Elektrische Anregung eines Teleskop-Phantoms – Fallstudie an einer beinamputierten Patientin
Die Amputation einer Extremität verursacht in der gegenseitigen Hirnhemisphäre eine weitläufige Reorganisation des somatosensorischen Kortex. Dabei werden verschiedene Hautflächen der amputierten Körperhälfte als rezeptive Felder ausgewiesen, deren taktile oder elektrische Stimulation Phantomempfindungen für Teile der verlorenen Extremität hervorruft. Im Fall einer rechtsseitig unterschenkelamputierten Probandin wurden zwei Stellen über ihrem rechten Schulterblatt gefunden, deren elektrische Reizung mit Folgen bipolarer Rechteckimpulse ein Teleskop-Phantom für ihren verlorenen Fuß hervorrief. Die Probandin hatte das Gefühl, als wüchsen zehn Zentimeter unterhalb ihres Knies Zehen aus dem Amputationsstumpf. Die zusätzliche elektrische Stimulation eines Hautfeldes an der Außenseite ihres rechten Oberschenkels rief ein langsam in die Länge wachsendes Phantom für den Unterschenkel hervor. Während es sich ausdehnte, schob es das Phantom des Fußes vor sich her, bis dieses am Ende eines vollständigen Unterschenkels angekommen war. Beide Phantome fügten sich zur integralen Wahrnehmung eines intakten Beines zusammen und befähigten die Probandin, mithilfe ihrer Prothese im Gefühl zweier intakter Beine zu laufen.
Einleitung
Die Amputation einer Extremität unterbricht sensorische Nervenbahnen, die im Rückenmark aufsteigend überkreuzen und in der gegenseitigen Hirnhälfte innerhalb einer Windung hinter der Zentralfurche (Gyrus postcentralis) enden. Sensorische Nervenbahnen, die von benachbarten Körperstellen ausgehen, enden dabei auch an benachbarten Gruppen von Neuronen. So wird in jeder Hirnhälfte die gegenseitige Körperhälfte in einem Kontinuum benachbarter Neuronen als Homunculus abgebildet1. Infolge dieser somatotopen Gliederung hinterlässt die Amputation einer Extremität in der gegenseitigen, somatosensorischen Hirnrinde eine Ansammlung nicht mehr aktivierter Neuronen, die Teile der verlorenen Extremität repräsentieren. Viele Synapsen auf den Membranen dieser „verstummten“ Neuronen zerfallen. Nach und nach aber wachsen Nervenfasern (Axone) von Neuronen benachbarter Orte der postzentralen Windung in das verstummte Neuronenfeld ein und ersetzen die verlorenen Synapsen durch neue2 3. Infolgedessen vermögen aktivierte Neuronen der Nachbarschaft das verstummte Neuronenfeld wieder anzuregen. Die nach der Amputation einsetzende synaptische Reorganisation kann mehrere Monate dauern und weist dann Hautzonen, deren sensorische Nervenbahnen in kortikalen Feldern enden, die dem verstummten Feld benachbart sind, als rezeptive Hautzonen aus, deren taktile oder elektrische Reizung Phantomempfindungen für Teile der verlorenen Extremität auslöst4. Welche Hautzonen infolge der genannten synaptischen Reorganisation als rezeptive Felder ausgewiesen wurden, lässt sich leicht zeigen, indem ein Untersucher verschiedene Hautflächen eines amputierten Menschen mithilfe eines Pinsels oder einer Zahnbürste überstreicht und der Proband die dabei ausgelösten Phantomempfindungen beschreibt.
Bei Beinamputierten häufen sich derartige rezeptive Felder in Abhängigkeit der Amputationshöhe in verschiedenen Hautzonen der zur Amputationsstelle gleichseitigen Körperhälfte. Bei Unterschenkelamputierten findet man rezeptive Felder, deren Reizung Phantomempfindungen für Teile des verlorenen Fußes auslöst, gehäuft am Oberschenkel, bei Oberschenkelamputierten zumeist an der entsprechenden Hüfte und Oberkörperhälfte. Darüber hinaus finden sich rezeptive Hautfelder für Teile des verlorenen Beines oft auch an Schulter, Arm und Hand5.
Beinamputierte Personen berichten häufig Phantomempfindungen für den Vorfuß (Ballen, Zehenreihe) und die Ferse. Diese Empfindungen werden in der beschriebenen Weise stets von getrennten, fest umschriebenen Hautzonen ausgelöst, deren Grenzen der Untersucher mithilfe eines Schminkstiftes auf der Haut der amputierten Person anzeichnen kann. Werden Spannungsimpulse von 5 bis 10 Volt und mit einer Frequenz von 70 Impulsen pro Sekunde mittels Klebeelektroden durch je eines dieser rezeptiven Felder geleitet, lösen sie desgleichen je eine eigene Phantomempfindung für Vorfuß und Ferse aus. Zwei Stromkreise eines tragbaren elektrischen Stimulationsgerätes können getrennt durch je eines dieser beiden rezeptiven Hautfelder geführt werden. Der eine Stromkreis lässt sich mithilfe eines Drucksensors schließen, der im Ballenbereich einer Schuhsohle eingelassen wurde, der andere von einem Drucksensor im Fersenteil. Wenn die amputierte Person mit ihrer Prothese im Wechsel der Schritte die beiden Drucksensoren belastet, löst sie alternierend Phantomempfindungen für Vorfuß und Ferse aus. Beide Empfindungen gehen dabei derart ineinander über, dass der amputierte Mensch fühlt, als ginge er statt mit einer Prothese mit einem intakten Bein6 7.
Meistens erscheinen solche Fuß-Phantome für den Nutzer eines derartigen „Phantomstimulators“ auch in der natürlichen Distanz zum Körper. Der Anwender fühlt, als trete er mit einem Bein normaler Länge auf. Andere Amputierte aber berichten, sie könnten zwar ihren verlorenen Fuß als Phantom fühlen, dieser aber hänge direkt unterhalb des Amputationsstumpfes, so als sei das Phantom wie bei einem Teleskop an den Körper herangezogen. Die vorliegende Fallstudie an einer unterschenkelamputierten Frau mit spontan auftretendem Teleskop-Phantom ihres Fußes erlaubt Einblicke bezüglich der Auslösung und Modifikation dieses Phänomens unter elektrischer Anregung.
Methode
Die Probandin E. N. (56 Jahre) hatte sich im Dezember 2020 bei einem Sturz auf Glatteis ihr rechtes Sprunggelenk sowie Waden- und Fersenbein gebrochen. Der angelegte Gipsverband fixierte ihren Fuß in Spitzfuß-Stellung. Als der Gipsverband entfernt wurde, entwickelte sich ein komplexes regionales Schmerzsyndrom. Sooft die Patientin ihre Ferse belastete, löste dies einen starken Schmerz aus. Daher lief sie drei Jahre lang in rechtsseitiger Spitzfuß-Stellung. Weder Ergo- noch Physiotherapie, Entspannungsübungen, Akupunktur, Betäubungen noch eine Spiegeltherapie vermochten diesen Zustand zu lindern. Schließlich folgte die Patientin der Empfehlung ihrer Ärzte, zur Sicherung einer besseren Lebensqualität ihren rechten Unterschenkel im Oktober 2023 amputieren zu lassen. Der Amputationsstumpf verheilte gut. Die Patientin empfand bald Phantomsensationen, gelegentlich auch Phantomschmerzen. Diese benannte sie als kurze Stiche. Der Stumpf zuckte dabei unangenehm. Nach längerem Gehen mit der Prothese schmerzte der verlorene Fuß und dessen Zehen wurden einzeln als Phantome spürbar. Wenn sich die Probandin aus dem Sitz erhob, hatte sie das Gefühl, ihr Phantomfuß hänge direkt am Stumpf (Teleskop-Phantom).
Die Probandin wurde in der Folge von einem Physiotherapeuten (L. Häusler) betreut. Er hatte bei der Massage ihrer Nacken- und Schultermuskulatur herausgefunden, dass ein kräftiger Daumendruck auf zwei Hautstellen über dem rechten Schulterblatt je eine deutliche Phantomempfindung für den Vorfuß und die Ferse auslöste. Im Sommer 2024 wurden im Verlauf mehrerer Treffen Bedingungen untersucht, unter denen sich Phantomempfindung insbesondere in Form des genannten Teleskop-Phänomens auslösen ließen.
Ergebnisse
An einem ersten Termin (Ende Juni 2024) überstrich einer der Autoren mit einer Zahnbürste verschiedene Hautstellen der Probandin, die gebeten wurde, auftretende Phantomempfindungen zu berichten. Der Untersucher stimulierte zuerst den Amputationsstumpf. Die leichte, taktile Reizung verglich die Probandin mit einem unangenehmen, stechenden Prickeln, wie sie es von „eingeschlafenen“ Füßen kenne. Jenseits einer Grenzlinie, die etwas oberhalb des Knies gezogen werden konnte, hörte diese unangenehme Empfindung auf. Der Oberschenkel erwies sich als schmerzfrei. An seiner rechten Seite konnte eine längliche Zone bestimmt werden, deren Überstreichen Phantomempfindungen für den amputierten Unterschenkel hervorrief (Abb. 1). Darüber hinaus wurden am Oberschenkel keine weiteren rezeptiven Hautzonen gefunden.
Zusätzlich aber konnten zwei münzgroße, rezeptive Stellen auf der Haut über dem rechten Schulterblatt bestimmt werden. Ein Druck mit dem Daumen auf eine Stelle rief ein Phantom für die gesamte Zehenreihe hervor, ein Druck auf die zweite Stelle ein Phantom für die Ferse (Abb. 2). Diese beiden Empfindungen lokalisierte die Probandin als Teleskop-Phantome am Ende ihres Amputationsstumpfes und zeigte mithilfe der Finger ihrer rechten Hand die aus ihrem Amputationsstumpf ragenden Phantomzehen an.
Eine Woche später nahm die Probandin mit ausgestrecktem linken Bein und Amputationsstumpf mit angesetzter Prothese sitzend auf einer Liege Platz. Zu Beginn dieses zweiten Termins wurden die beiden Hautstellen über dem Schulterblatt, an denen Druckreize Phantome für den Vorfuß und die Ferse auslösten, erneut bestimmt. An jeder dieser Hautstellen wurde je eine selbstklebende TENS-Elektrode angebracht. Bipolare Rechteckimpulse eines kleinen, tragbaren Spannungsgenerators konnten über einen ersten Stromkreis an beide Elektroden geleitet werden. Mithilfe eines Tasters konnte der Untersucher Serien von Spannungsimpulsen durch die beiden rezeptiven Hautfelder leiten. Die Probandin meldete sogleich ein Phantom ihres gesamten Fußes, das sie an der Unterseite ihres Amputationsstumpfes hängend wahrnahm. Die elektrische Stimulation wurde über fünf Minuten fortgesetzt, doch änderte sich an der Position des Teleskop-Phantoms nichts.
Des Weiteren wurde das rezeptive Hautfeld für das Phantom des Unterschenkels erneut am rechten Oberschenkel bestimmt. An die Enden der länglichen Hautzone wurde je eine TENS-Elektrode geklebt. Dann wurden Serien bipolarer Rechteckimpulse des zweiten Stromkreises des gleichen Stimulationsgerätes durch dieses rezeptive Feld geleitet. Die Probandin berichtete sogleich das Einsetzen eines Phantoms, das am Amputationsstumpf entspringend innerhalb von zwei Minuten auf die normale Länge eines Unterschenkels auswuchs. Die Probandin empfand dies, als wachse ein fester (knöcherner) Kern in die Länge, den eine watteartige Schicht umhüllt. Das bereits über den ersten Stromkreis ausgelöste Fußphantom wurde dabei von dem auswachsenden Unterschenkel-Phantom vor sich hergeschoben, bis es für die Wahrnehmung der Probandin in der normalen Beinlänge angekommen war.
Als die Probandin mit eingeschaltetem Stimulationsgerät in einem Gang umherlief, erfreute sie sich einer integralen Phantomempfindung ihres gesamten rechten Beines. Allerdings hatte sie dabei die Empfindung, in Spitzfuß-Haltung zu laufen. Als das Stimulationsgerät nach circa einer halben Stunde abgeschaltet wurde, zog sich das Unterschenkel-Phantom innerhalb einer Minute zurück und hinterließ wiederum das am Amputationsstumpf angesetzte Teleskop-Phantom des rechten Fußes, das erst nach einigen weiteren Minuten erlosch.
In einer reproduzierenden Untersuchung nahm die Probandin wieder in der beschriebenen Haltung mit angesetzter Prothese sitzend auf einer Liege Platz. Diesmal aber wurde zuerst das längliche rezeptive Feld an der Seite ihres rechten Oberschenkels elektrisch stimuliert. Nun begann in ihrer Wahrnehmung wieder der Unterschenkel langsam aus dem Amputationsstumpf zu wachsen, bis er nach circa zwei Minuten seine normale Länge erreicht hatte. Als dann die beiden rezeptiven Felder unterhalb des rechten Schulterblattes mithilfe des anderen Stromkreises desselben Stimulationsgerätes gereizt wurden, fügte sich das Phantom des rechten Fußes sogleich an das Ende des Unterschenkel-Phantoms. Beide Phantome verschmolzen zur integralen Wahrnehmung eines vollständigen Beines. Die Probandin erhob sich und lief sichtlich erfreut im Gang auf und ab. Dabei hatte sie jedoch wieder die Empfindung eines rechten Spitzfußes. Die Patientin gab an, dies fühle sich an, als sei sie mit ihren Zehen in den rechten Schuh geschlüpft, während die Ferse über dem hinteren Schuhrand stehend wahrgenommen wurde. Nach Abschalten des Geräts zog sich das Unterschenkel-Phantom wiederum innerhalb einer Minute teleskopartig zurück, während das Fuß-Phantom noch einige Minuten an ihrem Amputationsstumpf hängen blieb.
Diskussion
Die von räumlich getrennten rezeptiven Hautfeldern mithilfe einer elektrischen Impulsreizung hervorgerufenen Phantomempfindungen ließen sich wie Puzzlesteine derart zusammenschieben, dass der mit ihrer Prothese schreitenden Probandin die integrale Empfindung eines intakten rechten Beines vermittelt werden konnte. Nach Abschluss der berichteten Untersuchungen wurde der Probandin ein am Gürtel tragbares Stimulationsgerät zur Verfügung gestellt, welches zum einen das Unterschenkel-Phantom anregte und des Weiteren mithilfe zweier zusätzlicher Stromkreise getriggert von zwei in die rechte Schuhsohle eingelassenen Kontaktsensoren die Phantome für Vorfuß und Ferse alternierend im Takt der Schritte anregte. Die Empfindung, in Spitzfuß-Stellung zu schreiten, blieb auch bei Nutzung dieser Vorrichtung bestehen. Offensichtlich haben die den rechten Fuß repräsentierenden Neuronenverbände des somatosensorischen Kortex ein „Gedächtnis“ an die lange Zeit entwickelt, in der die Probandin täglich in rechter Spitzfuß-Stellung gelaufen war. Ein längerer, täglicher Gebrauch des beschriebenen Systems zur Anregung von Phantomempfindungen soll zeigen, ob sich im Lauf der Zeit auch Prozesse der neuronalen Plastizität aktivieren lassen, welche die erhöhte Ferse des „Spitzfußes“ allmählich absenken und dann die Empfindung eines normalen Schreitens ermöglichen können.
Hinweis:
Das bereits in früheren Beiträgen beschriebene und in der vorliegenden Fallstudie eingesetzte „System zur Anregung von Phantomempfindungen“ wurde vom Europäischen Patentamt (München) als EP 2962726 registriert.
Danksagung:
Die Autoren danken Frau E. N. für ihre sehr engagierte Teilnahme an dieser Studie.
Für die Autoren:
Prof. Dr. rer. nat. Dr. med. habil. Alfred Meier-Koll
Forschungsstelle für experimentelle Ergo- und Physiotherapie
Diploma Hochschule
Allmannsweilerstr. 104
88046 Friedrichshafen
forschung.fn@diploma.dewww.bergmannsheil.de
Begutachteter Beitrag/reviewed paper
Meier-Koll A, Iannuzzi G, Häusler L. Elektrische Anregung eines Teleskop-Phantoms – Fallstudie an einer Beinamputierten. Orthopädie Technik, 2025; 76 (7): 66–69
Quellenverzeichnis
- Gelenkfuß für Gehhilfen — 8. September 2026
- Myoelektrische Orthesenversorgung bei Funktionseinschränkungen oder ‑verlust der oberen Extremität: Einsatzmöglichkeiten des Luna-Neo-Systems — 7. September 2026
- Bewegung statt Stillstand: neue Therapieansätze mit Controlled-Dynamic-Stretch(CDS)-Orthesen zur Verbesserung der Gelenkbeweglichkeit bei Kindern mit neurologischen Erkrankungen — 4. September 2026
- Penfield W, Rasmussen T. The cerebral cortex of man; a clinical study of localization of function. New York: Macmillan, 1950
- Florence SL, Taub HB, Kaas JH. Large-scale sprouting of cortical connections after injury in adult macaque monkeys. Science, 1998; 282 (5391): 1117–1121
- Pons TP et al. Massive Cortical Reorganization After Sensory Deaffenertation in Adult Macaques. Science, 1991; 252 (5014): 1857–1860
- Ramachandran VS, Hirstein W. The perception of phantom limbs, The D.O. Hebb lecture. Brain, 1998; 121 (9): 1603–1630
- Meier-Koll A, Friedl T, Raible T, Wycisk S. Entwicklung und Verteilung Rezeptiver Hautzonen zur Anregung von Phantomempfindungen an Beinamputierten. Orthopädie Technik, 2018; 69 (8): 36–40
- Meier-Koll A. Ein Phantomstimulator für Amputierte Gliedmaßen. Orthopädie Technik, 2013; 64 (5): 36–39
- Meier-Koll A, Weber KH. Fühlbare Beinprothesen. Orthopädie Technik, 2014; 65 (7): 50–55