Ver­bes­se­rung von Geh­ge­schwin­dig­keit, Ener­gie­ver­brauch, Sturz­ri­si­ko und Phan­tom­schmer­zen durch Wie­der­her­stel­lung des sen­so­ri­schen Feed­backs nach einer Oberschenkelamputation

K. Lechler, L. Tronicke, St. Raspopovic, F. Petrini, A. Ö. Sverrisson, Á. Alexandersson
Heutige Beinprothesen vermitteln kein aktives sensorisches Feedback. Prothesenträger müssen daher sensorische Reize, die über den Stumpf wahrgenommen werden, neu verstehen und interpretieren lernen. Ein sensorisches Feedback beeinflusst jedoch die Fähigkeit des Anwenders, die Prothese anzusteuern, was sich wiederum auf die Balance und das Gangbild auswirkt. Dieser Artikel fasst zwei Studien zu diesem Thema zusammen und berichtet darüber, inwiefern vier Nervenimplantate durch Signalübertragung von Sensoren im Prothesenkniegelenk die verlorengegangene direkte Wahrnehmung von Bodenkontakt und Kniegelenksbewegung wiederherstellen können. Die nachgebildete Propriozeption und der zeitgleich wiederhergestellte Tastsinn führen zu messbarer Mobilitätsverbesserung, reduziertem Sturzrisiko, geringerem Energieverbrauch und weniger Phantomschmerzen.

Ein­lei­tung

Bis­her gibt es kei­ne Berich­te über die Wie­der­her­stel­lung des sen­so­ri­schen Feed­backs durch Ner­ven­im­plan­ta­te bei Men­schen mit Ober- oder Unter­schen­kel­am­pu­ta­ti­on. Die­se Pro­the­sen­trä­ger sind fol­gen­den Erschwer­nis­sen ausgesetzt:

  • einem erhöh­ten Sturz­ri­si­ko 1,
  • einem erhöh­ten Ener­gie­ver­brauch 2,
  • einer all­ge­mein redu­zier­ten Mobi­li­tät 3,
  • einem erhöh­ten kogni­ti­ven Auf­wand beim Gehen 4
  • sowie zu einem hohen Anteil wie­der­keh­ren­den Phan­tom­schmer­zen 5.

Neu­es­te Fort­schrit­te demons­trie­ren ein sen­so­ri­sches Feed­back mit nicht­in­va­si­ven Metho­den wie per­ma­nen­ter zeit­dis­kre­ter 6 7, vibrie­ren­der oder elek­tro­ku­ta­ner Sti­mu­la­ti­on 8. Aller­dings wur­den die­se Metho­den bei Men­schen mit einer Unter­schen­kel­am­pu­ta­ti­on ein­ge­setzt und zeig­ten nur gerin­ge Effek­te auf Gang­sym­me­trie und Standsta­bi­li­tät 9 10. Eine direk­te Ner­ven­sti­mu­la­ti­on durch „trans­ver­sa­le intra­fasz­i­ku­lä­re Mehr­ka­nal-Elek­tro­den“ („trans­ver­sal intra­fa­sci­cu­lar mul­tich­an­nel elec­tro­des”; TIMEs) wur­de in Lang­zeit­stu­di­en bei Men­schen mit einer Ampu­ta­ti­on der obe­ren Extre­mi­tät ein­ge­setzt und konn­te den Tast­sinn wie­der nach­bil­den. Für Betrof­fe­ne mit einer Ampu­ta­ti­on der unte­ren Glied­ma­ßen konn­ten die weni­gen Ver­öf­fent­li­chun­gen dage­gen noch kei­nen kla­ren, signi­fi­kan­ten Nut­zen nach­wei­sen 11 12. Ziel der hier vor­ge­stell­ten Stu­di­en ist es somit zu zei­gen, dass die Funk­ti­on eines homo­lo­gen, somato­to­pi­schen sen­so­ri­schen Feed­backs bei Betrof­fe­nen mit Ober­schen­kel­am­pu­ta­ti­on wie­der­her­ge­stellt wer­den kann und dass dies die Mobi­li­tät mit der Pro­the­se ver­bes­sert und zur För­de­rung der Inte­gra­ti­on ins Kör­per­sche­ma beiträgt.

Metho­dik

Bei drei Pro­ban­den mit ein­sei­ti­ger Ober­schen­kel­am­pu­ta­ti­on (S1–S3) wur­den vier TIMEs für 90 Tage am dista­len Ende des Tibia­nervs des Stump­fes implan­tiert (Abb. 1). Eine indi­vi­du­ell ange­pass­te Ober­schen­kel­pro­the­se, bestehend aus den Ele­men­ten „TF Direct Socket“, „Ice­ross Seal-In X5 TF Liner“, „Rheo Knee XC“ und einem Fuß „Pro-Flex XC“ des islän­di­schen Pas­s­teil­her­stel­lers Össur wur­de 2 bis 3 Wochen nach der Implan­tie­rung ange­fer­tigt und als all­täg­li­che und ein­zi­ge Pro­the­sen­ver­sor­gung getra­gen. Das „Rheo Knee XC“ ver­fügt über einen inte­grier­ten Encoder, der den Knie­win­kel mit einer Auf­lö­sung von 1° erfasst und ihn bei einer Fre­quenz von 50 Hz per Blue­tooth über­mit­teln kann. Der Knie-Encoder und eine spe­zi­ell für die­se Auf­ga­be ent­wi­ckel­te Druck­mess­soh­le (Sen­sArs Neu­ro­prost­he­tics, Lau­sanne, Schweiz), die unter dem Pro­the­sen­fuß plat­ziert wur­de, über­mit­teln ihre Signa­le via Blue­tooth an ein exter­nes Steu­er­ge­rät (Con­trol­ler). Die­ses ver­rech­net die­se Infor­ma­tio­nen und gibt sie über den Sti­mu­la­tor an die TIMEs wei­ter, wo sie ent­spre­chen­de Ner­ven­sti­mu­li aus­lö­sen (Abb. 2). Die Daten aus dem inte­grier­ten Encoder im „Rheo Knee XC“ und aus drei von sie­ben Sen­so­ren der Druck­mess­soh­le wer­den als Steu­er­im­pul­se für die vier ange­schlos­se­nen Ner­ven­stel­len genutzt. Bei allen Pro­ban­den über­mit­teln drei der Ner­ven­an­satz­stel­len das Gefühl von Berüh­rung, Druck oder Vibra­ti­on im Bereich des Vor­fu­ßes, des Mit­tel­fu­ßes und des Fer­sen­be­reichs, die vier­te Ner­ven­an­satz­stel­le die Anre­gung der Waden­mus­ku­la­tur zur Wahr­neh­mung des Knie­ge­lenk­win­kels (bei S1 und S2 durch das Gefühl von Kon­trak­ti­on des Gas­tro­c­ne­mi­us, bei S3 durch ein Druck­ge­fühl auf den Gas­tro­c­ne­mi­us). Die Wahr­neh­mung von Boden­kon­takt und Knie­ge­lenks­be­we­gung durch direk­te Ner­ven­sti­mu­la­ti­on wur­de sofort und ohne zusätz­li­ches Trai­ning bei jedem Pro­ban­den her­vor­ge­ru­fen und beim Gehen eingebunden.

In den ers­ten vier Wochen, begin­nend am 2. Tag nach der Implan­ta­ti­on der Elek­tro­den, wur­de die Reak­ti­on der drei Pro­ban­den auf Ner­ven­sti­mu­la­ti­on täg­lich von Mon­tag bis Frei­tag bestimmt. Über jede Elek­tro­de wur­den unter­schied­li­che elek­tri­sche Impul­se, die sich in Dau­er, Inten­si­tät und Fre­quenz unter­schie­den, ein­ge­lei­tet. Die Pro­ban­den beschrie­ben, was sie fühl­ten, sowie die Posi­ti­on, den Aus­brei­tungs­grad und die Inten­si­tät der Sti­mu­la­ti­on. Die Beschrei­bun­gen ähnel­ten denen, wie man sie von Men­schen ohne Ampu­ta­ti­on kennt, d. h., genannt wur­den Berüh­rung, Druck, Vibra­ti­on und Muskelanspannung.

Auch ande­re Beschrei­bun­gen, die phy­sio­lo­gisch weni­ger nütz­lich erschie­nen, z. B. Krib­beln, Pul­sie­ren und das Gefühl von Elek­tri­zi­tät wur­den berich­tet, jedoch nicht für die im fol­gen­den beschrie­be­nen Neu­ro­pro­the­sen- und Schmerz­tests her­an­ge­zo­gen. Die Inten­si­tät der Wahr­neh­mung und die Inten­si­tät des ein­ge­lei­te­ten Sti­mu­lus ver­hiel­ten sich pro­por­tio­nal. Die Pro­ban­den ord­ne­ten die Sti­mu­li ent­spre­chend ihrer gefühl­ten Wahr­neh­mung bestimm­ten Regio­nen an Fuß­soh­le und Unter­schen­kel der ampu­tier­ten Sei­te zu. Auf die­se Wei­se ent­stand eine pro­ban­den­spe­zi­fi­sche „Wahr­neh­mungs­kar­te“ der Fuß­soh­le und des Unter­schen­kels. Die indi­vi­du­el­le Kali­brie­rung des Neu­ro­pro­the­sen­sys­tems nutz­te die Infor­ma­tio­nen der „Wahr­neh­mungs­kar­ten“ (Abb. 3).

Pas­si­ve Tests

Um die Effek­ti­vi­tät und die Ver­läss­lich­keit des sen­so­ri­schen Echt­zeit­Feed­backs durch die Druck­mess­soh­le und der Knie­ge­lenks­be­we­gung zu tes­ten, wur­den drei pas­si­ve Expe­ri­men­te mit den Pro­ban­den durchgeführt:

  • eine Tast­sinn­auf­ga­be,
  • eine Pro­prio­zep­ti­ons­auf­ga­be sowie
  • eine kom­bi­nier­te Aufgabe.

Tast­sinn­auf­ga­be: Die Pro­ban­den lagen dazu mit ver­bun­de­nen Augen und akus­tisch abge­schot­tet mit dem Rücken auf einer Lie­ge; die Pro­the­se war aus­ge­zo­gen. Für die Tast­sinn­auf­ga­be wur­den die Pro­ban­den gebe­ten, unter­schied­li­che Stel­len auf der Fuß­soh­le zu bestim­men. Der Tes­ter berühr­te dazu in zufäl­li­ger Abfol­ge ver­schie­de­ne Berei­che der Sen­sor­soh­le (media­le, mitt­le­re und late­ra­le Meta­tar­sa­len und Fer­se). Der Pro­band wur­de gebe­ten, die Posi­tio­nen der gefühl­ten Berüh­rung auf einer Attrap­pe anzu­zei­gen. Die Pro­ban­den muss­ten auch erken­nen, wenn kei­ne Berüh­rung erfolgte.

Pro­prio­zep­ti­ons­auf­ga­be: Für die Pro­prio­zep­ti­ons­auf­ga­be wur­den die Pro­ban­den gebe­ten, vier unter­schied­li­che Knie­win­kel­stel­lun­gen in zufäl­li­ger Rei­hen­fol­ge zwi­schen 0° und 95° zu erkennen.

Kom­bi­nier­te Auf­ga­be: Um aus­zu­schlie­ßen, dass die Pro­ban­den ähn­li­che Wahr­neh­mun­gen über die Ver­bin­dung von Stumpf und Pro­the­se emp­fin­den, wur­den die Auf­ga­ben zudem mit ange­zo­ge­ner Pro­the­se und aus­ge­schal­te­tem neu­ro­na­lem Feed­back durchgeführt.

In der kom­bi­nier­ten Auf­ga­be muss­ten der Knie­win­kel und die berührte(n) Stelle(n) an der Fuß­soh­le bestimmt wer­den (Abb. 4a–c).

Kli­ni­sche Tests

Einen Monat nach der Implan­ta­ti­on der Elek­tro­den wur­den die Geh­ge­schwin­dig­keit, das Sicher­heits­emp­fin­den, der Stoff­wech­sel­ver­brauch und die men­ta­le Anstren­gung getes­tet, wäh­rend die Phan­tom­schmerz­be­hand­lung im ers­ten Monat nach der Implan­ta­ti­on durch­ge­führt wurde.

Geh­ge­schwin­dig­keit und Sicherheitsempfinden

Zum Nach­weis eines kli­ni­schen Nut­zens wur­den zwei Stu­di­en­teil­neh­mer gebe­ten, unter­schied­li­che Auf­ga­ben beim Gehen mit und ohne zuge­schal­te­tes sen­so­ri­sches Feed­back zu absol­vie­ren. Der drit­te Teil­neh­mer konn­te auf­grund sei­ner beruf­li­chen Ver­pflich­tun­gen nicht an allen kli­ni­schen Tests teil­neh­men. Gang­gech­win­dig­keit und Sicher­heits­emp­fin­den wur­den auf einem Außen­par­cours im Sand gemes­sen. Das Sicher­heits­emp­fin­den wur­de durch Num­mern­an­ga­be auf einer Ska­la von 1 bis 10 ermit­telt. Mit sen­so­ri­schem Feed­back waren die Geh­ge­schwin­dig­keit und das Sicher­heits­emp­fin­den für bei­de Pro­ban­den signi­fi­kant höher.

Phy­si­sche Anstrengung

Zur Bewer­tung der phy­si­schen Anstren­gung mit und ohne Neu­ro­pro­the­se wur­den die Teil­neh­mer gebe­ten, auf dem Lauf­band zu gehen. Dabei wur­de die Geh­ge­schwin­dig­keit jede Minu­te um 0,5 km/h gestei­gert, bis die Pro­ban­den die maxi­ma­le Geh­ge­schwin­dig­keit erreicht hat­ten, bei der sie sich noch wohl­fühl­ten. Mit sen­so­ri­schem Feed­back erreich­ten bei­de Teil­neh­mer eine um 0,5 km/h höhe­re Geh­ge­schwin­dig­keit. Die durch­schnitt­li­che Sauer­stoff­auf­nah­me wur­de für ver­schie­de­ne Geschwin­dig­keits­be­rei­che mit und ohne sen­so­ri­sches Feed­back wäh­rend der kli­ni­schen Tests ermit­telt. Bei glei­cher Geh­ge­schwin­dig­keit war der Sauer­stoff­ver­brauch mit sen­so­ri­schem Feed­back bei den meis­ten Ver­glei­chen signi­fi­kant geringer.

Die Mes­sung der Sauer­stoff­auf­nah­me wur­de sodann auf den Außen­be­reich auf Sand und Gras aus­ge­dehnt. Dabei hat­te Pro­band 1 eine gerin­ge­re Sauer­stoff­auf­nah­me bei glei­cher Geh­ge­schwin­dig­keit; Pro­band 2 wies eine höhe­re Geh­ge­schwin­dig­keit bei glei­cher Sauer­stoff­auf­nah­me mit sen­so­ri­schem Feed­back auf.

Eine trau­ma­ti­sche Ober­schen­kel­am­pu­ta­ti­on erhöht das Risi­ko einer kar­dio­vasku­lä­ren Insuf­fi­zi­enz und beein­träch­tigt die Lebens­er­war­tung 13 um das 2,2‑Fache im Ver­gleich zu Men­schen ohne Ampu­ta­ti­on 14. Bei Sen­kung des Sauer­stoff­ver­brauchs sinkt auch die kar­dio­re­spi­ra­to­ri­sche Belas­tung, was von Bedeu­tung sein könn­te, um die­sem Pro­blem zu begeg­nen. Beim Ver­gleich zwei­er mikro­pro­zessor­ge­steu­er­ter Knieg­len­ke („C‑Leg“ und „Rheo Knee“) und eines mecha­nisch-pas­si­ven Pro­the­sen­knie­ge­lenks („Mauch Knee SNS hydrau­lisch“) zeig­te das „Rheo Knee“ bei selbst­ge­wähl­ter Geh­ge­schwin­dig­keit beim Gehen in der Ebe­ne eine Reduk­ti­on der Sauer­stoff­ver­brauchs­ra­te um 5 % gegen­über dem „Mauch SNS“ und um 3 % im Ver­gleich zum „C‑Leg“ 15. In der hier vor­ge­stell­ten Stu­die wur­de fest­ge­stellt, dass durch die Wie­der­her­stel­lung des sen­so­ri­schen Feed­backs die Sauer­stoff­ver­brauchs­ra­te mit „Rheo Knee XC“ noch wei­ter (um 12 % bzw. 17,6 % für Teil­neh­mer 2 und 1) gesenkt wer­den konnte.

Dar­aus kann geschlos­sen wer­den, dass der Sauer­stoff­ver­brauch mit MPK (d. h. dem „Rheo Knee XC“) in Kom­bi­na­ti­on mit sen­so­ri­schem Feed­back sinkt. Die Autoren ver­mu­ten, dass die Wie­der­her­stel­lung der Gang­sym­me­trie und die Erhö­hung der selbst­ge­wähl­ten Geh­ge­schwin­dig­keit ursäch­lich für den redu­zier­ten Sauer­stoff­be­darf sind. Durch das sym­me­tri­sche­re Gang­bild nähern sich die Pro­ban­den dem Ener­gie­ver­brauch von Men­schen ohne Ampu­ta­ti­on an, der nied­ri­ger ist 16.

Men­ta­le Anstrengung

Die men­ta­le Anstren­gung wur­de nach der Metho­dik von Wickens et al. gemes­sen 17. Dabei muss­ten die Pro­ban­den gehen (ers­te Auf­ga­be), lei­se Ziel­tö­ne zäh­len und ande­re Töne igno­rie­ren, die über einen Kopf­hö­rer zuge­spielt wur­den (zwei­te Auf­ga­be). Die Post-hoc-Ana­ly­se zeig­te signi­fi­kant bes­se­re Resul­ta­te bei Zuschal­tung des sen­so­ri­schen Feed­backs, nicht aber ohne die Akti­vie­rung des sen­so­ri­schen Feed­backs. Dar­aus lässt sich schlie­ßen, dass die men­ta­le Belas­tung beim Gehen ohne sen­so­ri­sches Feed­back für die Teil­neh­mer höher war und dass sie der zusätz­li­chen Auf­ga­ben­stel­lung weni­ger Auf­merk­sam­keit widmeten.

Mit mikro­pro­zessor­ge­steu­er­ten Knie­ge­len­ken wur­de bereits eine um 8 % höhe­re selbst­ge­wähl­te Geh­ge­schwin­dig­keit gegen­über mecha­ni­schen Knie­ge­len­ken nach­ge­wie­sen 18. In der hier vor­ge­stell­ten Stu­die wur­de durch das sen­so­ri­sche Feed­back eine um mehr als 10 % erhöh­te Geh­ge­schwin­dig­keit im Außen­be­reich mit dem „Rheo Knee XC“ gemes­sen. Wei­te­re Unter­su­chun­gen wären not­wen­dig, um fest­zuel­len, wel­che Para­me­ter in direk­ter Ver­bin­dung mit dem sen­so­ri­schen Feed­back und einer Stei­ge­rung der Geh­ge­schwin­dig­keit ste­hen. Die Pro­ban­den berich­te­ten von mehr Ver­trau­en in die Pro­the­se und weni­ger benö­tig­ter Auf­merk­sam­keit beim Gehen im Außen­be­reich mit sen­so­ri­schem Feed­back. Die Ergeb­nis­se deu­ten dar­auf hin, dass die Wie­der­her­stel­lung eines plau­si­blen phy­sio­lo­gisch-sen­so­ri­schen Gefühls intui­tiv vom zen­tra­len Ner­ven­sys­tem der Pro­ban­den ver­ar­bei­tet wurde.

Ein­fluss auf Phantomschmerzen

Um fest­zu­stel­len, ob eine nie­der­fre­quen­te neura­le Sti­mu­la­ti­on effek­tiv zur Redu­zie­rung von Phan­tom­schmer­zen ein­ge­setzt wer­den kann 19, wur­den zwei unter­schied­li­che Metho­den ange­wandt: die fre­quen­z­in­va­ri­an­te und die fre­quenz­va­ri­an­te Sti­mu­la­ti­on. Unter der Vor­aus­set­zung, dass die fre­quenz­va­ri­an­te Sti­mu­la­ti­on der Pois­son-Ver­tei­lung in affe­ren­ten Faser­si­gna­len gleicht 20, folg­te die Hypo­the­se der Annah­me, dass eine fre­quenz­va­ri­an­te Sti­mu­la­ti­on ange­neh­me­re und phy­sio­lo­gisch plau­si­ble­re Wahr­neh­mun­gen her­vor­ru­fe und dadurch eine effek­ti­ve­re Schmerz­lin­de­rung bewir­ke 21 22.

Um dies zu tes­ten, wur­den 10-­mi­nü­ti­ge Sit­zun­gen mit und ohne Sti­mu­la­ti­on durch­ge­führt. Die Ent­wick­lung von Phan­tom­schmer­zen wur­de mit­tels des Fra­ge­bo­gens „Neu­ro­pa­thic Pain Syn­drom Inven­to­ry“ (NPSI, von 0 bis 100) 23 und der visu­el­len Ana­logska­la (VAS, von 0 bis 40) 24 vor und nach den 10-minü­ti­gen Sit­zun­gen ermit­telt. Das Schmerz­ni­veau redu­zier­te sich signi­fi­kant für bei­de Pro­ban­den – sowohl nach der fre­quen­z­in­va­ri­an­ten als auch der fre­quenz­va­ri­an­ten Sti­mu­la­ti­on. Vor und nach den Kon­troll­mes­sun­gen (ohne Sti­mu­la­ti­on) wur­de kein Unter­schied bezüg­lich Schmerz­ni­veau und Wir­kung fest­ge­stellt. Eine Schmerz­re­du­zie­rung von 30 % auf einer Ska­la von 0 bis 10 wird als kli­nisch signi­fi­kan­tes Ergeb­nis betrach­tet 25. Die hier ermit­tel­ten Ver­bes­se­run­gen betru­gen mehr als 80 %.

Die vor­über­ge­hen­de Schmerz­re­duk­ti­on (nach Explan­ta­ti­on wur­de nicht mehr gemes­sen) könn­te mit­tels Gate-Theo­rie (d. h. die durch gro­ße Affe­ren­zen aus­ge­üb­te Hem­mung auf die nozi­zep­ti­ven spi­no­t­ha­l­a­mi­schen Bah­nen) erklärt wer­den. Die schritt­wei­se Redu­zie­rung von Schmer­zen bis zum völ­li­gen Ver­schwin­den kann auf sen­so­ri­sches Feed­back zurück­zu­füh­ren sein, das posi­ti­ve neu­ro­plas­ti­sche Ver­än­de­run­gen im Ner­ven­sys­tem aus­ge­löst hat 26 27. Die fre­quenz­va­ri­an­te Sti­mu­la­ti­on war im Ergeb­nis eben­so wirk­sam wie die frequenz­invariante Sti­mu­la­ti­on und hat­te daher kei­nen Ein­fluss auf die Lin­de­rung von Schmer­zen. Dies legt nahe, dass die Fre­quenz­va­ria­ti­on kei­nen Ein­fluss auf das Ergeb­nis der Schmerz­the­ra­pie hat. In die­ser Stu­die wur­den jedoch nur zwei Fre­quenz­va­ria­tio­nen ver­gli­chen (bei­de lösen phy­sio­lo­gisch plau­si­bel loka­li­sier­te Emp­fin­dun­gen aus). Wei­te­re Unter­su­chun­gen mit mehr Fre­quenz­va­ria­tio­nen soll­ten durch­ge­führt wer­den, um den Para­me­ter der neu­ro­na­len Sti­mu­la­ti­on zu bestim­men, der die Schmerz­re­duk­ti­on beeinflusst.

Über­win­den von Hindernissen

Um zu über­prü­fen, ob die Neu­ro­pro­the­se die Geh­fä­hig­keit ver­bes­sert, wur­den drei Tests durchgeführt:

  1. Trep­pe auf- und abstei­gen: 4 Stu­fen und 6 Stu­fen, die über Eck mit­ein­an­der ver­bun­den sind.
  2. Hin­der­nis­lauf: Über­win­den zufäl­lig ange­ord­ne­ter Hin­der­nis­se unter­schied­li­cher Grö­ße inner­halb eines Dop­pel­bar­rens ohne Zuhil­fe­nah­me der Hol­me. Stür­ze sowie die Benut­zung der Hol­me, nach­dem auf ein Hin­der­nis getre­ten wur­de, wur­den als Feh­ler gewer­tet, Hän­gen­blei­ben an einem Hin­der­nis in der Schwung­pha­se und dar­aus resul­tie­ren­de Stür­ze jedoch nicht. Die Feh­ler­an­zahl wur­de als das Ver­hält­nis zwi­schen Stür­zen und der Anzahl der ins­ge­samt mit den Füßen berühr­ten Hin­der­nis­se (mit der Pro­the­se) berechnet.
  3. Gehen auf einer 5 m lan­gen gera­den Linie 28 29: Das Ver­las­sen der Linie wur­de als Feh­ler gewer­tet (nur Prothesenseite).

Je Ter­rain wur­den die Sti­mu­la­tio­nen NF (ohne Feed­back), T (Tast­sinn = Soh­len­feed­back), P (pro­prio­zep­ti­ves Feed­back vom Gas­tro­c­ne­mi­us = Wahr­neh­mung des Kniefle­xi­ons­win­kels) und PT (P und T gleich­zei­tig) ran­do­mi­siert getes­tet. Test 3 wur­de nur unter den bei­den Bedin­gun­gen NF und PT durch­ge­führt, da die Pro­ban­den die­sen Test als sehr anstren­gend emp­fan­den. Die Tests 1 und 2 wur­den in 12 Sit­zun­gen von 30 Sekun­den pro Feed­back­si­tua­ti­on durch­ge­führt; Test 3 (auf und ab gehen) wur­de neun­mal, ran­do­mi­siert nach Feed­back­si­tua­tio­nen, wiederholt.

Mit PT-Sti­mu­la­ti­on war die Mobi­li­tät (Anzahl der Run­den) für alle Pro­ban­den höher als ohne Sti­mu­la­ti­on. Die Anzahl der in Rela­ti­on zu den ins­ge­samt mit den Füßen berühr­ten Hin­der­nis­sen redu­zier­te sich für alle Pro­ban­den signi­fi­kant mit T- und PT-Sti­mu­la­ti­on im Ver­gleich zu NF. Die Geh­ge­schwin­dig­keit und die Anzahl der berühr­ten Hin­der­nis­se waren für alle Test­be­din­gun­gen ähn­lich, was aus­schließt, dass die gerin­ge­re Zahl von Stür­zen auf eine gerin­ge­re Geh­ge­schwin­dig­keit zurück­zu­füh­ren sein könn­te. Beim Gehen auf der Linie mach­ten alle Pro­ban­den signi­fi­kant weni­ger Feh­ler mit PT als mit NF.

Basie­rend auf die­sen Ergeb­nis­sen ver­mu­ten die Autoren, dass die Wahr­neh­mung über die Posi­tio­nie­rung der Pro­the­se – z. B. beim Tre­ten auf ein Hin­der­nis – den Pro­ban­den hilft, sich recht­zei­tig zu sta­bi­li­sie­ren. Dies gilt eben­so beim Trep­pen­stei­gen: Den Knie­win­kel und die Posi­tio­nie­rung des Fußes zu ken­nen ist für die Pro­ban­den wich­tig und hilf­reich zugleich (Abb. 5). Dar­über hin­aus neh­men die Autoren an, dass das sen­so­ri­sche Feed­back die Pro­ban­den befä­higt, sich wie­der mehr auf visu­ell-ves­ti­bu­lä­re Sin­ne zu kon­zen­trie­ren, da sich die zur Pro­the­sen­kon­trol­le not­wen­di­ge men­ta­le Belas­tung reduziert.

Fazit

Das hier vor­ge­stell­te Pro­jekt war ein Pro­of-of-Con­cept-Test, der ers­te Ergeb­nis­se zu den Vor­tei­len eines sen­so­ri­schen Feed­backs durch intra­neura­le Sti­mu­la­ti­on für Men­schen mit Ampu­ta­ti­on auf­zeigt. Wei­te­re Tests sind not­wen­dig, um nach­zu­wei­sen, ob ein wei­ter pro­xi­mal ein­ge­brach­tes Implan­tat (bei höhe­rem Ampu­ta­ti­ons­grad) ähn­li­che Ergeb­nis­se lie­fern könn­te. Es soll­ten wei­te­re Unter­su­chun­gen über einen län­ge­ren Zeit­raum und mit einer grö­ße­ren Pro­ban­den­an­zahl durch­ge­führt wer­den. Dazu soll­ten Implan­ta­te ohne trans­ku­ta­ne Kabel ent­wi­ckelt wer­den. Ins­ge­samt ebnet die­se Arbeit den Weg für eine sicher­lich lang­wie­ri­ge Ent­wick­lung eines Medi­zin­pro­dukts, das aller­dings erheb­lich zur Ver­bes­se­rung der Gesund­heit und Lebens­qua­li­tät von Men­schen mit Ampu­ta­ti­on bei­tra­gen kann.

Hin­weis

Die­ser Arti­kel ist eine Zusam­men­fas­sung der bei­den fol­gen­den Veröffentlichungen:

  • Petri­ni FM, Bum­ba­si­re­vic M, Val­le G, Ilic V, Mijo­vic P, Cvan­ca­ra P, Bar­be­ri  F, Kat­ic N, Bor­to­lo­t­ti D, And­reu D, Lech­ler K. Sen­so­ry feed­back res­to­ra­ti­on in leg ampu­tees impro­ves wal­king speed, meta­bo­lic cost and phan­tom pain. Natu­re Medi­ci­ne, 2019; 25 (9): 1356–1363
  • Petri­ni FM, Val­le G, Bum­ba­si­re­vic M, Bar­be­ri F, Bor­to­lo­t­ti D, Cvan­ca­ra P, Hiair­ras­sa­ry A, Mijo­vic P, Sver­ris­son AÖ, Pedroc­chi A, Divoux JL. Enhan­cing func­tio­n­al abi­li­ties and cogni­ti­ve inte­gra­ti­on of the lower limb prost­he­sis. Sci­ence Trans­la­tio­nal Medi­ci­ne, 2019; 11 (512): eaav8939

Für die Autoren:
Knut Lech­ler
Medi­cal Direc­tor Prosthetics
Össur hf., R & D
110 Reykjavik/Island
klechler@ossur.com

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Lech­ler K, Tro­ni­cke L, Ras­po­po­vic ST, Petri­ni F, Sver­ris­son Ö. A., Alex­an­ders­son Á. Ver­bes­se­rung von Geh­ge­schwin­dig­keit, Ener­gie­ver­brauch, Sturz­ri­si­ko und Phan­tom­schmer­zen durch Wie­der­her­stel­lung des sen­so­ri­schen Feed­backs nach einer Ober­schen­kel­am­pu­ta­ti­on. Ortho­pä­die Tech­nik, 2020; 71 (5): 64–69
  1. Mil­ler WC, Speech­ley M, Deathe B. The pre­va­lence and risk fac­tors of fal­ling and fear of fal­ling among lower extre­mi­ty ampu­tees. Arch Phys Med Reha­bil, 2001; (82) 8: 1031–1037. doi: 10.1053/ apmr.2001.24295
  2. Esquen­azi A, DiGia­co­mo R. Reha­bi­li­ta­ti­on after ampu­ta­ti­on. J  Am Podiatr Med Assoc, 2001; 91 (1): 13–22
  3. Esquen­azi A, DiGia­co­mo R. Reha­bi­li­ta­ti­on after ampu­ta­ti­on. J  Am Podiatr Med Assoc, 2001; 91 (1): 13–22
  4. Wil­liams JMG, Dug­gan DS, Cra­ne C, Fennell MJV. Mind­ful­ness-based cogni­ti­ve the­ra­py for pre­ven­ti­on of recur­rence of sui­ci­dal beha­vi­or. J Clin Psy­chol, 2006; 62 (2): 201–210. doi: 10.1002/ jclp.20223
  5. Dijk­s­tra PU, Geert­zen JHB, Ste­wart R, van der Schans CP. Phan­tom Pain and Risk Fac­tors: A Mul­ti­va­ria­te Ana­ly­sis. J Pain Sym­ptom Mana­ge, 2002; 24 (6): 578–585. doi: 10.1016/S0885-3924(02)00538–9
  6. Rusaw D, Hag­berg K, Nolan L, Ram­strand N . Can vibra­to­ry feed­back be used to impro­ve pos­tu­ral sta­bi­li­ty in per­sons with trans­ti­bi­al limb loss? J Reha­bil Res Dev, 2012; 49 (8): 1239–1254. doi: 10.1682/jrrd.2011.05.0088
  7. Crea S, Edin BB, Kna­epen K, Meeu­sen R, Viti­el­lo N. Time-­Dis­cre­te Vibrot­ac­ti­le Feed­back Con­tri­bu­tes to Impro­ved Gait Sym­me­try in Pati­ents With Lower Limb Ampu­ta­ti­ons: Case Seri­es. Phys Ther, 2017; 97 (2): 198–207. doi: 10.2522/ptj.20150441
  8. Diet­rich C et al. Leg Prost­he­sis With Soma­to­sen­so­ry Feed­back Redu­ces Phan­tom Limb Pain and Incre­a­ses Func­tio­n­a­li­ty. Front Neu­rol, 2018; 9: 270. doi: 10.3389/fneur.2018.00270
  9. Rusaw D, Hag­berg K, Nolan L, Ram­strand N . Can vibra­to­ry feed­back be used to impro­ve pos­tu­ral sta­bi­li­ty in per­sons with trans­ti­bi­al limb loss? J Reha­bil Res Dev, 2012; 49 (8): 1239–1254. doi: 10.1682/jrrd.2011.05.0088
  10. Crea S, Edin BB, Kna­epen K, Meeu­sen R, Viti­el­lo N. Time-­Dis­cre­te Vibrot­ac­ti­le Feed­back Con­tri­bu­tes to Impro­ved Gait Sym­me­try in Pati­ents With Lower Limb Ampu­ta­ti­ons: Case Seri­es. Phys Ther, 2017; 97 (2): 198–207. doi: 10.2522/ptj.20150441
  11. Charkhkar H, Shell CE, Maras­co PD, Pin­ault GJ, Tyler DJ, Trio­lo RJ. High-den­si­ty peri­pheral ner­ve cuffs res­to­re natu­ral sen­sa­ti­on to indi­vi­du­als with lower-limb ampu­ta­ti­ons. J Neural Eng, 2018; 15 (5): 056002. doi: 10.1088/1741–2552/aac964
  12. Clip­pin­ger FW, Seaber AV, McEl­ha­ney JH, Har­rel­son JM, Max­well GM. Affe­rent sen­so­ry feed­back for lower extre­mi­ty prost­he­sis. Clin Orthop, 1982; (169): 202–206
  13. Naschitz JE, Len­ger R. Why trau­ma­tic leg ampu­tees are at incre­a­sed risk for car­dio­vascu­lar dise­a­ses. QJM Mon J Assoc Phy­si­ci­ans, 2008; 101 (4): 251–259. doi: 10.1093/qjmed/hcm131
  14. Modan M et al. Incre­a­sed car­dio­vascu­lar dise­a­se mor­ta­li­ty rates in trau­ma­tic lower limb ampu­tees. Am J Car­di­ol, 1998; 82 (10): 1242–1247. doi: 10.1016/s0002-9149(98)00601–8
  15. Johans­son JL, Sher­rill DM, Riley PO, Bona­to P, Herr H. A cli­ni­cal com­pa­ri­son of varia­ble-dam­ping and mecha­ni­cal­ly pas­si­ve prost­he­tic knee devices. Am J Phys Med Reha­bil, 2005; 84 (8): 563–575. doi: 10.1097/01.phm.0000174665.74933.0b
  16. Genin JJ, Bas­tien GJ, Franck B, Detrem­bleur C, Wil­lems PA. Effect of speed on the ener­gy cost of wal­king in uni­la­te­ral trau­ma­tic lower limb ampu­tees. Eur J Appl Phy­si­ol, 2008; 103 (6): 655–663. doi: 10.1007/s00421-008‑0764‑0
  17. Wickens CD, Isre­al J, Don­chin E. The Event Rela­ted Cor­ti­cal Poten­ti­al as an Index of Task Workload. Proc Hum Fac­tors Soc Annu Meet, 1977; 21 (4): 282–286. doi: 10.1177/107118137702100404
  18. Diet­rich C et al. Leg Prost­he­sis With Soma­to­sen­so­ry Feed­back Redu­ces Phan­tom Limb Pain and Incre­a­ses Func­tio­n­a­li­ty. Front Neu­rol, 2018; 9: 270. doi: 10.3389/fneur.2018.00270
  19. Cruc­cu G et al. EFNS gui­de­li­nes on neu­ro­sti­mu­la­ti­on the­ra­py for neu­ro­pa­thic pain. Eur J Neu­rol, 2007; 14 (9): 952–970. doi: 10.1111/j.1468–1331.2007.01916.x
  20. Bur­kitt AN. A review of the inte­gra­te-and-fire neu­ron model: I. Homo­ge­ne­ous syn­ap­tic input. Biol Cybern, 95 (1): 1–19. doi: 10.1007/s00422-006‑0068‑6
  21. Val­le G et al. Bio­mime­tic Intra­neural Sen­so­ry Feed­back Enhan­ces Sen­sa­ti­on Natu­ral­ness, Tac­ti­le Sen­si­ti­vi­ty, and Manu­al Dex­teri­ty in a Bidi­rec­tio­n­al Prost­he­sis. Neu­ron, 2018; 100 (1): 37–45.e7. doi: 10.1016/j.neuron.2018.08.033
  22. Melz­ack R, Casey K. Sen­so­ry, moti­va­tio­nal, and cen­tral con­trol deter­mi­nants of pain: a new con­cep­tu­al model.In: Kens­ha­lo DR (ed.). The Skin Sen­ses. Pro­cee­dings of the First Inter­na­tio­nal Sym­po­si­um on the Skin Sen­ses, Held at the Flo­ri­da Sta­te Uni­ver­si­ty in Tal­la­has­see, Flo­ri­da, March, 1966. Spring­field, Illi­nois: Charles C Tho­mas, 1968: 423–436
  23. Bou­has­si­ra D et al. Deve­lo­p­ment and vali­da­ti­on of the Neu­ro­pa­thic Pain Sym­ptom Inven­to­ry. Pain, 2004; 108 (3): 248–257. doi: 10.1016/j.pain.2003.12.024
  24. Wewers ME, Lowe NK. A cri­ti­cal review of visu­al ana­lo­gue sca­les in the mea­su­re­ment of cli­ni­cal phe­no­me­na. Res Nurs Health, 1990; 13, (4): 227–236. doi: 10.1002/nur.4770130405
  25. Farrar JT, Young JP, LaMo­reaux L, Werth JL, Poo­le RM. Cli­ni­cal impor­t­ance of chan­ges in chro­nic pain inten­si­ty mea­su­red on an 11-point nume­ri­cal pain rating sca­le. Pain, 2001; 94 (2): 149–158. doi: 10.1016/s0304-3959(01)00349–9
  26. Flor H, Niko­la­j­sen L, Sta­e­he­lin Jen­sen T. Phan­tom limb pain: a case of mal­adap­ti­ve CNS plasti­ci­ty? Nat Rev Neu­ro­sci, 2006; 7 (11): 873–881. doi: 10.1038/nrn1991
  27. Makin TR, Scholz J, Filip­pi­ni N, Hen­der­son Sla­ter D, Tracey I, Johan­sen-Berg H. Phan­tom pain is asso­cia­ted with pre­ser­ved struc­tu­re and func­tion in the for­mer hand area. Nat Com­mun, 2013; 4: 1570. doi: 10.1038/ncomms2571
  28. Howe JA, Inness EL, Ven­tu­ri­ni A, Wil­liams JI, Ver­ri­er MC. The Com­mu­ni­ty Balan­ce and Mobi­li­ty Sca­le – a balan­ce mea­su­re for indi­vi­du­als with trau­ma­tic brain inju­ry. Clin Reha­bil, 2006; 20 (10): 885–895. doi: 10.1177/0269215506072183
  29. Inness EL, Howe J‑A, Niech­wiej-Szwe­do E, Jaglal SB, McIl­roy WE, Ver­ri­er MC. Mea­su­ring Balan­ce and Mobi­li­ty after Trau­ma­tic Brain Inju­ry: Vali­da­ti­on of the Com­mu­ni­ty Balan­ce and Mobi­li­ty ­Sca­le (C B & M). Phy­sio­ther Can, 2011; 63 (2): 199–208. doi: 10.3138/ptc.2009–45
Tei­len Sie die­sen Inhalt
Anzeige