Video: Wie ein Parkinson-Patient von dem Gerät profitieren konnte. © Harvard SEAS
Es beginnt mit Trippelschritten und dann kommt es zu einer völligen Blockade beim Gehen. Das frustrierende und gefährliche „Einfrieren“ bei der Fortbewegung von Parkinson-Patienten lässt sich offenbar durch einen sanften Zug im richtigen Moment verhindern: Forscher haben ein tragbares Robotik-System entwickelt und erfolgreich getestet, das Betroffenen wieder einen flüssigen Gang und damit mehr Lebensqualität ermöglichen kann.
Mehr als neun Millionen Menschen sind weltweit betroffen: Bei der Parkinson-Erkrankung sterben bestimmte Nervenzellen im Gehirn ab, in denen der Botenstoff Dopamin produziert wird. Dies führt zu den typischen Symptomen der neurodegenerativen Erkrankung. Neben dem bekannten Muskelzittern und weiteren motorischen Störungen leiden die Patienten dabei oft unter einer charakteristischen Beeinträchtigung beim Gehen: Sie verlieren plötzlich die Kontrolle über die Beinbewegung, wodurch es zu immer kürzeren Trippelschritten kommt, die schließlich zu einem Stillstand führen.
Bei diesem sogenannten Einfrieren handelt es sich um eine besonders frustrierende und problematische Folge der Erkrankung. Denn die mit den Blockaden einhergehende Instabilität führt häufig zu Stürzen. Dies kann die Mobilität und Unabhängigkeit von Parkinson-Patienten stark einschränken. Bisherige Ansätze, das Einfrieren durch Medikamente, Verhaltenstherapien oder sogar chirurgische Eingriffe zu behandeln, waren wenig erfolgreich und problematisch. Doch das neue Konzept des Forscherteams um Jinsoo Kim von der Harvard University in Boston könnte nun Parkinson-Patienten effektiv und praktikabel beim Laufen unterstützen. Es handelt sich um eine tragbare Robotik-Technologie, die aus früheren Entwicklungen zur Unterstützung von Bewegungsbehinderungen, etwa bei Schlaganfallpatienten, hervorgegangen ist.
Mechanische Unterstützung bringt’s
„Unser Konzept zur Verhinderung des Einfrierens bei Parkinson-Patienten basiert auf der Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren, Rehabilitationswissenschaftlern, Physiotherapeuten, Biomechanikern und Bekleidungsdesignern“, sagt Co-Seniorautor Conor Walsh von der Harvard University.
Das Gerät besteht aus einem Haupt-Element, das über Schultergurte im Bereich der Taille befestigt wird. Darin befinden sich Sensoren und zwei Motoren, die jeweils über ein Zugband mit Manschetten verbunden sind, die über den Oberschenkeln getragen werden. Anhand der von den Sensoren erfassten Bewegungsdaten bestimmt eine Berechnungseinheit in dem Gerät die jeweilige Gangphase des Trägers und löst dazu passende Unterstützung aus: Parallel zur Muskelbewegung wird über die Zugbänder eine leichte Kraft auf die Oberschenkel ausgeübt, die das normale Bewegungsverhalten beim Gehen unterstützt.
„Wir haben herausgefunden, dass bereits eine geringe mechanische Unterstützung durch unser tragbares Robotik-System zu deutlichen Verbesserungen führen kann“, sagt Walsh. Dies zeigte sich bei der anwendungsbezogenen Entwicklung und den Tests des Geräts: Das Team wurde dabei von einem 73-jährigen Parkinson-Patienten unterstützt. Er litt unter häufigen Gehblockaden, die bereits oft zu Stürzen geführt hatten. Doch wie sich zeigte, konnte das Gerät ihm schließlich wieder zu mehr Bewegungsfreiheit verhelfen. Nach der Optimierung der Einstellungen war der Effekt dabei augenblicklich, berichten die Wissenschaftler: Ohne spezielles Training war der Patient in der Lage, in Innenräumen ohne Blockade zu gehen, und bei Spaziergängen im Freien kam es nur noch selten zu dem problematischen Einfrieren. Er konnte auch gehen und sich gleichzeitig mit jemandem unterhalten, was zuvor typischerweise zum Einfrieren geführt hatte.
Vielversprechender Testerfolg
„Unser Team war begeistert, die positiven Auswirkungen der Technologie auf das Gehen unseres Studienteilnehmers zu sehen“, sagt Kim. Der Parkinson-Patient selbst erklärt dazu: „Das Gerät hilft mir dabei, längere Schritte zu machen, und wenn es nicht aktiv ist, merke ich deutlich, dass ich meine Füße viel mehr schleppe. Das Konzept kann mir tatsächlich helfen, längere Strecken zu gehen und meine Lebensqualität zu verbessern“, so der Studienteilnehmer. Die Forscher betonen allerdings, dass nun noch weitere Entwicklungsarbeit nötig ist, bis ein fertiges Produkt den Parkinson-Patienten zugutekommen kann. „Die Studie stellt aber einen Meilenstein bei der Entwicklung technologiebasierter Lösungen zur Behandlung des Gangeinfrierens dar“, schreiben die Forscher.
Ihnen zufolge könnte das Konzept außerdem dabei helfen, die Mechanismen der Gehbehinderung besser zu verstehen, die nach wie vor unklar bleiben. Dazu sagt Co-Seniorautor Terry Ellis von der Boston University: „Wir wissen eigentlich nicht genau, warum unser Ansatz so überraschend gut funktioniert. Möglicherweise beeinflusst die Unterstützung der normalen Biomechanik die zentrale Verarbeitung der Gangkontrolle“, so der Wissenschaftler.
Quelle: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Fachartikel: Nature Medicine, doi: 10.1038/s41591-023-02731-8
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