Ludwig- Guttmann- Preisträger 1999: Eling D. de Bruin

Der Ludwig Guttmann - Preis 1999 der Deutschsprachigen Medizinischen Gesellschaft für Paraplegie wurde am 17. September 1999 im Rahmen der 12. Jahrestagung der DMGP in Nottwill an

Hr. Eling D. de Bruin

vergeben.

Herr de Bruin erhielt diesen mit DM 10.000,-- wissenschaftlichen Preis für seine Arbeit "Assessmant of bone in spinal cord injury".

Diese Arbeit wurde vom Preiskomité der DMGP einstimmig vorgeschlagen. Besonders gewürdigt wurde dabei neben der ausgezeichneten Literaturübersicht, der klaren Darstellung der Methode und der wissenschaftlich präzisen Anordnung der Untersuchungsreihen vor allem der aktuelle Bezug auf durchaus kontrovers diskutierte Fragen in Bezug auf das tägliche Stehen und dessen Nutzen im Hinblick auf die Beeinflussung der posttraumatischen Osteopenie.
Die Arbeit ist in Buchform erschienen und kann bei dem Autor für Sfr. 20,-- bestellt werden.

(Eling D. de Bruin, Fachhochschule Aargau Gesundheit und Soziale Arbeit, Mühlemattstraße 42, Postfach, CH-5001 Aargau, e-mail: e.debruin@aargau.ch)

W. Strubreither

Über den Autor:

Eling Douwe de Bruin wurde am 22. Oktober 1963 in Snits/Sneek in den Niederlanden geboren.

Nachdem er 1986 an der 'Academie voor Fysiotherapie' in Ljouwert/Leeuwarden als Physiotherapeut diplomierte, fing er als Physiotherapeut im Bezirksspital Herzogenbuchsee (CH) und später in einer privaten Praxis in Bern (CH) an zu arbeiten.  Zwischen 1991 und 1995 widmete er sich dem Studiengang Bewegungswissenschaften an der 'Vrije Universiteit' in Amsterdam, Niederlanden. Während dieser Zeit finanzierte er sein Studium durch die Arbeit als Physiotherapeut in Amsterdam, Hilversum, Den Haag, und in der Schweiz. Nach Erhalt des Diploms (Abschluss mit dem Hauptfach: Funktionelle Anatomie, Nebenfach: Psychologie der menschlichen Bewegung) erlaubte es die finanzielle Unterstützung der Schweizer Paraplegiker Stiftung, eine Forschungsarbeit am Laboratorium für Biomechanik der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich aufzunehmen.

An dieser Stelle möchte sich der Autor bei verschiedenen Leuten und Institutionen für die Unterstützung in den letzten etwa fünf Jahren bedanken. Insbesondere gebührt Herrn Dr. med. Guido Zäch des Schweizerischen Paraplegiker Zentrums Nottwil großer Dank, der von Anfang an dieses Projekt intensiv unterstützt hat.

Seit seiner Mittelschulzeit hat der Autor intensiv Volleyball gespielt. Während seiner Studien- und Arbeitszeit als Physiotherapeut spielte er in Holland und in der Schweiz in verschiedenen Nationalligen.

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Teile.

Der erste Teil (Kapitel 1) enthält eine Literaturübersicht über den aktuellen Kenntnisstand zu den Themen Struktur und Funktion von langen Röhrenknochen, zu Veränderungen der Knochen nach Auftreten einer Querschnittslähmung, zur Epidemiologie von Knochenbrüchen der unteren Extremität nach einer solchen Querschnittslähmung und zu diagnostischen Messmethoden. In Teil II (Kapitel 2 bis 6) werden Ergebnisse der eigenen Forschung vorgestellt.

Personen mit einer Querschnittslähmung (QL) haben ein deutlich höheres Risiko, eine Fraktur an der unteren Extremität zu erleiden. Bei Querschnittsgelähmten dominieren Frakturen, welche aufgrund niedriger Energieeinwirkung entstehen, während höhere Energieeinwirkungen selten die Ursache dafür sind. Es gibt Hinweise, dass Frakturen der langen Röhrenknochen, die nach einer QL entstehen, immer häufiger werden, und dass die Behandlung dieser Frakturen in der Rehabilitationsmedizin in Zukunft zunehmend an Bedeutung gewinnen wird.

Während Fußgänger sich mittels der unteren Extremitäten fortbewegen, sind die meisten Querschnittsgelähmten rollstuhlabhängig und für ihre Fortbewegung und zur Ausübung alltäglicher Aktivitäten auf ihre Armmuskulatur angewiesen. Es wird angenommen, dass infolge der Rollstuhlabhängigkeit die langjährig Querschnittsgelähmten ein erhöhtes Risiko für sekundäre medizinische Komplikationen aufweisen: Der sitzende Lebensstil @ zu einer Abnahme des physiologischen Leistungsvermögens, was wiederum zu starker Beanspruchung des Körpers bei alltäglichen Aktivitäten führen kann. Auch scheint der sitzende Lebensstil ein Grund für das beobachtete erhöhte Frakturrisiko der unteren Extremität zu sein.

Obgleich Knochenmasse und -dichte keine idealen Indikatoren für ein Frakturrisiko darstellen, weisen Personen mit osteoporosebedingten Frakturen im Vergleich zu Gesunden wesentlich tiefere Werte dieser beiden Parameter auf Gleichwohl ist das Ausmaß der Osteoporose bei einer QL unbekannt. Die Beurteilung der Knochenstärke verlangt zusätzliche Kenntnisse über die Eigenschaften des Materials und der Geometrie des Knochens. Deswegen wurden neue Messmethoden entwickelt, die nicht nur die Knochenmasse und -dichte bestimmen, sondern auch das Material, die Geometrie, und die Struktur des Knochens beurteilen. Bei Querschnittsgelähmten wurden diese Methoden jedoch nicht oft eingesetzt.

In den vorliegenden Arbeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass, neben der Bestimmung der Knochenmasse und -dichte, durch zusätzliche Messungen der Knochengeometrie und mechanischer Eigenschaften (Biegesteifigkeit) wichtige zusätzliche Informationen über den Knochenstatus bei Querschnittsgelähmten gewonnen werden können. Deshalb bildet die Anwendung verschiedener Knochenmessverfahren bei Querschnittsgelähmten den Kernpunkt dieser Arbeit. Außerdem werden die Effekte verschiedener mechanischen Faktoren auf das Skelett des Querschnittsgelähmten untersucht. Die Hauptziele dieser Arbeit waren:

1) Die Zuverlässigkeit und Validität einer neuen biomechanischen Messmethode (BSMD-Swing) bei Querschnittsgelähmten zu bestimmen (Kapitel 2 bis 5)

2) Die Eigenschaften von Material, Struktur und Geometrie der Knochen bei Querschnittsgelähmten in Querschnitts- und Longitudinalstudien zu analysieren (Kapitel 4 bis 6)

3) Den potentiellen Nutzen einer mehrere Methoden umfassenden Osteoporosediagnostik bei einer QL abzuschätzen (Kapitel 4 und 6)

4) Die Evaluierung der Effektivität eines frühen Interventionsprogrammes, welches den erwarteten Knochenverlust bei Paraplegikern abzuschwächen versucht (Kapitel 6).

Die zu messenden Eigenschaften des Knochens sind von vielen Parametern abhängig.

Gebräuchliche Messmethoden messen nicht globale mechanische Eigenschaften des Knochens, sondem nur einzelne der vielen Parameter. Die Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Biegewellen mit der BSMD-Swing Methode liefert Informationen über einTeilstück des (Tibia) Röhrenknochens als mechanische Einheit.

Zuerst wurde die Zuverlässigkeit von Messungen der Knochenbiegesteifigkeit mit der BSMD-Swing Methode bei Kontrollprobanden und bei Paraplegikern bestimmt (Kapitel 2). Das Ziel dieser Studie war es, potentielle Messfehlerquellen aufzudecken, die Messwiederholbarkeit (zwischen und innerhalb verschiedener Messpersonen) und die Zuverlässigkeit von BSMD-Swing Messungen in einem klinischen Umfeld zu bestimmen. Für die statistische Auswertung wurden der Standard Error of Measurement (SEM) und die Smallest Detectable Difference (SDD) verwendet. Die erhaltenen Werte für diese Parameter erwiesen sich als geeignet, um die Zuverlässigkeit der Phasengeschwindigkeitsmessungen von Biegewellen auszudrücken. Zudem war die Reproduzierbarkeit der Messungen hoch genug, um den Einsatz des Messgerätes in der Forschung zu rechtfertigen.

Um die Validität der Messungen der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in Unterschenkelknochen zu bestimmen, wurde eine Messserie bei 175 zufällig ausgewählten Kontrollprobanden durchgeführt. Die gemessenen Phasengeschwindigkeitswerte wurden mit den Werten von 33 langjährig Querschnittsgelähmten verglichen. Die Paraplegikergruppe enthielt Personen mit und solche ohne frühere pathologische Fraktur der unteren Extremität (Kapitel 3). Die Ergebnisse dieser Studie weisen auf signifikant tiefere Werte der Phasengeschwindigkeit von Biegewellen bei Patienten mit einer pathologischen Fraktur hin. Diese Ergebnisse verdeutlichen den potentiellen diagnostischen Wert von Biegesteifigkeitsmessungen zur Einschätzung des Risikos für Frakturen der unteren Extremität.

Im folgenden wurde in Kapitel 4 die Beziehung zwischen Biegesteifigkeitsmessungen und anderen bereits existierenden Messverfahren untersucht. Des weiteren wurden in Kapitel 4 die mechanischen und geometrischen Eigenschaften (Knochenquerschnittsfläche, maximales und minimales Flächenträgheitsmoment) des Tibiaknochens bei Querschnittsgelähmten mit und bei solchen ohne pathologische Fraktur in der Vergangenheit analysiert. Langjährig Querschnittsgelähmte ohne Fraktur der unteren Extremität unterscheiden sich nur bezüglich der Knochenquerschnittsfläche signifikant von Kontrollprobanden. Die beiden querschnittsgelähmten Gruppen unterscheiden sich bezüglich berechneter Biegesteifigkeit signifikant von Kontrollpersonen, untereinander jedoch unterscheiden sie sich für diesen Parameter nicht. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass es eine Gruppe Querschnittsgelähmter gibt, deren Knochengeometrie und -qualität für die aufgetretenen Frakturen verantwortlich sein könnte. Deshalb verspricht eine Kombination von Knochengeometriemessungen und biomechanischen Messungen zusammen mit der Bestimmung der Knochendichte eine bessere Beschreibung der Knochenstärke und der Frakturgefährdung bei einer QL.

Um die in den Knochen stattfindenden Vorgänge nach einer Querschnittslähmung besser verstehen zu können, wurde eine longitudinale Studie durchgeführt. Neben der Bestimmung der Knochendichte wurden auch die Knochengeometrie mit einem Computertomographen und mechanischen Knocheneigenschaften mit der BSMD-Swing Methode gemessen. Die Messungen fanden in den ersten fünf Wochen nach dem Unfall und zwei Jahre danach statt. Kapitel 5 beschreibt die beobachteten Veränderungen. Wie vermutet, konnten nicht nur Veränderungen in der Knochendichte, sondern auch in der Knochengeometrie und -mechanik beobachtet werden. Daraus wurde gefolgert, dass es Sinn macht, neben der Knochendichte auch die Geometrie und die Biomechanik des Knochens zur Beurteilung einer durch die Querschnittslähmung bedingte Osteopenie mitzuberücksichtigen. Weitere Untersuchungen sind aber nötig, um diesen Befund zu erhärten.

Abschließend wurde die Effektivität eines frühen Belastungsprogramms (Stehbretttraining und Stehbretttraining kombiniert mit Laufbandtraining) untersucht, welches den erwarteten Knochenverlust bei Paraplegikern abzuschwächen versucht (Kapitel 6). Auch hier wurde der mögliche Nutzen einer mehrere Messmethoden umfassenden Knochenabklärung beurteilt. Anhand der Ergebnisse dieser Studie konnte der Schluss gezogen werden, dass ein frühes Mobilisationsprogramm den Knochenmineralverlust im Vergleich zum erwartenden Verlust bremst. Weiter deuten die Ergebnisse auf Veränderungen der Tibiastruktur nach Auftreten einer QL hin. Hieraus wurde gefolgert, dass durch eine Kombination von Dichtemessung und biomechanischen Messungen des Knochens die Abschätzung der Frakturgefährdung besser möglich ist.

In Kapitel 7 wurden allgemeine Schlussfolgerungen gezogen und Empfehlungen für zukünftige Forschung gemacht. Ein frühes Belastungsprogramm beeinflusse die Knochendichte bei Personen mit einer QL positiv. Es existieren aber andere Veränderungen in den Knochen, welche die Knochenwiderstandskraft beeinflussen. Aufgrund dieser Veränderungen wurden zusätzliche diagnostische Methoden vorgeschlagen, welche die jetzigen Methoden möglicherweise ergänzen können. Deshalb sollten mechanische Eigenschaften des Knochens bei der Abschätzung einer Knochenbruchgefährdung miteinbezogen werden. Aus diesem Grunde wurde eine neue diagnostische Methode evaluiert, die zusätzliche Informationen über mechanische Eigenschaften liefert und zur Diagnose von Knochenveränderung nach einer QL beitragen könnte. Ein Evaluationsrahmen für die weitere Überprüfung dieser Technologie wurde vorgeschlagen.

E. D. de Bruin