Hintergrund und Fragestellung

In den letzten 10 Jahren wurden motorbetriebene, laufbandgebundene Gehorthesen entwickelt, um eine Optimierung des Lokomotionstrainings Querschnittgelähmter zu erzielen. Bei inkompletter Querschnittlähmung wurden dadurch Verbesserungen in Bezug auf die laufbandbezogene Gehfähigkeit erreicht, in der Phase der chronischen Lähmung (> 12 Monate) dagegen konnten keine signifikanten funktionellen Fortschritte mehr erzielt werden [1, 2, 3, 4, 6, 8, 9].

In jüngster Vergangenheit kam es zur Entwicklung motorgetriebener Exoskelette, also von außen anliegender, motorbetriebener Stützorthesen. Der HAL®-Robot Suit (Cyberdyne, Japan) ist ein Exoskelett, das noch vorhandene Willkürkontraktionen über Oberflächen-EMG-Elektroden registriert und diese Signale in Bewegungen umsetzt (Abb. 1; [5, 7, 10]). Aufgrund der Funktionsweise, bei der bereits minimale willkürliche bioelektrische Signale der teilgelähmten Muskulatur ausreichen, um das Exoskelett zu aktivieren, ergab sich die Frage, ob funktionelle Verbesserungen auch bei chronischer Querschnittlähmung erreicht werden können.

Untersuchungsmethoden

Wir untersuchten 6 Patienten mit Konus-Kauda-Läsion (1 ASIA B, 1 ASIA C, 4 ASIA A mit ZPP L3–S1) und 1 Patienten mit thorakalem Querschnittsyndrom (ASIA C). Alle Patienten waren chronisch querschnittgelähmt (Zeit seit dem Trauma > 12 Monate).

Die Patienten absolvierten ein intensives exoskelettales Lokomotionstraining mit dem HAL®-Robot Suit für 3 Monate im Rahmen eines individuellen Heilversuchs (Abb. 1). Aufgezeichnet wurden laufbandbezogene Veränderungen in Bezug auf Gehstrecke, -zeit und -geschwindigkeit. Zusätzlich erfolgten funktionelle Tests mittels 10-m-Gehtest, Timed-up-and-go-Test, 6-min-Gehtest und WISCI-II-Score. Veränderungen der Spastik wurden mit der Ashworth-Skala erfasst, zusätzlich wurde das Muskelvolumen an den unteren Extremitäten manuell gemessen. Subjektive Veränderungen (Schmerzreduktion, Körpergefühl, Vegetativum) wurden abgefragt. Neurologische Veränderungen wurden mit der ASIA-Impairment-Skala und dem LEMS objektiviert.

Die dargestellten Daten stammen aus Beobachtungen einer Fallserie. Alle Patienten wurden elektrophysiologisch und mittels MRT untersucht (ENG, Tibialis-SEP, MEP, Doppelpuls-SEP, fMRT). Die durchgeführten Untersuchungen dienten zur Überwachung der Therapie und deren Auswirkungen auf das periphere und zentrale Nervensystem sowie den funktionellen Status und fanden vor, während und nach der Trainingsperiode statt.

Abb. 1
figure 1

Positionierung der EMG-Elektroden auf der restinnervierten Muskulatur und des Patienten im Exoskelett auf dem Laufband

Abb. 2
figure 2

Entwicklung der Gehstrecke am Beispiel von 4 Patienten zu Beginn und am Ende des 3-monatigen Trainingszyklus

Ergebnisse

Unsere Untersuchungen im Rahmen des individuellen Heilversuchs zeigen 3 Monate nach dem Training mit dem HAL®-Robot Suit deutliche laufbandbezogene Verbesserungen. Die Gehstrecke konnte von 62–216 m auf 260–1150 m gesteigert werden (Abb. 2), und auch für die Gehzeit (12–18 min auf 18–30 min) und die Gehgeschwindigkeit (0,6–0,8 km/h auf 1,8–2,8 km/h) fanden sich deutliche Zunahmen.

Ebenfalls konnten bei allen Patienten funktionelle Verbesserungen nachgewiesen werden. Besonders deutlich wurde dies im 10-m-Gehtest. Die benötigte Zeit konnte von 27,09–125,83 s auf 11,09–47,51 s reduziert werden. Eine Zeitreduktion ergab sich auch für den Timed-up-and-go-Test. Im WISCI-II-Score verbesserten sich 3 Patienten (Abb. 3). Bei 6 Patienten konnte eine Volumenzunahme der Muskulatur nachgewiesen werden, und alle Patienten wiesen einen um1 bis 3 Punkte höheren LEMS auf. Bei 1 Patienten mit thorakaler Querschnittlähmung fand sich eine Reduktion der Spastik von Ashworth IV auf Ashworth II–III nach dem Training. Ein Patient zeigte einen Switch von ASIA B nach C, ein weiterer eine Ausdehnung der Sensibilität bis Dermatom S2 bei ursprünglich kompletter Paraplegie sub L1 mit Restfunktionen bis L3.

Alle Patienten berichteten nach dem Training von angenehmer Muskelerschöpfung und verbesserter Darmentleerung, 2 Patienten mit Deafferentierungsschmerzen gaben eine Schmerzverminderung mit resultierender Medikamentenreduktion an. Änderungen in der Standardelektrophysiologie fanden sich nicht. Die fMRT-Untersuchungen zeigten jedoch eine verminderte Aktivierung im Handareal bei gleichzeitiger Suppression im Doppelpuls SEP am N. medianus (separate Untersuchung).

Abb. 3
figure 3

Funktionelle Entwicklung mit Reduktion der Assistenz/Hilfsmittel im 10-m-Gehtest gemäß WISCI-II-Score, Erläuterung der Abkürzungen s. Abkürzungsverzeichnis

Diskussion

Die hier vorgestellten vorläufigen Ergebnisse aus individuellen Heilversuchen weisen auf funktionelle Veränderungen durch das Training mit dem HAL®-Robot Suit hin. Auch in der chronischen Phase einer Querschnittlähmung scheinen durch die exoskelettale Lokomotionstherapie Verbesserungen auch außerhalb des Laufbandtrainings möglich. Es ergaben sich einzelne Hinweise auf mögliche neurologische Verbesserungen. Weiterhin konnte durch das Training eine höhere Leistung der teilgelähmten Muskulatur erzielt werden, am ehesten durch eine effektive Nutzung verbliebener intakter Neuronen. Eine strukturelle Veränderung direkt am verletzen Rückenmark ist nicht wahrscheinlich. Hierfür spricht, dass die standardelektrophysiologischen Messungen ohne Befundänderung blieben. Diese effektivere Nutzung ist wahrscheinlich für die funktionellen Fortschritte bei den 7 Patienten verantwortlich.

Fazit für die Praxis

  • Exoskelettal unterstütztes Lokomotionstraining chronischer Paraplegiepatienten stellt einen neuen innovativen Ansatz in der Neurorehabilitation dar.

  • Es gibt Hinweise für funktionelle Verbesserungen durch ein exoskelettal unterstütztes Lokomotionstraining.

  • Die rein deskriptiven Ergebnisse dieser Fallserie sollten in einer gesonderten Studie systematisch untersucht werden, um weitergehende Aussagen treffen zu können.