Arthrose: Muster gegen Verschleiß

20. August 2014
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Wissenschaftler entwickeln derzeit ein System, das erste Anzeichen einer Arthrose am Bewegungsmuster eines Menschen erkennen soll. Durch die frühe Diagnose und Therapie ließen sich viele Operationen wie der Einsatz künstlicher Kniegelenke hinauszögern oder vermeiden.

Wenn die Gelenke nicht mehr wie gewohnt funktionieren, gleichen Menschen das zunächst aus, indem sie ihre Bewegungen unbewusst anpassen. Bei einer Kniearthrose beispielsweise belasten sie verstärkt das gesunde Bein. So schonen sie zwar das abgenutzte Kniegelenk, zögern aber auch die Schmerzen hinaus, die auf eine beginnende Arthrose hinweisen könnten. Gelenkverschleiß im Frühstadium bleibt auch deswegen oft unentdeckt. „Wir wollen nun über eine computergestützte Analyse des Gangs ein Frühwarnsystem entwickeln, das sich routinemäßig in der Vorsorge einsetzen ließe“, sagt Professor Stefan Sell, Leiter des Lehrstuhls für „Sportorthopädie und Belastungsanalyse“ am Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS) des KIT und zugleich Chefarzt für Gelenkchirurgie am Sana Gelenk- und Rheumazentrum Bad Wildbad. Für erkrankte Patienten könne man auf diese Weise auch schonendere Bewegungsabläufe entwickeln und erproben. Gerade im Anfangsstadium könne sogar Sport noch sinnvoll sein, sofern er richtig ausgeführt werde: Wer beispielsweise trotz Kniearthrose Tennisspielen wolle, sollte darauf achten durchzulaufen, anstatt abrupt abzustoppen. Bis das Frühwarnsystem marktreif ist, werde es allerdings noch etwa zwei Jahre dauern.

Die Forscher am IfSS arbeiten daran menschliche Bewegungsmuster zu katalogisieren. Abweichungen in der Ausführung beschreiben sie mathematisch über die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens. Parallel erfassen die Sportwissenschaftler auch Bewegungsdaten von Patienten, die bereits unter Kniearthrose leiden. „Bei ihnen beobachten wir gemeinsame Merkmale in den Bewegungsabläufen, die für körperlich unbeeinträchtigte Menschen höchst unwahrscheinlich sind“, sagt Andreas Fischer, der das Projekt am BioMotion Center des IfSS betreut. Beispielsweise sei der Kniewinkel oft eingeschränkt. Auch verlagern viele Patienten ihr Gewicht deutlich langsamer auf das betroffene Bein, um den Stoß beim Aufsetzen abzumildern. In fortgeschrittenem Stadium ist dieses Verhalten mit dem Auge sichtbar und wird von Schmerzen begleitet. Mathematisch lassen sich aber bereits die ersten Anzeichen als Abweichen von der normalen Wahrscheinlichkeitsverteilung ausmachen.

Digitale Bewegungsmuster-Analyse als Basis

Um Bewegungen am Computer mathematisch analysieren zu können, müssen die Wissenschaftler sie zunächst digital abbilden. Dazu bringen sie 39 Markierungen am Körper der Probanden an: Die kleinen grauen Kugeln lassen sich einfach mit Klebeband auf der Haut befestigen. „Wichtig dabei ist, die Drehpunkte der Gelenke möglichst genau zu treffen“, erklärt Fischer. Bewegt sich der Proband nun unter Infrarotlicht, wird dieses von den Kugeln reflektiert und von Kameras aufgezeichnet. Am Computer erscheinen die Gelenkmarkierungen als Bildpunkte, auf deren Grundlage sich der restliche Körper nachmodellieren lässt. Hinzu kommen die Werte zweier Kraftmessplatten. Läuft der Proband darüber, zeichnen sie genau auf, wann und wo ein Fuß die Platte berührt und welche Kräfte zwischen Boden und Proband wirken. Lichtschranken vor und hinter den Kraftmessplatten erfassen zudem die Durchschnittsgeschwindigkeit.

„Anhand dieser Werte können unsere Rechenmodelle bereits verschiedene Bewegungsmuster erkennen: Etwa ob jemand geht oder läuft, sich im Flachen bewegt oder eine Steigung nimmt“, so Fischer. Auch könne das System Personen allein an ihrem Gang unterscheiden. Das funktioniert allerdings nur, wenn die Wissenschaftler ihre Rechenmodelle vorher entsprechend „trainiert“ haben: Dafür müssen die Probanden eine Bewegung mehrfach wiederholen, damit das System erkennt, welches die jeweils typischen Bewegungsmuster sind. „Unser System lernt auf diese Weise, wie sich Menschen normalerweise bewegen. Es braucht diesen Vergleich, um Abweichungen, die auf eine Erkrankung hindeuten, überhaupt als solche erkennen zu können“, sagt Fischer.

26 Wertungen (4.19 ø)

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20 Kommentare:

dipl. med. Rainer Hansen
dipl. med. Rainer Hansen

@Dr.Bayerl

Mein Vorschlag, die Diskussion zu beenden betraf die zunehmende Entfernung zum Artikel, der sie ausgelöst hat. Auch wenn ich mich wiederhole: Ich habe nie die Kosten für Behandlungen ins Spiel gebracht oder gegen neue/neuere Behandlungsmethoden polemisiert. Für meine aus Erfahrungen begründete Meinung sollte ich mich aber schämen und als verachtungswürdigen Kassenvertreter betrachten. Geht’s noch ??
Einzelfallbeispiele eignen sich übrigens nicht, eine Methode zu begrüssen oder
abzulehnen. Die dürfte jeder von uns haben – sowohl als auch. Nun will ich wirklich abschliessend noch einmal die Arbeit von Herrn Fischer und seinen Mitarbeitern begrüssen, besonders weil sie einer prophylaktischen Zielstellung dienen.

#20 |
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Dr.Bayerl
Dr.Bayerl

@dipl. med. Rainer Hansen,
Wenn man nicht gerade belanglose Kritik äußert, muss man das schon begründen können und kann nicht einfach sagen, bitte Schluss machen, Sie sind hierin ja nicht der Einzige mit einer solchen Diskussionsweise.
Solche Vorwürfe kommen regelmäßig auch bei anderen medizinischen Fortschritten.
Ich erinnere mich noch daran, dass sehr gemeckert wurde, man würde zu viele Herzschrittmacher “in Deutschland” implantieren.
Nun, inzwischen hat sich ergeben, dass diese Menschen, die ja schließlich mit Recht als “herzkrank” gelten, länger leben, als Herzgesunde, ab einem gewissen Alter.
Beispiel Helmut Schmitt.
Ich weiss zufällig, dass ein bestimmtes (amerikanisches) Kniegelenksmodell in der Schweiz ca. das 5-fache kostet und in USA noch deutlich mehr.
Der Vertreter hat darüber sehr gejammert, sagte aber, anders wäre die Firma wohl nicht in den “Deutschen Markt” (Fallpauschaler der GKV) gekommen.
Vielleicht stammt ihr persönlicher Eindruck, den ich ihnen gönne, ja auch daher.
An sonsten kann ich #17 bestätigen – manchmal eher zu spät –
und darf auf eine Erfahrung in einem Fall zurückgreifen, bei einer alten Frau, die schon im Rollstuhl saß, wo über die Indikation zur Knie-Prothese unter Ärzten lange diskutiert wurde (offiziell eine Kontraindikation).
Sie hatte den Operateur (ich war es nicht) lange bearbeitet, doch zu operieren.
Nun, sie hatte wohl recht damit, denn sie ist schon in der ersten Woche im Zimmer ohne Rollstuhl und Krücken und Schwester aufgestanden und zur Toilette marschiert. Das war eine Woche vorher NICHT möglich.

#19 |
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dipl. med. Rainer Hansen
dipl. med. Rainer Hansen

Es ist vermutlich ein Totschlag-Argument, aber mehr als 30 Jahre im Beruf in 3 verschiedene Ländern lässt mich zu dieser persönlichen Meinung kommen, die Sie mir doch hoffentlich zugestehen. Wir sollten damit diese Auseinandersetzung beenden, da sie sowieso am Thema weit vorbei geht. Noch einen schönen Sommer

#18 |
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henry nosbusch, Orthopäde
henry nosbusch, Orthopäde

Herr @ dipl. med. Rainer Hansen,
wie kommen Sie bitte darauf:
“dass die Indikation zur Operation in Deutschland sehr oder zu grosszügig gestellt wird”
???
Das ist schon etwas unverschämt, Krankassen-Niveau halt.
Ich kenne persönlich eine ganze Reihe von Patienten, die ganz sicher viel zu spät diese Entscheidung getroffen haben.
Eine operative Behandlung von MS kenne ich nicht und kann sie daher auch nicht beurteilen.

#17 |
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dipl. med. Rainer Hansen
dipl. med. Rainer Hansen

Sehr geehrter Herr Nosbusch, ich bin absolut nicht gegen Endoprothesen, auch die frühere Implantation als vor 20 Jahren hat meine volle Zustimmung, aber zwischen einem gesunden und irreparabel zerstörtem Knie liegen schon noch ein paar “Welten”. Ich bin nur nach wie vor der Meinung, dass die Indikation zur Operation in Deutschland sehr oder zu grosszügig gestellt wird. Übrigens habe ich nicht ein einziges Mal den Kostenfaktor erwähnt :-).
Natürlich ist “ungesunde Medizin” nicht ganz ohne Polemik, aber wie würden Sie z.B. die operative “Behandlung” von MS bezeichnen?

#16 |
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henry nosbusch, Orthopäde
henry nosbusch, Orthopäde

@dipl. med. Rainer Hansen, Sie sprechen schon wie ein AOK-Mensch schämen Sie sich,
kein Arzt hat etwas dagegen wenn Menschen gesünder leben würden,
das ist doch nun deutlich genug gemacht worden.
Aber Sie wollen doch nicht ernsthaft behaupten Gelenkprothesen würden in gesunde Gelenke implantiert! Oder dass man Menschen mit irreparabel zerstörten Gelenken keine Prothesen implantieren dürfe???
Die Formulierung “kranke Medizin” ist reine Polemik.

#15 |
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dipl. med. Rainer Hansen
dipl. med. Rainer Hansen

Sehr geehrte(r) Gast,

nicht alles, was möglich ist, ist auch richtig. In diesem Sinne gibt es auch ungesunde Medizin. Oder wollen Sie wirklich die horrenden Zahlen der Endoprothetik mit dem Super-Gesundheitssystem in Deutschlang begründen??

#14 |
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Gast
Gast

@Hallo, sehr verehrte Silke Schuster, jetzt sind Sie auch schon diesem unmöglichen Krankenkassenjargon verfallen.
Es gibt einen gesunden oder ungesunden Lebensstil,
aber keine ungesunde Medizin. Das Lamentieren wegen der “Alterung” darf man auch nicht unterstützen, denn das ist wirklich scheinheilig und eher beschämend auch für “die Medizin” selbst.
Denn z.B. ein Herzinfarkt, den man ja heute nach allen Regeln der Kunst und international übereinstimmend in Schweregrad und Prognose einteilen kann, ist tatsächlich bei einem 50-Jährigen erheblich teurer als bei einem 65-Järigen und darüber, wohlgemerkt, exakt die GLEICHE Erkrankung.
Dabei haben sehr alte Menschen, eine positive Selektion, oft ihr Leben lang in die Solidarkasse eingezahlt, ohne diese zu belasten.
Mit anderen Worten wer früher stirb, stirbt teurer. Das gilt international.

#13 |
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Ärztin

Wir wollen uns nicht streiten. Wichtig ist die frühe Diagnostik von Fehlstellungen und funktionellen Beeinträchtigungen. Die neu entwickelte Methode mag eine weitere diagnostische Möglichkeit zur Früherkennung von Störungen sein.
Wichtig ist und bleibt überhaupt frühzeitig schon im Vorfeld von Beschwerden diese Störungen zu erkennen und prophylaktisch vorzugehen, sei es mit der Empfehlung für Balettunterricht zur Haltungskorrektur oder mit Einlagen, eben der ganzen Palette prophylaktischer und früh-therapeutischer Maßnahmen.
Wir Ärzte sollten uns unseren Patienten verpflichtet sehen und nicht der Medizinprodukteindustrie.
Operiert wird trotzdem noch genug werden. Auf uns kommen in den nächsten Jahrzehnten die “Baby-Boomer” mit all ihren Gebrechen zu. Dahinter kann man leise eine “gesündere Medizin” der Zukunft vorbereiten. Alleine die Pflegekosten die auf das Gesundheitssystem zukommen werden wenn die Baby-Boomer ins Pflegealter (Pflegeversicherung) kommen macht eine drastische Kostenreduktion im Gesundheitssektor erforderlich. Den Fokus für Sparmaßnahmen auf eine verbesserte Prophylaxe zu legen ist da reizvoll.

#12 |
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dipl. med. Rainer Hansen
dipl. med. Rainer Hansen

@Henry Nosbusch
Natürlich habe ich das Rad nicht neu erfunden. Ich versuche nur, mich um die Patienten zu kümmern, die (meist Rücken-)schmerzen haben, ohne einen Befund in bildgebenden Verfahren zu bieten und zwischen therapeutischem “Baum und Borke” stehen – oder mit einem gutgemeinten Klaps auf die Schultern zum Psychologen geschickt werden.
Oft genug sind Störungen in funktionellen Ketten des Bewegungsapparates zu finden, die dafür ursächlich in Frage kommen können. Nur leider ist eine Verordnung “Haltungs- und Bewegungsschulung” zum Krankengymnasten/Physiotherapeuten zu ungenau, nicht individuell und dadurch selten hilfreich. Ich mache das schon selber und mit durchaus auch altbewährten Methoden – und zufriedenstellendem Erfolg. :-)

#11 |
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henry nosbusch, orthopäde
henry nosbusch, orthopäde

@dipl. med. Rainer Hansen, endlich, endlich,
Sie meinen, Sie haben das Rad neu erfunden?
Mein Vater hat schon Kinder mit deutlichen strukturellen Fehlern ins Ballet geschickt um spätere Operationen zu vermeiden, mit fast totsicherem Erfolg.
Sind nur nicht alle hingegangen, keine Lust.
Es gibt aber auch bekannte Grenzen der rein funktionellen Korrekturfähigkeiten, die auch schon über mindestens 50 Jahre bekannt sind.
Natürlich ist das “Bessere” immer der Feind des Guten.
Es wird aber nicht automatische besser, wenn es “neu” ist
und noch weniger, wenn auf Bewehrtes geschimpft wird.
Ich wünsche viel Glück beim Verordnen eines gesunderen Bewegungsablaufes,
wenn ich das jetzt richtig verstanden habe.

#10 |
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Gast
Gast

@dipl. med. Rainer Hansen völlig richtig, ihre letzte Frage,
manche machen wirklich den letzten Blödsinn um nur eine Operation zu vermeiden.

#9 |
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dipl. med. Rainer Hansen
dipl. med. Rainer Hansen

Endlich, endlich, endlich haben fachübergreifend Kollegen damit begonnen, nicht nur auf geschädigte Strukturen auf allen möglichen Bildern zu starren, sondern lebende Patienten mit evtl. beeinträchtigten Funktionen zu beurteilen (die in aller Regel den sichtbaren Strukturveränderungen lange vorausgehen), um einen Operationsbedarf zu verhindern oder mindestens zu verzögern. Aber auch ohne Computer lässt sich eine einfache fotografische Haltungsanalyse durchführen, denn wer stets mit gestreckten Kniegelenken steht und somit seinen M. rectus femoris anspannt (permanent?), presst die Patella gegen die Gelenkflächen, was zu vorzeitigem Verschleiss (dann sichtbar) führen kann.
Die individuelle Halting selber ist ein einfaches motorisches Programm, das verändert werden kann. Leider sehr aufwendig und zeitraubend.
Aber ist denn eine verhinderte Operation überhaupt gewollt ….?

#8 |
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Arzt
Arzt

Hallo @Dr Paul-Ulrich Eckhoff, da ist die deutsche Nomenklatur schon eindeutig sinnvoller, die zwischen Arthrose und Arthritis unterscheidet.
Denn man muss hier schon zwischen Ursache und Wirkung unterscheiden.
Wenn eine Gelenkfehlstellung zu vermehrtem “Verschleiß” führt muss man nicht die sekundäre reaktive Entzündung behandeln, sondern die Fehlstellung soweit möglich, wenn nicht schon zu spät.
Und umgekehrt muss man bei einer Arthritis primär die Entzündung behandeln.
In beiden Fällen kann das Endergebnis der künstliche Gelenkersatz sein.
Das schließt nicht aus,
dass man bei rel. jungen Patienten auch mal Cortison in ein Hüftgelenk spritzt oder eine komplette Gelenkkapselresektion durchführt um den Zeitpunkt eines Gelenkersatzes weiter hinauszuschieben.
Einen “Verschleiß” kann man in aller Regel nicht mehr rückgängig machen.

#7 |
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Gast
Gast

Wer rät, beim Tennis durchzulaufen statt abzustoppen, hat noch nie Tennis gespielt.
Wer den Drehpunkt eines Gelenks punktgenau treffen will, sollte wissen, dass gerade beim Kniegelenk in Beugung / Streckung nicht ein einziger Drehpunkt vorhanden ist sondern eine unendliche Zahl von Drehpunkten auf einer einer Parabal gleichenden Ebene.

#6 |
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Die Amerikaner unterscheiden nicht zwischen Arthrose und Arthritis, sie nennen es OSteoarthritis. Das heißt, eine mechanische Ursache allein ist es meistens nicht. In der Regel eine inflammatorische Komponente, die zu einer Autoimmunarthritis führt. Diese gilt es zu diagnostizieren. Das geht mit Kinesiologie, viel billiger und einfacher anzuwenden als die Computer gestützte Analyse.

#5 |
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Gast
Gast

Die Ganganalyse (und Haltungsanalyse) ist sicher eine sehr individuelle und eine faszinierende Angelegenheit.
Es gibt noch keinen “Roboter”, der das imitieren kann. Der erfahrene Orthopäde erkennt daran sofort wo es “hakt”, ist es die Wirbelsäule (häufig), die oder das Hüftgelenk(e), Kniegelenk oder Fuß (häufig), je älter ich werde, desto wichtiger scheint mir besonders beim “Rücken” die Rolle der Psyche. Die Wirbelsäule, das psychosomatische Organ, da ist der beste Orthopäde oft machtlos.

Deshalb bin ich skeptisch über die Möglichkeiten von “Rechenmodellen”.

#4 |
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Gast
Gast

zum Artikel und #1
hm, und was macht man nun gegen so eine Achsenfehlstellung (x-Bein)?

#3 |
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Andreas Fischer
Andreas Fischer

Sehr geehrte Frau Schuster,
genau etwas in dieser Art machen wir. Nur versuchen wir Zusammenhänge zu finden, die weit weniger offensichtlich sind, als die Fehlstellung von Gelenkachsen. Über multidimensionale Analysen verfolgen wir einen Ansatz der nicht nur ein Gelenk untersucht, sondern das Zusammenspiel aller Gelenke zumindest der unteren Extremität und nicht zuletzt auch die wirkenden Drehmomente in den Gelenken.
Freundliche Grüße,
A. Fischer

#2 |
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Silke Schuster
Silke Schuster

Nicht erst wenn die Arthrose eingetreten ist macht das Erfassen des Bewegungsablaufes Sinn. Schon viel früher könnte man pathologische Bewegungsabläufe z.B. bei Achsenfehlstellungen in beteiligten Gelenken oder Beinlängendifferenzen belegen um dann prophylaktisch mit entsprechenden Therapien/Hilfsmitteln eine Arthrose zu verhindern.

#1 |
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