Medizinischer Nutzen des FES Cycling bei kompletter ...

Medizinischer Nutzen des
FES Cycling bei kompletter
Querschnittlähmung
- ein wissenschaftlicher Überblick -

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Eine Querschnittlähmung ist ein Ereignis, welches
in kürzester Zeit starke Veränderungen beim Patienten
bewirkt: Diese finden u.a. auf physiologischer,
histologischer und morphologischer Ebene statt.
Eine Atrophie der betroffenen Muskeln, ein verminderter
Muskelquerschnitt, verminderte Kontraktionskraft
und Transformationen von Typ I- Muskelfasern
zu Typ II-Muskelfasern gehören zu diesen
Veränderungen. Eine Tonuserhöhung im Sinne
einer Spastik tritt bei einer Querschnittlähmung
wegen der Beschädigung des 1. Motoneurons sehr
häufig auf.
Sekundärprobleme wie Erkrankungen des cardiovaskulären
Systems, sowie eine verminderte cardiopulmonale
Ausdauer und Fitness treten außerdem
vermehrt auf (Bauman WA, 1992).
Die funktionelle Elektrostimulation stellt z. Zt. die
einzige Möglichkeit zu einem angemessenen nichtkompensatorischen
Training der betroffenen Extremitäten
dar. Die übliche passive Bewegungstherapie
der unteren Extremität, welche zur Prophylaxe
v.a. vor Kontrakturen u. Thrombosen durchgeführt
wird, hat für Veränderungen im Bereich des Muskels
nur einen geringen Stellenwert.
Als ursprüngliches Ziel der Elektrostimulation
bei Paraplegikern beschreibt Newham (2007) die
Wiederherstellung der Gehfähigkeit. Aus technischer
Sicht sei dies jedoch aufgrund der vielfältigen
Freiheitsgrade des Gehens und der Balance
schwierig durchzuführen, weshalb die HASOMED
GmbH durch das RehaBike und RehaMove das
Radfahren mit Elektrostimulation ermöglicht.
Das heutige Ziel der Stimulation ist es, weiterführende
Schäden nach einer Querschnittlähmung zu
minimieren, d.h. die genannten Veränderungen
(z.B. Atrophien) aufzuhalten oder sogar rückgängig
zu machen. Außerdem spielt eine gesteigerte Effizienz
der Rehabilitation eine entscheidende Rolle.
Die funktionelle Elektrostimulation kann helfen,
schnellere Therapieerfolge zu erzielen und damit
Folgekosten zu minimieren.
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Wirkprinzipien des RehaStim-Gerätes:
Die Methode der Elektrostimulation verwendet auf die Haut geklebte
Elektroden, um Nervenendigungen mit Strom zu reizen und so die
von ihnen versorgten Muskeln zur Kontraktion zu bringen.
Die Elektroden sind über Kabel mit einem tragbaren Stimulator
verbunden, welcher elektrische Impulse generiert.
Diese Impulse erregen den Nerv des gelähmten Muskels, so dass
dieser kontrahiert. Durch die Kontraktion kommt es zu einem Bewegungsausschlag,
welcher positive Wirkungen auf Stoffwechsel und
Kreislauf zeigt.
Durch die kombinierte bzw. synchronisierte Stimulation mehrerer
Muskeln können die mit der Muskelaktivität verbundenen physiologischen
Effekte potenziert und funktionelle Bewegungen
(= Funktionelle Elektrostimulation) erzeugt werden.
Weiterhin können in Verbindung mit einem Bewegungstrainer Bewegungsabläufe
trainiert und automatisiert werden.
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Ziele der funktionellen Elektrostimulation mit RehaMove:
• Muskelaufbau, -kräftigung,-ausdauer an den betroffenen Extremitäten
• Verhindern von Atrophien an betroffenen Extremitäten
• Unterstützung metabolischer Prozesse (Blutdruckstabilisierung, Förderung
der Durchblutung und des Stoffwechsels, Verbesserung der cardiopulmonalen
Belastbarkeit)
• Spastikreduzierung
Alle im Folgenden aufgeführten Studien beschreiben
die funktionelle Elektrostimulation in Verbindung mit
Fahrradfahren, in der gängigen Literatur FES-cycling
oder FES-leg cycle ergometer (FES–CE) genannt. Nach
Zielen sortiert geben sie einen Überblick über die Wirksamkeit
der funktionellen Elektrostimulation mit Reha-
Move. Genaue Angaben zu Effekten und Signifikanzniveau
entnehmen Sie bitte den Volltexten, die wir Ihnen
auf Anfrage gern zur Verfügung stellen.
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Ziele der funktionellen Elektrostimulation mit RehaMove
1. Muskelaufbau, -kräftigung,-ausdauer an den betroffenen Extremitäten
Janssen, Glaser und Shuster bestätigen in einer
1998 veröffentlichten Studienübersicht die Annahme,
dass FES-gestütztes Training bei Patienten mit
Querschnittlähmung einen vielversprechenden
therapeutischen Nutzen darstellt. Sie beschreiben
einen physischen und mentalen Zuwachs an Fitness
sowie ein reduziertes Risiko für Sekundärschäden.
Gleichzeitig führen sie aus, dass die Notwendigkeit
besteht, für diesen Bereich kontrollierte Längsschnittstudien
mit möglichst großen Stichprobengrößen
durchzuführen, um noch klarere Evidenzen
für die Wirksamkeit der FES-gestützten Therapie
zu erreichen.
Für den Bereich Muskelleistung geben die Autoren
z.T. signifikant verbesserte Arbeitsleistung (work
bzw. power output), verbessertes Arbeiten gegen
einen Widerstand, ein verbessertes Drehmoment
im M. Quadriceps, sowie eine signifikant verbesserte
isometrische Kraft an.
Als mögliche (hierfür ursächliche) Adaptionsvorgänge
werden Muskelhypertrophie, Umwandlung
von FT- zu ST-Fasern im Muskel, eine erhöhte
Konzentration von Sauerstoffenzymen und Mitochondrien,
eine höhere Dichte von Kapillaren und
erhöhter arterieller Blutfluss beschrieben.
Demchak (2005) untersuchte in einer kontrollierten
Studie die Auswirkungen der FES auf die
Leistungsfähigkeit und Muskelmorphologie. Er
konnte in der FES-CE Versuchsgruppe eine Steigerung
der Leistungsfähigkeit (power output)
(p< 0.05) sowie einen geringeren Verlust des
Muskelfaserquerschnitts in der Versuchsgruppe
nachweisen (p=0.05). Vergleichsgruppen waren
einerseits SCI-Kontrollpatienten, andererseits
gesunde Versuchspersonen. Die Stichprobengröße
umfasste pro Gruppe allerdings nur 5 Personen –
eine mögliche Einschränkung in der Qualität, die
die Autoren selbst erwähnen. Auch hier wird der
frühe Zeitpunkt der Intervention für das Erreichen
der angegebenen Ergebnisse betont (4-6 Wochen
nach Trauma).
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In der von Duffell et al. (2008) durchgeführten
Multicenterstudie zeigt die FES-gestützte Therapie
bei querschnittgelähmten Patienten hochsignifikante
Verbesserungen der Muskelkraft (M.
Quadriceps). Eine Gruppe von 11 SCI-Patienten trainierte
über einen Zeitraum von 1 Jahr 5x60 Min./
Woche. Als Vergleichsgruppe dienten 10 gesunde
Versuchspersonen.
Die Ergebnisparameter maximales Drehmoment
(Steigerung um 673% nach 12 Monaten, p= 0.012),
Ermüdungswiderstand und Leistungsfähigkeit
(power output, Verbesserung nach 6 Monaten um
177%, p

In einer von Sloan und Kollegen (1994) durchgeführten klinischen
Studie wurde aufgezeigt, dass ein 3-monatiges Stimulationsprogramm
in Verbindung mit Physiotherapie eine signifikante Verbesserung der
Muskelkraft, -ausdauer und –masse bewirken kann.
Hierbei wurden 12 SCI- Patienten über einen Zeitraum von 3 Monaten
(

2. Verhindern von Atrophien an betroffenen Extremitäten
Janssen, Glaser und Shuster (1998) erwähnen im auf Seite sechs
beschriebenen Artikel eine signifikante Hypertrophie der stimulierten
Muskulatur. Sie stützen sich mit dieser Aussage auf die Forschungsarbeiten
von Sloan et al. (1994) und Baldi et al. (1998).
Wilder, Jones, Wind und Edlich beschreiben in einem Review von
2002 eine Hypertrophie der stimulierten Muskulatur und sprechen
die Empfehlung aus, 3x 30 Min. in der Woche zu trainieren. Weiterhin
werden Veränderungen der Muskelfasertypen zugunsten von ermüdungsresistenten
Fasern erwähnt. Die Autoren beziehen sich hierbei
auf von Mohr (1997), Baldi (1998) und Sloan (1994) durchgeführte
Arbeiten, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.
Die Autoren betonen die Wichtigkeit des FES-gestützten Cyclings für
SCI- Patienten. Das Verhindern von Sekundärproblemen (und damit
weniger Krankenhausaufenthalte), der Erhalt der Arbeitskraft sowie
ein verbessertes Selbstbild sind für Patienten hinsichtlich ihrer individuellen
Lebensqualität bedeutsame Parameter.
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3. Unterstützung metabolischer Prozesse: Blutdruckstabilisierung, Förderung der
Durchblutung u. d. Stoffwechsels, Verbesserung der cardiopulmonalen Belastbarkeit
Davis, Nur und Fornusek veröffentlichten 2008
einen systematischen Review. Hierbei wurde eine
systematische Recherche in elektronischen Datenbanken
(1900-2007) sowie eine manuelle Suche in
Zeitschriften und Konferenzbänden durchgeführt.
Da bei der Suche nicht ausreichend viele randomisiert-kontrollierte
Studien bzw. quasi randomisierte
Studien gefunden wurden, schlossen die Autoren
auch nicht-randomisierte und kontrollierte Studien
ein. 177 Publikationen erfüllten die Einschlusskriterien.
Die Autoren fassen zusammen, dass in den
Bereichen Gesundheit und Fitness positive Effekte
des FES-induzierten Übens vorhanden seien.
Obwohl die Verbesserungen niedriger ausfielen als
bei gesunden Versuchspersonen, sei die Tendenz zu
einer Verbesserung in den Bereichen Muskelmorphologie
(Muskelgröße) und Stoffwechsel (aerobe
Fitness, höhere Übungskapazität) erkennbar.
Für den Bereich cardiopulmonale Fitness beschreiben
Janssen, Glaser und Shuster (1998) Verbesserungen
der Sauerstoffaufnahme (VO2), des Schlagvolumens
(signifikant) und der Herzfrequenz. Aus
Sicht der Autoren ist ein FES-gestütztes Training für
Tetraplegiker hinsichtlich der genannten Verbesserungen
effektiver als ein (kompensatorisches) Training
beider Arme.
Auch die periphere Durchblutung werde durch
FES-gestütztes Fahrradfahren verbessert und
somit könnten die Risiken einer Thrombose, von
Ödemen und orthostatischen Beschwerden gesenkt
werden.
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Wilder, Jones, Wind und Edlich beschreiben in ihrem Review (2002)
die Notwendigkeit für SCI-Patienten, ein aerobes Trainingsprogramm
durchführen zu können. Nach Meinung der Autoren stellt das FES-
Ergometer die einzige FES-Variante dar, die es Patienten ermöglicht,
in ausreichend hohen Intensitäten cardiopulmonal zu trainieren.
Weiterhin biete das FES- Ergometer die Möglichkeit, auch die Durchblutung
der unteren Extremität zu verbessern. Für bestmöglichste
Ergebnisse empfehlen Wilder und Kollegen eine Trainingsintensität
von 3x 30 Min. in der Woche.
Hinsichtlich der Parameter Sauerstoffaufnahme (VO2) und Arbeitsleistung
berufen sich die Autoren u.a. auf von Mohr (1997) und Hooker
(1995) durchgeführte klinische Studien (s.u.).
Die von Mohr et al (1997) durchgeführte Studie wurde bereits unter
Punkt 1 (Muskelaufbau, -kräftigung, -ausdauer an den betroffenen
Extremitäten) ausführlicher erwähnt. Die Autoren konnten hier in
einer Gruppe von SCI-Patienten eine Steigerung der Sauerstoffaufnahme
(VO2) von 1.20 l auf 1.43 l (nach 12 Monaten) nachweisen.
Diese Ergebnisse sind statistisch signifikant (p

Hooker at al. (1995) belegen – entgegen der allgemeinen Ansicht,
mind. 3x/Woche zu trainieren – dass auch ein Training, welches 2x/
Woche durchgeführt wird, signifikante Verbesserungen der cardiorespiratorischen
Funktion bewirkt.
Hierbei trainieren 8 männliche SCI-Patienten über einen Zeitraum
von 19 Wochen 1-2x/wöchentlich je 30 Min. am FES-Erogmeter.
Allerdings finden signifikante Verbesserungen nur für den Parameter
maximale Sauerstoffaufnahme (VO2) statt (+10%,p≤ 0.05).
Gerrits und Kollegen (2001) zeigen in einem sechswöchigen Trainingsprogramm
signifikante Verbesserungen in den Bereichen
arterieller Durchmesser (A. femoralis, A. carotis communis)
(p

Auch zu Hause kann FES-gestütztes Training
erfolgreich angewendet werden, wie Berry et al.
in einer Veröffentlichung von 2008 zeigen.
Ein zu Hause durchgeführtes Training mit 9
männlichen und 2 weiblichen SCI-Patienten zeigte
Verbesserungen in den Variablen max. Sauerstoffaufname
(VO2 max.) (Steigerung um 52%, p

4. Spastikreduzierung
Im Bereich Spastikreduzierung nach Elektrostimulation wurde bereits sehr viel geforscht. Allerdings
berichten viele Studien von einer Behandlung mit TENS oder anderen elektrotherapeutischen Verfahren
ohne funktionelle Komponente. Robinson (1988) erwähnt positive Wirkungen auf den Tonus der betr.
offenen Extremitäten durch eine TENS-Behandlung.
Granat (1993) arbeitete mit FES während eines Gangtraining und erreichte bei 4 von 6 Patienten eine
Reduzierung der Spastik.
Campbell (2002) von der International Functional Electrical Stimulation Society (IFESS) schließt aus den
bisherigen Forschungsergebnissen:
• der Gebrauch von Oberflächenelektroden zur Stimulation von Muskeln resultiere in reduzierter Spastik
und verbesserter Funktion
• falls Elektrostimulation alleine nicht ausreiche, um ein Tonussenkung zu bewirken, sei eine Kombination
von Elektrostimulation und medikamentöser Therapie sinnvoll
• der maximale Nutzen der Elektrostimulation bei der Tonussenkung werde erst nach einer Zeitdauer
von 1- 3 Monaten (tägliche Stimulation für 1-2h) erreicht
• über eine verbesserte Tonussituation werde die willkürliche Muskelkontrolle verbessert und das aktive
Bewegungsausmaß erweitert
Quelle: http://www.ifess.org/Services/Consumer_Ed/SCI.htm
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Krause, Szecsi und Straube (2008) untersuchten
an 5 SCI-Patienten die Wirkungen des FES-Cycling
auf Spastizität. In einer Cross-over Studie
verglichen die Autoren das FES-Cycling mit
passivem Fahrradfahren am Ergometer. Hierbei
zeigten sich signifikante Verbesserungen in
den untersuchten Parametern Ashworth-Skala und
Pendulum-Test für die FES-Cycling-Intervention.
Auch nach dem rein passiven Training verbesserten
sich die Patienten auf der Ashworth-Skala signifikant,
im Pendulum-Test allerdings nur für einen
Bereich der Messungen. Die Unterschiede zwischen
den Gruppen sind signifikant.
Die Autoren diskutieren ihre Ergebnisse ausführlich
und erwähnen u.a., dass noch Unklarheit darüber
besteht, über welchen Zeitraum die Effekte der
Stimulation anhalten. Außerdem bestünde eine
Divergenz zwischen den objektiven Messungen
und den subjektiven Eindrücken der Patienten,
wenn diese zur Spastikreduktion befragt werden.
Weiterhin beschreiben sie die relativ geringe
Stichprobengröße (5 Personen) als limitierenden
Faktor.
Die Autoren fassen zusammen, dass das FES
gestützte Training am Ergometer eine effektive
Maßnahme zur Tonussenkung bei SCI-Patienten
darstellt und in diesem Kontext einem rein passiven
Bewegungstraining überlegen zu sein scheint.
Es traten im Rahmen der Untersuchung keinerlei
Nebenwirkungen auf.
Van der Salm und Kollegen (2006) untersuchten
an 10 SCI-Pat. den Einfluss auf Spastik bei der
Anwendung von drei verschiedenen elektrotherapeutischen
Methoden. Hierbei stimulierten sie
entweder Agonist, Antagonist oder im Dermatom
des M. triceps surae und kamen zum Ergebnis, dass
die Stimulation des Agonisten (d.h. hier des Triceps
surae) im Vergleich mit der placebo-kontrollierten
Vergleichsgruppe zu einer Reduzierung der Spastik
führen kann (p< 0.001). Gemessen wurde die Spastizität
anhand der Modified Ashworth- Skala.
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Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass zu den
beschriebenen Zielparametern in verschiedenen
Studien deutliche Effekte für die Population der
SCI-Patienten zu beobachten sind und somit die
Wirksamkeit von FES in dieser Patientengruppe
belegen. Aus den vorgelegten Forschungsarbeiten
kann abgeleitet werden, dass eine Stimulation, die
3x/Woche für ca. 30 Min. stattfindet, bereits erhebliche
Verbesserungen bewirkt.
Die Forderung, bereits im Akutbereich mit einer
funktionellen Stimulation zu beginnen, wird hier
deutlich. Weitere Forschungsarbeiten sind notwendig,
um die hier dargestellten Effekte zu bestätigen.
Auch die Durchführung von qualitativ hochwertigen
Studien, die randomisiert und verblindet sind
sowie mit größeren Stichprobengrößen arbeiten,
ist wünschenswert.
Mit weiteren randomisiert-kontrollierten Studien
bestünde die Möglichkeit, auch auf sehr hohem
Evidenzniveau z.B. Metaanalysen oder systematische
Reviews zu erstellen.
Weiterhin besteht die Notwendigkeit zu erfahren,
welche Stimulationsparameter den besten Erfolg
für eine Verbesserung von Gesundheit und Fitness
bieten (Wilder 2002, S. 171).
Die Ausweitung von FES-Programmen auf Patienten
mit anderen Krankheitsbildern, z.B. Schlaganfall
oder Schädel-Hirn-Trauma stellt ein Aufgabenfeld
dar (ebd.).
Nicht zuletzt hat FES-Cycling für jeden einzelnen
Patienten eine große Bedeutung weil es – zusätzlich
zu den beschriebenen positiven Wirkungen - die
Durchführung einer sportlichen Aktivität ermöglicht
und damit im Sinne einer verbesserten Partizipation
zu einer höheren Lebensqualität führt.
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Quellenverweis
•
Baldi JC, Jackson RD, Moraille R, Mysiw WJ (1998). Muscle atrophy is prevented in patients with acute spinal cord injury
using functional electrical stimulation. Spinal Cord 1998, 36: 463-469
• Bauman WA, Spungen AM, Raza M, Rothstein J, Zhang RL, Zhong YG, Tsuruta M, Shahidi R, Pierson RN, Wang J (1992).
Coronary artery disease: metabolic risk factors and latent disease in individuals with paraplegia. Mt. Sinai J. Med 1992; 59:
163-168
• Berry HR, Perret C, Saunders BA, Kakebeeke TH, Donaldson ND, Allan DB, Hunt KJ (2008). Cardiorespiratory and power
adaptations to stimulated cycle training in paraplegia. Med Sci Sports Exerc. 2008
• Campbell JM (2002), http://www.ifess.org/Services/Consumer_Ed/SCI.htm, Zugriff vom 15.02.09
• Davis GM, Nur AH, Fornusek C (2008). Cardiorespiratory, metabolic and biomechanial responses during functional electric
stimulation leg exercise: health and fitness benefits. Artif Organs, 32 (8): 625-629
• Demchak TJ, Linderman JK, Mysiw WJ; Jackson R, Suun J, Devor ST. Effects of functional electric stimulation cycle ergometry
training on lower limb musculature in acute individuals. Journal of Sports Science and Medicine 2005, 4: 263-271.
• Duffell LD, Donaldson N, Perkins TA, Rushton DN, Hunt KJ, Kakebeeke TH, Newham DJ (2008). Long-term intensive electrically
stimulated cycling by spinal cord-injured people: effect on muscle properties and their relation to power output.
Muscle Nerve. 2008, 38(4): 1304-11
• Gerrits HL, de Haan A, Sargeant AJ, van Langen H, Hopman MT (2001). Peripheral vascular changes after electrically
stimulated cycle training in people with spinal cord injury. Arch Phys Med Rehabil 2001, 82(6):832-9
• Granat MH, Ferguson AC, Andrews BJ, Delargy M (1993). The role of functional electrical stimulation in the rehabilitation
of patients with incomplete spinal cord injury: observed benefits during gait studies. Paraplegia. 1993, 31:207–215.
• Hooker SP, Scremin E, Mutton DL, Kunkel CF, Cagle G (1995). Peak and submaximal physiologic responses following electrical
stimulation leg cycle ergometer training. J Rehabil Res Devel 1995, 32(4): 361-366
RehaMove ®
17

•
Janssen TWJ, Glaser RM, Shuster DB (1998). Clinical efficacy of electrical stimulation exercise training: effects on health,
fitness and function. Top Spinal Cord Inj Rehabil 1998, 3(3): 33-49
• Krause P, Szecsi J, Straube A (2008). Changes in spastic muscle tone increase in patients with spinal cord injury using
functional electrical stimulation and passive leg movements. Clinical rehabilitation 2008, 22: 627-634.
• Mohr T, Andersen JL, Biering-Sörensen F, Galbo H, Bangsbo J, Wagner A, Kjaer M (1997). Longterm adaption to electrically
induced cycle training in severe spinal cord injured individuals. Spinal Cord 1997, 35: 1-16
• Newham DJ, Donaldson N (2007). FES cycling. Acta Neurochir. Suppl. 2007, 97 (Pt1): 395-402
• Robinson AJ (1988). Clinical Application of Electrotherapeutic Modalities. Physical Therapy 1988, 68 (8): 1235-1238
• Sloan KE, Bremner LA, Byrne J, Day RE, Scull ER. Musculoskeletal effects on an electrical stimulation induced cycling
programme in the spinal injured. Paraplegia 1994, 32: 407-415
• Van der Salm A, Veltink PH, Ijzerman MJ, Groothuis-Oudshoorn KC, Nene AV, Hermens HJ (2006). Comparison of electric
stimulation methods for reduction of triceps surae spasticity in spinal cord injury. Arch Phys Med Rehabil 2006, 87(2):222-8
• Wilder RP, WInd TC, Jones EV, Crider BE, Edlich RF (2002), Functional electrical stimulation for a dropped foot. J Long
Term Eff Med Implants. 2002, 12(3): 149-59
18 RehaMove ®

Platz für Ihre Notizen:
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© HASOMED 09/2011 rev: 1.0 RehaMove ®
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