.08 |
| max. Winkelgeschwindigkeit (Schultergelenk) | (3,1 ± 1,6) rad/s | (4,0 ± 2,6) rad/s | 0.09 | (3 ± 1) rad/s | (3 ± 1) rad/s | 0.51 | 0.94 |
| max. Geschwindigkeit Hand | (2,1 ± 0,9) m/s | (2,4 ± 0,9) m/s | 0.04 | (2,7 ± 0,8) m/s | (2,9 ± 0,8) m/s | 0.59 | 0.096 |
| Dauer | (0,9 ± 0,4) s | (0,8 ± 0,3) s | 0.02 | (1,1 ± 0,4) s | (1,2 ± 0,5) s | 0.8 | 0.10 |
| Bewegung FIN | (1591 ± 406) mm | (1725 ± 459) mm | 0.11 | (2969 ± 606) mm | (3101 ± 664) mm | 0.17 | 0.0001 |
| Bewegung SHO | (500 ± 251) mm | (495 ± 275) mm | 0.88 | (1244 ± 502) mm | (1268 ± 489) mm | 0.79 | 0.0001 |
| Bewegung SACR | (302 ± 222) mm | (298 ± 200) mm | 0.88 | 742 mm ± 481 mm | 736 mm ± 428 mm | 0.72 | 0.004 |
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