Diagnose: Ausgeklügeltes Schultergekenk.

12. April 2006
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Mit neuen Messmethoden werden an der Charite in Berlin Kräfte gemessen, die bei verschiedenen Armbewegungen auf die Schulter einwirken. Die Sensoren sitzen im Inneren des künstlichen Gelenks und liefern erstaunliche Ergebnisse.

Die Videokamera läuft. Gleichzeitig erscheinen auf dem Monitor des Rechners die Ergebnisse der Messungen, die Sensoren aus dem Körperinneren des Patienten nach außen funken. Kämmt sich Wolfgang Schubert die Haare, schnellt die Kurve nach oben, trägt der einen vollen Einkaufskorb, schlagen die Zeiger viel schwächer aus.
Was die Forscher des Biomechanik-Labors am Campus Benjamin Franklin der Berliner Charité messen, hat vorher noch niemand registriert. Messfühler im Oberarmknochen messen die Kräfte, die bei einfachen Tätigkeiten des täglichen Lebens auf das Schultergelenk wirken.

Datenübertragung per Funk

Bis vor knapp einem Jahr hatte der 69-jährige an einer starken Arthrose der Schulter gelitten. Dann implantierten ihm die Berliner Orthopäden um Ulrich Weber ein künstliches Schultergelenk. In seinem Inneren verbirgt sich die Mikroelektronik, die den Wissenschaftlern erstaunliche neue Erkenntnisse über die Kräfte vermittelte, die auf die Schulter wirken.
Nicht viel größer als ein Fingerhut ist die Apparatur, die aus sechs Halbleiter-Dehnungsmessstreifen besteht. Sie registrieren die Kräfte, die Drehmomente und die Temperatur und befinden sich im innen am Knochenhals der Endoprothese. Immer dann, wenn die Wissenschaftler Messungen vornehmen wollen, trägt Schubert eine Magnetfeldspule um den Oberarm, die die Sensoren über eine kleine Sekundärspule im Schaft der Prothese mit Energie versorgt. Eine Antennenschleife funkt die Daten direkt an den Empfänger. Eine Videokamera zeichnet gleichzeitig zu den Messungen die entsprechende Bewegung auf.
“Jetzt können wir erforschen, welche Kräfte tatsächlich auf das menschliche Schultergelenk wirken”, sagt Georg Bergmann, Leiter der Biomechanik-Abteilung. “Alle theoretischen Abschätzungen waren bisher sehr unsicher, weil bei Schulterbewegungen viele verschiedene Muskeln beteiligt sind.”

Kämmen ist Schwerarbeit

Schon die ersten Messungen eine Woche nach der Operation brachten Erstaunliches ans Tageslicht: Sitzt der Patient am Tisch und hebt eine Kaffeekanne am ausgestreckten Arm in die Höhe, wirkt auf das Gelenk eine Kraft die dem gesamten Körpergewicht entspricht. Nicht recht viel weniger ist es bei so banalen Bewegungen wie “Haare kämmen”. sind es bis zu 70 Kilogramm. Und Autofahren mit einer schwergängigen Schaltung fordert von der Schulter eine Höchstleistung von bis zu 130 Prozent des Körpergewichts. “Bei einem Widerstand von 30 Newton am Ellenbogen wirkt im Gelenk eine Kraft von 200 Newton. Die Belastung im Gelenk ist dabei also etwa siebenmal größer als die äußere Belastung.”, erläutert Bergmann. Eine Einkaufstasche oder ein Getränkekasten fordert von der Schulter dagegen nur wenig Anstrengung. Am nach unten gestreckten Arm maßen die Forscher nur etwa 15 Prozent des Körpergewichts.
Auch bei der Physiotherapie sind die Kräfte weitaus geringer als bei den täglichen Verrichtungen des Alltags, Die Belastung erreicht dabei maximal die Hälfte des Körpergewichts. Gerade aber bei der Behandlung von Schulterbeschwerden ist es wichtig, sich ein genaues Bild über die auftretenden Kräfte zu machen. “Fast jeder Mensch leidet im Alter unter schmerzhafter Schultersteifheit. Trotzdem wissen wir wenig über die Entstehung und Vermeidung. Von den Messungen erwarte ich mir Aufschluss darüber” so hofft Orthopäde Ulrich Weber auf Erkenntnisse durch die neue Meßmethode.

Bessere Verankerung

Besonders dann, wenn das Schultergelenk so sehr geschädigt ist, dass es ersetzt werden muss, soll das Wissen um die auftretenden Kräften den Technikern helfen, noch bessere Prothesen zu konstruieren. Weil sich die Verankerung einer künstlichen Gelenkpfanne am relativ dünnen Schulterblatt häufig lockert, setzen die Ärzte meist nur eine Halbprothese ein, eine künstliche Gelenkfläche am Oberarmknochen.
Ein halbes Jahr nach der Operation geht es Wolfgang Schubert inzwischen wieder so gut, dass er wieder seinem Hobby, dem Zeichnen von Cartoons, nachgehen kann – trotz der dabei auftretenden hohen Kräfte auf die das Gelenk. Er soll aber nicht der einzige bleiben, dessen Oberarmknochen Messdaten nach außen funkt. Erst vor kurzem setzten die Ärzte einem zweiten Patienten die High-Tech-Schulter ein. Am Schluss sollen es zehn sein.

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