Moderne Diagnostik

Aktuelle Trends in der Sportorthopädie

von Dr. med. André Leumann

Spitzensportler können nur erfolgreich sein, wenn sie die Leistungsgrenzen von Körper und Psyche ausreizen. Hierzu muss jeder Athlet konzertiert an jedem einzelnen Rädchen schrauben, um zum richtigen Zeitpunkt die optimale Leistungsfähigkeit zu erreichen. Genau demselben Anspruch muss die Sportorthopädie gerecht werden, will sie Spitzenathleten adäquat behandeln.

Dies führt dazu, dass nicht nur Verletzungsmuster, Operationstechniken und Rehabilitationsprogramme anders sind als beim „normalen“ Patienten, sondern bereits die Diagnostik, der Weg zur Diagnosefindung und die Therapieplanung hohen Ansprüchen gerecht werden müssen. Gerade auf diesem Gebiet haben sich in den letzten Jahren im Bereiche der Forschung neue Optionen eröffnet, die nun allmählich den Weg in die klinische Anwendung in der Sportorthopädie finden. Dieser Artikel soll einen Überblick über aktuelle Trends geben.

Die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT)

Zu Beginn der 90er-Jahre begann der Siegeszug der Magnetresonanztomografie (MRT). Es war nun möglich, Weichteile und anatomische Strukturen zu sehen und den Flüssigkeitsgehalt von Geweben zu unterscheiden. Mit stärkeren Magnetspulen werden die Bilder immer schärfer. Ein 3-Teslagerät gehört heute zum Standardinventar eines guten Röntgeninstituts. So sind hochauflösende Bildserien möglich, einschränkend bleibt lediglich die Schichtdicke. Diese korreliert mit der Aufnahmedauer: Je dünnere Schichten, umso länger dauert die Durchführung des MRTs und umso wahrscheinlicher werden Wackelartefakte. Eine gewichtige Limitation der MRT bleibt jedoch darin bestehen, dass es sich um ein morphologisches Abbild handelt. Qualitative Aussagen über Gewebe sind nur indirekt möglich. In den letzten Jahren wurden deshalb Verfahren entwickelt, mit denen auch eine funktionelle Aussage über einzelne Gewebe möglich ist. Ein Schwerpunkt der Anwendung findet sich in der Knorpeldiagnostik. Mit dem T2-Mapping kommt der Kollagenfasergehalt zur Abbildung, mit dem dGEMRIC (delayed Gadolinium Enhanced MRI of Cartilage) der Glykosaminoglykangehalt (GAG) (Abb.1). Hierbei wird die Diffusionsgeschwindigkeit des Kontrastmittels Gadolinium durch den Knorpel gemessen, die vom GAG-Gehalt abhängig ist. Eine beginnende Knorpeldegeneration kann so anhand einer veränderten Faserstruktur erkannt werden, bevor sich die Knorpeldicke verändert. Und die Qualität einer Knorpelzelltransplantation kann im postoperativen Verlauf beurteilt werden, ohne dass eine Arthroskopie oder invasive Biopsie notwendig wird.

Bildfusionsverfahren und Navigation

Die Fusion von verschiedenen Bildgebungstechnologien hat dazu geführt, dass man heute Verletzungen und Läsionen viel besser versteht. Es kommt dabei zur Fusion einer morphologischen Bildgebung (z.B. Computertomografie (CT) oder MRT) mit einer funktionellen Bildgebung (z.B. 3D-Szintigrafie (SPECT) oder Positronen-Emissions-Tomografie (PET)). Hierdurch kann die Auflösung und die Aussagekraft des SPECT oder des PET signifikant verbessert werden und eine Zuordnung des Aktivitätsfokus zu einer spezifischen, morphologischen Struktur wird möglich. Eine erste Anwendung fanden diese Methoden seit ca. fünf Jahren vorwiegend in der onkologischen Diagnostik, z.B. der Suche nach Metastasen. In eigenen Studien konnten wir jedoch nachweisen, dass z.B. das SPECT-CT die Diagnostik bei Fußverletzungen verbessert. Ein enger Zusammenhang der Schmerzlokalisation mit dem Aktivitätsfokus des SPECT-CT hilft, die Therapie zu fokussieren und zu individualisieren, sodass jeder Patient die optimale Therapie erhalten kann. Die verbesserte Bilddiagnostik hat den Weg auch in den Operationssaal gefunden. So gibt es heutzutage die Möglichkeit, intraoperativ ein CT anzufertigen und durch einen navigierten Roboterarm auf den Millimeter genau Strukturen operativ anzugehen, z.B. bei Anbohrungen von intraossären Strukturen.

Individualisierte Ganganalyse

Die individualisierte Ganganalyse macht es möglich, den Athleten genau in den Belastungssituationen zu testen, in denen der Schmerz auftritt oder die er aufgrund seiner Sportart repetitiv ausübt. Eine moderne instrumentierte Ganganalyse kombiniert hierzu die kinematischen Messungen mit 6-12 Kameras mit kinetischen Messungen (Bodenreaktionskräfte) und Elektromyografiemessungen (EMG). Das EMG gibt uns Auskunft über die Aktivität und Innervationsmuster einzelner Muskeln, wobei durch eine Transformation (z:B. Wavelet Transformation nach Von Tscharner) neben der Intensität auch die Frequenzmuster des EMG dargestellt werden können. Damit entsteht ein gutes Abbild der Muskelfunktion. Die Auswertung dieser Daten ist eine detektivische Arbeit, doch oft finden sich Ursachen für eine Fehlbelastung und entsprechende Anpassungen können effektiv umgesetzt werden. Im Verlauf kann so zusätzlich auch ein Therapieerfolg beurteilt werden. Insbesondere das Rehabilitationspotenzial bei chronischen Muskelschäden ist hier von besonderem Interesse. So wissen wir, dass sich das Intensitätsmuster des EMG bei chronischen Schäden erholen kann, während eine Normalisierung des Frequenzmusters schwierig ist. Dies bedeutet im Endeffekt, dass gewisse Muskelfasertypen nicht gleich gut rehabilitiert werden können, was auf die Performance eines Athleten einen wichtigen Einfluss haben kann.

Molekularbiologie und Biomarker

Ein wichtiger Baustein in Diagnostik und Therapie der Zukunft wird in der Molekularbiologie liegen. Immer mehr genetische Codes werden identifiziert, die mit einem erhöhten Verletzungsrisiko einhergehen. So wurde dies z.B. für Kreuzbandrupturen und spezielle Genotypen nnachgewiesen. Genauso sind im Tierversuch bereits verschiedene Genprodukte im Einsatz, die das Heilungspotenzial einzelner Strukturen verbessern sollen. Eine Schlüsselfunktion kommt hierbei der Zell-Zell-Kommunikation zu. Das Milieu, in dem eine Verletzung entsteht, eine Heilung abläuft oder über lange Zeit eine Arthrose entsteht, wird geprägt von anabolen (aufbauenden) und katabolen (abbauenden) Zytokinen (lokale Hormone), die von Zellen produziert und abgegeben werden. Sie werden meistens als Reaktion auf eine Zell-Zell-Interaktion ausgeschüttet. Eine spezielle Rolle nimmt die Mastzelle ein (Abb. 2), denn sie hat in ihren Vesikeln Unmengen kataboler Zytokine gelagert, die bei einer Ausschüttung wie zerstörerische Chemiebomben das Gewebe um die Zelle herum zerstören (z.B. Tryptasen und Chymasen, die zur Aktivierung von Metalloproteinasen führen). Die Mastzelle verfügt über Mechanosensoren, sodass sie auf veränderte Belastung (z.B. Druck) wie bei akuten Verletzungen und einhergehendem Hämatom reagiert. Gerade in der Arthroseentstehung nach Sportverletzungen nimmt das Wissen hierzu immer mehr zu. Da jedoch nicht jede Arthroseform die gleichen Zytokinmuster hervorruft und eine therapeutische Unterbrechung der Zytokinkaskaden auf diese Zytokinmuster abgestimmt sein muss, wird in Zukunft das spezifische Zytokinmuster eines Patienten mittels gewebe- spezifischer Gen-Essays (z.B.: für Knorpel, Synovia oder Sehne) gemessen werden müssen, um ihn der erfolgreichen Therapie zuführen zu können. Bis dies im breiten Alltag Realität wird, wird es jedoch noch einiger Grundlagenforschung bedürfen.

Fazit

Die modernen Entwicklungen in der Diagnostik zielen darauf ab, die Verletzung oder die Läsion genauer erfassen zu können und dadurch eine verbesserte, individualisierte Therapie anbieten zu können. Nachdem die morphologische Darstellung schon sehr gut möglich ist, sieht man aktuell, dass die funktionelle Darstellung in Bildgebung, Ganganalyse und Molekularbiologie Fortschritte macht. Hier sind in Zukunft noch weitere Erkenntnisse und Neuerungen zu erwarten.