Schwitzen für die Wissenschaft

Hartrahmen- oder flexible Knieorthese – welche stabilisiert Probanden mit nicht operierter Kreuzbandruptur besser?
Vorteil SofTec Genu hieß es nach der ersten Studie am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Jetzt wird dort erneut geprüft – bei sportlich komplexen Bewegungen. Alles andere als ein Spaziergang …

Nina Kellner wirkt konzentriert. Kleine Schweißperlen stehen auf ihrer Stirn. Unmittelbar vor der Probandin liegt das schwierigste Stück Arbeit. Ja, so muss man das nennen, was ihr hier im BioMotion Center des Instituts für Sport und Sportwissenschaft (IfSS) am KIT abverlangt wird. Auf dem Programm stehen vier Bewegungsaufgaben: Einbeinsprünge, Richtungswechsel , Gehen, Treppensteigen. Jede Bewegungsaufgabe muss jeweils drei Mal mit dem gesunden Bein sowie mit dem verletzten Bein ohne Orthese, mit einer Hartrahmenorthese und mit der SofTec Genu durchlaufen werden. Insgesamt 120 Versuche wird Nina Kellner am Ende dieses heißen, fünfstündigen Nachmittags absolviert haben. Schwitzen für die Wissenschaft. Ein Spaziergang sieht anders aus. Die größte Herausforderung steht Nina Kellner jetzt bevor. Zwar sind es nur zehn Meter Fußmarsch, die sie ohne Knieorthese zurücklegen soll. Die aber haben es in sich.

Ortheseninduzierte Belastungs- und Bewegungskontrolle

Ungefähr auf der Hälfte der Wegstrecke ist in den Laufsteg eine Kraftmessplatte eingelassen. Die Platte dient bei allen Bewegungsaufgabenals zentrales Messinstrument. Das Gemeine ist: Die Kraftmessplatte kann nach rechts und links in bestimmten Winkeln weggekippt werden. In welche Richtung die Platte kippt , das entscheidet ein Zufallsgenerator. „Randomisiert“, sagt die junge Frau mit Pferdeschwanz, die von ihrem Rechner aufgestanden ist. „Die Grundvoraussetzung für eine seriöse Untersuchung.“ Dr. Anne Focke ist Sportwissenschaftlerin am IfSS und verantwortlich für die Durchführung der Studie „Ortheseninduzierte Belastungs- und Bewegungskontrolle bei Patienten mit vorderer Kreuzbandruptur“. Die kurze, KIT-interne Version lautet: „SofTec Genu 2.0“. Eine Studie mit der Evidenzklasse I b. Leiter der Studie sind Prof. Dr. Wolfgang Potthast , Prof. Dr. med. Stefan Sell sowie Jun.-Prof. Dr. rer. nat. Thorsten Stein. „Und los“, gibt Dr. Focke das Startsignal für die Probandin. Mutig geht Nina Kellner auf die kippbare Kraftmessplatte zu. Sie setzt den Fuß ihres verletzten Beins auf die Platte. „Klick“. Die Platte kippt nach links. Die Probandin zuckt , gerät aus dem Tritt. Fast stolpert sie. Dann fängt sie sich und geht bis zum Ende des Laufstegs durch. Geschafft! Als Nächstes kommt der Gang mit angelegter SofTec Genu.

Koordinationschecks und Kraftanstiegsraten

Die Multifunktionsorthese von Bauerfeind ist kein unbeschriebenes Blatt. In der ähnlich konzipierten Vorgängerstudie von „SofTec Genu 2.0“ konnte belegt werden, dass die passive und aktive, sprich neuromuskuläre Stabilität der knieverletzten Probanden durch das Tragen der Orthese signifikant erhöht wurde (Strutzenberger et al., siehe Ref.). Ein Paukenschlag. SofTec Genu zeigte gerade bei bestimmten Parametern wie etwa der Kraftanstiegsrate bessere Werte als die Hartrahmenorthese. „Unsere aktuelle Studie greift diese Ergebnisse auf und überprüft sie bei komplexen, alltagsähnlichen Bewegungen“, beschreibt Dr. Focke grob das Studiendesign (siehe auch Interview rechts). „Dazu gehören verschiedene Koordinationschecks auf der kippbaren Kraftmessplatte.“ Neben Sport- und Naturwissenschaftlern arbeiten am IfSS Techniker, Mathematiker sowie Mediziner zusammen. „Mit Bewegung kennen wir uns hier alle gut aus“, betont der Leiter des BioMotion Centers, Prof. Stein, selbstbewusst. „Interdisziplinarität wird großgeschrieben.“
Nina Kellner macht sich erneut auf den Weg. Jetzt mit der SofTec Genu am verletzten Bein. Vor drei Jahren hat sie sich beim Handballspielen einen Riss des vorderen Kreuzbands zugezogen. „Lange Zeit wurde die Verletzung nicht erkannt“, berichtet sie. „Erst nach einer weiteren unglücklichen Bewegung beim Handball kam der Befund.“ Sie ließ sich nicht operieren, auch weil eine Reststabilität gegeben ist. „Mit der trotzdem vorhandenen Instabilität erfüllt sie ein wichtiges Einschlusskriterium für die Studie“, erklärt Dr. Focke. Um die Aussagekraft der Studie zu erhöhen, wurde auf die Einhaltung strenger Kriterien geachtet. Die Probanden sollten neben der konservativen Versorgung einer vorderen Kreuzbandruptur ein bestimmtes Gefälle zwischen gesundem und lädiertem Knie vorweisen. Das wurde durch Ein- und Mehrsprungtests ermittelt. Die hat Nina Kellner hinter sich, auch eine längere Phase des Tragens der Orthese beim Handballtraining und im Wettkampf. Jetzt soll sie gehen.

Fließendes Gangbild mit der SofTec Genu

An Füßen und Beinen der Probandin sowie an ihrem Kopf kleben Marker, kleine, mit einer Silberschicht überzogene Kugeln. Sie dienen den Infrarotkameras, die längs des „Laufstegs“ installiert sind, als Reflektoren. Die Kameraaufnahmen zeichnen auf dem Rechner unter anderem ein buntes Gangbild auf. Gleichzeitig werden eine Fülle von Daten zum Bewegungsablauf registriert. Diese Werte ermöglichen eine Aussage über die Wirkung der Orthese. Darüber hinaus kann durch die Analyse der Bewegungsdaten sowie der gemessenen Kraftwerte der Kraftmessplatte auch auf die Kräfte im Kniegelenk während der Bewegung geschlossen und somit eine Aussage über die Belastung des Kniegelenks beim Gehen getroffen werden. Aber nicht immer ist die Kamera nötig. Für den Beobachter ist die Wirkung der SofTec Genu jetzt schon mit bloßem Auge erkennbar: Nina Kellner bewältigt die verflixte Kraftmessplatte, die unmittelbar vor dem Auftreten natürlich wieder wegkippt , souverän. Sie kommt nicht aus dem Takt. Ihr Schritt ist fest und fließend. Und wie sieht das Gangbild mit der Hartrahmenorthese aus? Sie ist ja die große „Konkurrentin“ in der Studie. Der Eindruck des Beobachters ist: steif und irgendwie unnatürlich. Rein subjektiv gesehen, versteht sich. Für das Objektive in dieser wissenschaftlichen Studie sind die Kameras und die Kraftmessplatte zuständig. Und Frau Dr. Focke.

Ref.: Strutzenberger, G.; Braig, M.; Sell , S.; Schwameder, H. In: Vilas-Boas, J.P., Machado, L., Kim, W., Veloso, A.P. (eds). Biomechanics in Sports 29. Scientific Proceedings of the 29th International Conference on Biomechanics in Sports (pp. 675–678), Port. (2011).

G. Strutzenberger, M. Braig, S. Sell , K. Boes, H. Schwameder: Effect of Brace Design on Patients with ACL-Ruptures, Orthopedics & Biomechanics Int J Sports Med 2012; 33: 934–939.

Bilder: Patrick Seeger, Bauerfeind