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Universität Paderborn

Fakultät für Naturwissenschaften

Department Sport & Gesundheit

Zentralnervöse und motorische

Auswirkungen einer Verletzung und

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes

bei sensomotorischen Aufgaben

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doktor rerum medicinalium

(Dr. rer. medic.)

vorgelegt von

Jochen Baumeister

geboren am 21.09.1971 in Köln

Die vorliegende Arbeit entstand in der Zeit von April 2003 bis Dezember

2006 im Sportmedizinischen Institut der Universität Paderborn

1. Gutachter: Prof. Dr. Michael Weiß

2. Gutachter: Prof. Dr. Heinz Liesen

Tag der mündlichen Prüfung:

für

Neele, Luca und Kornelia

Danksagung

Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. med. Michael Weiß

(Sportmedizinisches Institut der Universität Paderborn) für die

wissenschaftliche Betreuung und sein großes Interesse am Fortgang dieser

Arbeit. Seine umfangreichen Tipps, Denkanstöße und seine besondere Art

haben mir den Spaß an der Arbeit erhalten und die Möglichkeit gegeben,

mich wissenschaftlich und menschlich weiterzuentwickeln. Er hat es

geschafft, mich nach „interpretativen Höhenflügen“ immer wieder auf den

Boden der Tatsachen zurückzuholen.

Herrn Prof. Dr. med. Heinz Liesen danke ich herzlich für die Übernahme des

Zweitgutachtens und die Entfaltungsmöglichkeit an seinem Institut.

Dem Team des Sportmedizinischen Institutes und der Golfakademie möchte

ich für die Hilfestellungen, die Motivation und die gute Arbeitsatmosphäre

danken. Insbesondere die unermüdlichen Helferinnen Kirsten Reinecke,

Janina Gerkens und Silke Koplin haben durch ihr Engagement einen

wesentlichen Teil zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen. Ein Dankeschön

gilt auch Sandra Bischof, die die Arbeit orthographisch geprüft und damit die

„automatische Rechtschreibprüfung“ ad absurdum geführt hat.

Herrn Dipl.-Ing. Gerd Walter vom Institut für elektronische Messtechnik der

Universität Paderborn sei für die technische Unterstützung gedankt.

Natürlich möchte ich auch meinen Eltern danken. Sie haben mir immer

wieder signalisiert, dass sie mich in dem, was ich tue, mit allen Möglichkeiten

unterstützen.

Der größte Dank gilt Kornelia, Luca und Neele, die gerade in der letzten Zeit

meine Launen ertragen mussten. Bei ihnen konnte ich mich immer wieder

fallenlassen und allein aus ihrem „Dasein“ Kraft schöpfen. Ihnen widme ich

diese Arbeit.

Verzeichnisse 5

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis..........................................................................................5

Abbildungsverzeichnis..................................................................................8

Tabellenverzeichnis..................................................................................... 12

Abkürzungsverzeichnis............................................................................... 13

Abstract........................................................................................................15

Zusammenfassung...................................................................................... 17

1 Einleitung......................................................................................... 20

1.1 Problemstellung ......................................................................................................22

1.2 Begriffsbestimmungen...........................................................................................23

2 Forschungsstand ............................................................................ 27

2.1 Periphere Aspekte der Sensomotorik nach Verletzungen des vorderen

Kreuzbandes..............................................................................................................27

2.1.1 Der periphere Ausgangspunkt: beteiligte Strukturen und methodische

Zugänge........................................................................................................ 28

2.1.2 Winkelreproduktionen .................................................................................. 33

2.1.3 Kraftreproduktionen...................................................................................... 38

2.1.4 Neuromuskuläre Veränderungen nach Verletzungen des vorderen

Kreuzbandes................................................................................................. 41

2.2 Zentrale Aspekte der Sensomotorik nach ACL Verletzung................................44

2.2.1 Das Fenster zum Zentralnervensystem: Beteiligte Strukturen und

methodische Zugänge.................................................................................. 44

2.2.2 EEG und sensomotorische Aufgaben.......................................................... 51

2.2.3 Zentrale Auswirkungen einer Kreuzbandverletzung .................................... 55

2.2.4 Mentale Bewegungsvorstellung im zentralen Abbild ................................... 57

3 Hinführung zum Untersuchungsansatz......................................... 60

4 Ziel- und Fragestellungen............................................................... 62

4.1 Fragestellungen Experiment I: Winkelreproduktion............................................62

Verzeichnisse 6

4.2 Fragestellungen Experiment II: Kraftreproduktion..............................................64

5 Methodik........................................................................................... 67

5.1 Personenstichprobe................................................................................................67

5.2 Untersuchungsgang ...............................................................................................69

5.2.1 Voruntersuchung.......................................................................................... 69

5.2.2 Experiment I: Winkelreproduktion ................................................................ 70

5.2.3 Experiment II: Kraftreproduktion .................................................................. 72

5.3 Messplatz und Parametererhebung.......................................................................73

5.3.1 Aufbau des Messplatzes.............................................................................. 74

5.3.2 Subjektive Beurteilung der Kniefunktionalität – Kniescores......................... 77

5.3.3 Psychometrische Parameter........................................................................ 77

5.3.4 Biomechanische Parameter......................................................................... 80

5.3.5 Neuromuskuläre Parameter......................................................................... 81

5.3.6 Zentrale Parameter und deren Erfassung mittels EEG ............................... 83

5.4 Statistik.....................................................................................................................84

6 Ergebnisse....................................................................................... 86

6.1 Voraussetzungen.....................................................................................................86

6.2 Experiment 1: Winkelreproduktion........................................................................88

6.2.1 Anthropometrische und psychometrische Daten ......................................... 88

6.2.2 Einfluss der Verletzung auf die Winkelreproduktionen ................................ 89

6.2.3 Einfluss der Verletzung auf die mentale Vorstellung ................................. 111

6.3 Experiment 2: Kraftreproduktion.........................................................................115

6.3.1 Anthropometrische und psychometrische Daten ....................................... 115

6.3.2 Einfluss der Verletzung auf die Kraftreproduktionen.................................. 116

6.3.3 Einfluss der Verletzung auf die mentale Vorstellung ................................. 133

7 Diskussion ..................................................................................... 136

7.1 Experiment I: die Winkelreproduktionen............................................................137

7.1.1 Einfluss der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf periphere

und zentrale Parameter während der Winkelreproduktion......................... 138

7.1.2 Einfluss von Übung im Zeitverlauf auf die peripheren und zentralen

Parameter während der Winkelreproduktionen.......................................... 150

7.1.3 Einfluss der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf die

mentale Vorstellung der Winkelreproduktion.............................................. 154

7.2 Experiment II: die Kraftreproduktionen ..............................................................156

Verzeichnisse 7

7.2.1 Einfluss der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf periphere

und zentrale Parameter während der Winkelreproduktion......................... 157

7.2.2 Einfluss von Übung auf die peripheren und zentralen Parameter

während der Kraftreproduktionen............................................................... 161

7.2.3 Einfluss der Rekonstruktion auf die mentale Vorstellung der

Kraftreproduktionen.................................................................................... 163

8 Schlussfolgerungen – das große Ganze ..................................... 165

9 Ausblick.......................................................................................... 170

10 Literaturverzeichnis ...................................................................... 172

11 Anhang................................................................................................I

11.1 Fragebögen................................................................................................................II

11.2 Probandeninformationen.......................................................................................VIII

11.3 Deskription................................................................................................................IX

11.4 Ergebnisse Prüfstatistik....................................................................................... XVI

Publikationen............................................................................................. XXI

Eidesstattliche Erklärung........................................................................ XXIII

Verzeichnisse 8

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Überblick des Sensomotorischen Systems (mod. nach Biedert et al. 1998) .......... 24

Abb. 2: Einteilung der Hirnareale nach Brodmann (Brodmann 1985) ................................. 46

Abb. 3: Studiendesign Experiment I: Winkelreproduktion.................................................... 71

Abb. 4: Studiendesign Experiment II: Kraftreproduktion...................................................... 73

Abb. 5: Umgebauter Messplatz Schnell M3......................................................................... 74

Abb. 6: Übertragung der Drehung der Geräteachse auf das Potentiometer ....................... 75

Abb. 7: Versuchsaufbau der beiden Experimente Winkel- und Kraftreproduktion .............. 76

Abb. 8: Visuelle Analogskala (VAS) zum subjektiven Stressempfinden mit „0“=kein

Stress und „10“=höchster Stress ....................................................................................... 78

Abb. 9: Beispielhafte Darstellung der erhobenen Rohdaten einer Winkelreproduktion.

Hervorgehoben ist die Zeitspanne von 1000 ms beginnend mit dem Anfang der

Plateauphase, die zur Ermittlung der IEMG´s von RF, VM und VL dient.......................... 82

Abb. 10: Standardisiertes, internationales 10:20 System zur Elektrodenpositionierung ..... 83

Abb. 11: Psychometrische Daten der durchgeführten Tests VAS, HAKEMP 90 und STAI

während des Experimentes Winkelreproduktion in den Gruppen control und ACL........... 89

Abb. 12: Ergebnisse der sensomotorischen Leistungen in den Untersuchungsgruppen

zu den Messzeitpunkten M1 – M8 dargestellt anhand der Mittelwerte und

Standardabweichungen des Reproduktionsfehlers [Abweichung vom Zielwinkel in °]

[*/+ p<.05, **/++ p<.01, ***/+++ p<.001]............................................................................. 90

Abb.13: Latenzen [ms] von der ersten Muskelaktivität bis zum Erreichen der

Plateauphase (der Haltephase des Zielwinkels) [*p<.05, **p<.01, ***p<.001]................... 91

Abb. 14: Anteilige Beteiligungen [%] der einzelnen Muskeln an der Gesamtaktivität

[100%] während der Winkelreproduktionen zu den Messzeitpunkten M1 bis M8 in der

Kontroll- und ACL-Gruppe.................................................................................................. 93

Abb. 15: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Theta Frequenzband zu Beginn der Winkelreproduktion mit der jeweiligen Extremität

(M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte) ..................................................................... 95

Abb. 16: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Winkelreproduktionen

an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe zu den

Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität) 96

Abb. 17: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der fronto-zentralen Elektrodenposition (Fz)..................................... 98

Abb. 18: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der links-frontalen Eleketrodenposition (F3) ..................................... 98

Abb. 19: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

Verzeichnisse 9

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Eleketrodenposition (F4)................................... 99

Abb. 20: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Eleketrodenposition (F4)................................... 99

Abb. 21: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Alpha-1 Frequenzband zu Beginn der Winkelreproduktion mit der jeweiligen Extremität

(M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte) ................................................................... 101

Abb. 22: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Winkelreproduktionen

an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe zu den

Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)102

Abb. 23: Globale, über alle 17 Elektrodenpositionen gemittelte, spektrale Leistungen

[µV2] im Alpha-1 Frequenzband. Dargestellt sind jeweils MW ± SD in der Kontroll- und

ACL-Gruppe an den jeweiligen Messzeitpunkten............................................................ 103

Abb. 24: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Alpha-2 Frequenzband zu Beginn der Winkelreproduktion mit der jeweiligen Extremität

(M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte) ................................................................... 104

Abb. 25: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Winkelreproduktionen

an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe zu den

Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)105

Abb. 26: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der fronto-parietalen Eleketrodenposition (Pz) ............................... 106

Abb. 27: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der links-parietalen Eleketrodenposition (P3) ................................. 107

Abb. 28: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-parietalen Eleketrodenposition (P4)............................... 107

Abb. 29: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an den temporalen Elektrodenposition (T3, T4, T5, T6)...................... 108

Abb. 30: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Beta-1 Frequenzband zu Beginn der Winkelreproduktion mit der jeweiligen Extremität

(M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte) ................................................................... 109

Abb. 31: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Winkelreproduktionen

an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe zu den

Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)110

Abb. 32: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

Verzeichnisse 10

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Theta, Alpha-1, Alpha-2 und Beta-1 Frequenzband während der mentalen Vorstellung

der Winkelreproduktion .................................................................................................... 112

Abb. 33: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der mentalen Vorstellung

der Winkelreproduktionen (M9) und der anschließenden Ruhephase (M10) an den 17

gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe............................ 113

Abb. 34: Psychometrische Daten der durchgeführten Tests STAI (A) und VAS (B)

während des Experimentes Kraftreproduktion in den Gruppen control und ACL............ 116

Abb. 35: Ergebnisse der sensomotorischen Leistungen in den Untersuchungsgruppen

zu den Messzeitpunkten M1 – M8 dargestellt anhand der Mittelwerte und

Standardabweichungen des Reproduktionsfehlers [Abweichung vom Zielwinkel in °].... 117

Abb. 36: Anteilige Beteiligungen [%] der einzelnen Muskeln an der Gesamtaktivität

[100%] während der Kraftreproduktionen zu den Messzeitpunkten M1 bis M8 in der

Kontroll- und ACL-Gruppe................................................................................................ 119

Abb. 37: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Theta Frequenzband zu Beginn der Kraftreproduktion mit der jeweiligen Extremität

(M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte) ................................................................... 120

Abb. 38 : Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Kraftreproduktionen an

den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe zu den

Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)

[*p<.05, ** p<.01, ***p<.001] ............................................................................................ 121

Abb. 39: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Elektrodenposition (Fz)................................... 122

Abb. 40: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Elektrodenposition (F3)................................... 123

Abb. 41: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Elektrodenposition (F4)................................... 123

Abb. 42: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Alpha-1 Frequenzband zu Beginn der Kraftreproduktion mit der jeweiligen Extremität

(M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte) ................................................................... 124

Abb. 43: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Kraftreproduktionen an

den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe zu den

Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)125

Abb. 44: Globale, über alle 17 Elektrodenpositionen gemittelte, spektrale Leistungen

[µV2] im Alpha-1 Frequenzband. Dargestellt sind jeweils MW ± SD in der Kontroll- und

ACL-Gruppe zu den jeweiligen Messzeitpunkten ............................................................ 126

Verzeichnisse 11

Abb. 45: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Alpha-2 Frequenzband zu Beginn der Kraftreproduktion mit der jeweiligen Extremität

(M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte) ................................................................... 127

Abb. 46: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Kraftreproduktionen an

den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe zu den

Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)128

Abb. 47: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der parieto-zentralen Elektrodenposition (Pz)................................. 129

Abb. 48: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-parietalen Elektrodenposition (P3)................................. 129

Abb. 49: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an den temporalen Elektrodenposition (T3, T4, T5, T6)...................... 130

Abb. 50: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Beta-1 Frequenzband zu Beginn der Kraftreproduktion mit der jeweiligen Extremität

(M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte) ................................................................... 131

Abb. 51: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Kraftreproduktionen an

den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe zu den

Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)132

Abb. 52: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen Leistungsdichten im

Theta, Alpha-1, Alpha-2 und Beta-1 Frequenzband während der mentalen Vorstellung

der Winkelreproduktion .................................................................................................... 134

Verzeichnisse 12

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Anthropometrische Daten der ACL- und Kontrollgruppe .................................... 67

Tab. 2: Detaillierte Darstellung der ACL-Gruppe............................................................. 68

Tab. 3: Einteilung der Frequenzbänder nach spektraler Frequenzanalyse .................... 84

Tab. 4: Neuromuskuläre Aktivität (iEMG [V]) in MW ± SD der an der Extension............ 92

Tab. 5: Darstellung der Zwischen- und Innersubjekteffekte während der mentalen

Vorstellung der Winkelreproduktion (M9) sowie der anschließenden Ruhephase

(M10 – Augen geschlossen)........................................................................................ 114

Tab. 6: Neuromuskuläre Aktivität (iEMG [V]) in MW ± SD der an der Extension.......... 118

Tab. 7: Darstellung der Zwischen- und Innersubjekteffekte während der mentalen

Vorstellung der Winkelreproduktion (M9) sowie der anschließenden Ruhephase

(M10 – Augen geschlossen)........................................................................................ 135

Verzeichnisse 13

Abkürzungsverzeichnis

Aa Augen auf

Abb. Abbildung

AC Alternating current (Wechselstrom)

ACC anterior cingulated cortex

ACL anterior cruciate ligament

Az Augen zu

Cz centro-zentrale Elektrodenposition

C3 links-zentrale Elektrodenposition

C4 rechts-zentrale Elektrodenposition

cm Zentimeter

DC Direct current (Gleichstrom)

DMS Dehnungsmessstreifen

EEG Elektroenzephalographie

EHI Edinburgh Handedness inventory

EMG Elektromyographie

ERD Event-related Desynchronisation

ERS Event-related Synchronisation

et al. et alteri (und andere)

Fz centro-frontale Elektrodenposition

F3 links-frontale Elektrodenposition

F4 rechts-frontale Elektrodenposition

F7 links-frontale Elektrodenposition

F8 rechts-frontale Elektrodenposition

Fa. Firma

fm fronto-midline

fMRI Funktionelles Magnetresonanz-Imaging

GLM General Linear Model

Hz Hertz

IEMG Integriertes Elektromyogramm

inner Innersubjektfaktor

Kap. Kapitel

kg Kilogramm

KOhm Kilo-Ohm

li Links

LQ Lateralitätsquotient

m Meter

M. Musculus

Verzeichnisse 14

MANOVA Mehrfaktorielle Varianzanalyse

MATB Multi-Attribute-Task-Battery

MOhm Mega-Ohm

MP motor potential

MRCP Movement-related cortical potential

MVC Maximal voluntary contraction

MW Mittelwert

N Newton

O1 links-okzipetale Elektrodenposition

O2 rechts-okzipetale Elektrodenposition

Pz centro-parietale Elektrodenposition

P3 links-parietale Elektrodenposition

P4 rechts-parietale Elektrodenposition

p Signifikanzniveau

P27 Komponente evozierter Potentiale

PET Positronen-Emissions-Tomographie

PubMed englischsprachige textbasierte Datenbank

rCBF Regionaler Blutfluss

re Rechts

Reg.-Nr. Registrierungs-Nummer

RF rectus femoris

sec Sekunde

SEP Somatosensorisch-evozierte Potentiale

SMA Supplementär-motorische Rinde

STAI State-Trait Anxity Inventory

T3 links-temporale Elektrodenposition

T4 rechts-temporale Elektrodenposition

T5 links-temporale Elektrodenposition

T6 rechts-temporale Elektrodenposition

Tab. Tabelle

TDPM Threshold of detecting passive motion

VAS Visuelle Analogskala

VL vastus lateralis

VM vastus medialis

VMIQ Vividness of Motor Imagery Questionnaire

VVIQ Vividness of Visual Imagery Questionnaire

WM working memory

ZNS Zentralnervensystem

Zusammenfassung 15

Abstract

Purpose: Researchers speculate about consequences at the cortical level

due to a reconstruction of the anterior cruciate ligament (ACL). The aim of

the study was to investigate changes at cortical level compared to a healthy

control group and due to the task acquisition. Therefore performance,

neuromuscular activation (EMG) and cortical activity (EEG) were measured

during two different proprioceptive modalities representing the joint position

sense (JPS) and the force sensation (FS) in ACL patients and controls.

Methods: Ten patients after ACL-reconstruction and 12 healthy controls

participated in the study. The task in the first experiment consisted of an

active knee angle reproduction (40°) without visual feedback in a sitting

position (JPS). In the second experiment the subjects were asked to

reproduce 50% of their individual maximal voluntary contraction (MVC)

reproduction in the same set up (FS). In both experiments the participants

have had the possibility to practice with visual feedback before each trial. The

tasks were executed in random order with one week between the

experiments and analyzed in a 2 (ACL vs. controls) x 2 (extremities) x 4

(trials á 3 min) design. The imagination of the real active reproduction

performed before completed each experiment.

Performance (aberrations from the target [degrees/percentage]),

neuromuscular activation [IEMG of RF, VM, VL] and cortical activity [EEG at

17 electrode positions using international standards (10:20 System) and

divided in Theta (4,75-6,75 Hz), Alpha-1 (7,0-9,5 Hz), Alpha-2 (9,75-12,5 Hz)

and Beta-1 (12,75-18,5 Hz) frequencies] were measured.

Results: The JPS task demonstrated significant differences at all three

measured levels. The behavioural data show significant higher aberrations in

the ACL-reconstructed limb compared to the controls. The ACL-patients

demonstrate a significant higher participation of VL in the whole

neuromuscular activity. The brain activity findings – in particular the frontal

Theta and the parietal Alpha-2 power - were able to differentiate between

both groups. This result in significant higher frontal Theta power even on the

uninvolved side of the ACL-group compared to the control group. Alpha-2

Zusammenfassung 16

power shows significant differences only between the reconstructed side of

the ACL-patients and the control group at parietal positions. In contrast to the

JPS task no significant differences were found between the groups during the

FS task neither in the performance nor at the neuromuscular or cortical level.

Practice in both tasks and groups results in an significant increase of Alpha-1

(widespread over the cortex) and Alpha-2 (at parietal-temporal-occipetal /

PTO regions) spectral power.

No differences could be detected in the cortical activity during the imagination

of the tasks between both groups.

Conclusion: The developed instrument was able to measure the influence of

the reconstruction of the ACL at the cortical level. Detailed information about

changes after ACL reconstruction require the measurement on all three

levels: the performance, the neuromuscular and cortical activity. The findings

result in the conclusion that the joint position sense is influenced by ACL

reconstructions whereas the force sensation was not affected. Therefore the

term “changed proprioception” after ACL reconstruction should be handled

with more care.

The results are discussed in terms of differences in focussed attention with

involvement of the anterior cingulate cortex (frontal Theta) and sensory

processing in the parietal somatosensory cortex (Alpha-2) as a part of a

fronto-parietal network. This network seemed to represent parts of the visual-

spatial working memory). That leads to speculations of measurable different

loads of the working memory depending on the proprioceptive modality.

Zusammenfassung 17

Zusammenfassung

Einleitung: Vor dem Hintergrund der Annahme, dass viele Autoren über eine

kortikale Beeinflussung nach Verletzung oder Ruptur des vorderen

Kreuzbandes spekulieren, wurde ein Messinstrumentarium entwickelt, das

synchronisiert die kortikale Aktivierung (EEG), die Muskelaktivität (EMG) und

die Leistung während zweier Experimente, die die beiden propriozeptiven

Modalitäten des Stellungs- und Kraftsinnes (Winkel- und Kraftreproduktions-

Aufgaben) untersuchen, erheben kann. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es,

anhand dieser sensomotorischen Aufgaben zum Stellungs- und Kraftsinn zu

prüfen, ob sich (i) im Vergleich Kreuzbandpatienten zur Kontrollgruppe und

(ii) in der Aneignung der sensomotorischen Aufgabe elektrophysiologische

Veränderungen abbilden.

Methodik: Zehn Patienten nach ACL-Rekonstruktion und zwölf gesunde

Kontrollpersonen nahmen an der Studie teil. Im ersten Experiment sollten die

Probanden einen vorgegebenen Kniegelenkswinkel (40°) nach vorherigen

Übungsversuchen mit visuellem Feedback unter Ausschaltung des visuellen

Kanals aktiv reproduzieren (Stellungssinn). Das zweite Experiment bestand

aus einer Kraftreproduktionsaufgabe, bei der die Probanden 50% der

maximalen, willkürlich möglichen Kraft wiederholt ohne visuelle Hilfe

aufbringen sollten (Kraftsinn). Auch hier konnte vor jedem Durchgang mit

visuellem Feedback geübt werden. Beide Experimente wurden in

randomisierter Reihenfolge in einem 2 (ACL vs. Kontrollgruppe) x 2

(Extremitäten) x 4 (Durchgänge) Design durchgeführt. Darüberhinaus

schloss eine mentale Vorstellung der zuvor durchgeführten realen Bewegung

das jeweilige Experiment ab. Zwischen beiden Experimenten lag jeweils eine

Woche. Während der Experimente wurde auf drei Ebenen die Leistung

(Zielabweichung in Grad bzw. Prozent), die elektrische Muskelaktivierung

(IEMG von RF, VM, VL) und die kortikale Aktivität (EEG nach FFT unterteilt

in Theta, Alpha-1, Alpha-2 und Beta-1 Frequenzband) an 17

Elektrodenpositionen nach internationalen Standards (10:20 System)

gemessen.

Ergebnisse: Die Winkelreproduktionsaufgabe zeigte auf allen drei Ebenen

der Messkette signifikante Unterschiede. Die ACL-Patienten zeigten mit ihrer

Zusammenfassung 18

verletzten Extremität signifikant höhere Abweichungen vom Zielwinkel sowie

eine signifikant höhere, prozentuale Beteiligung des VL an der

Gesamtbewegung als die Kontrollgruppe. In den kortikalen Parametern

zeigte sich insbesondere die frontale Theta Leistung sowie die parietale

Alpha-2 Frequenz als signifikantes Unterscheidungsmerkmal zwischen den

Gruppen. Wohingegen dies für die Alpha-2 Frequenz nur Im Vergleich der

rekonstruierten Seite mit der Kontrollgruppe galt, zeigte sich die nicht

betroffene Seite der Kreuzbandpatienten ebenfalls beeinflusst.

Demgegenüber konnten in der Kraftreproduktionsaufgabe keine

Signifikanzen detektiert werden.

Die Aneignung beider sensomotorischen Aufgabe zeigte sich sowohl in

beiden Gruppen, als auch in beiden Experimenten in einer

Leistungsverbesserung bzw. –stabilisierung. Auf kortikaler Ebene zeigt sich

der Aneignungsprozess im Anstieg der Alpha-1 (verteilt über dem gesamten

Kortex) und Alpha-2 Leistung (verteilt in den posterioren Kortexregionen).

In der mentalen Vorstellung der beiden Aufgaben unterschieden sich die

Kreuzbandpatienten in der kortikalen Aktivierung nicht von den gesunden

Kontrollpersonen.

Diskussion: Anhand der vorliegenden Ergebnisse kann man postulieren,

dass das entwickelte Messinstrument in der Lage ist, kortikale

Veränderungen nach Kreuzbandrekonstruktionen erstmalig differenziert

abzubilden. Um die Veränderungen vor dem Hintergrund veränderter

Afferenzen aus der Körperperipherie zeigen zu können, ist es notwendig, die

gesamte Messkette in die Analyse einfließen zu lassen. Die Ergebnisse der

Untersuchung der beiden propriozeptiven Modalitäten lassen den Schluss

zu, dass in der getesteten Konstellation der Stellungssinn von der

Rekonstruktion beeinflusst wird, der Kraftsinn demgegenüber nicht. Damit

muss auch der Begriff „veränderte Propriozeption“ zukünftig differenzierter

betrachtet werden.

Insbesondere die kortikalen Unterschiede zwischen beiden Gruppen werden

vor dem Hintergrund der fokussierten Aufmerksamkeit unter Einbeziehung

der anterioren Gyrus cinguli (frontale Theta-Leistung) und der sensorischen

Verarbeitung im somatosensorischen Kortex (parietal Alpha-2) diskutiert. In

einem literaturgestützten Modell bilden beide Komponenten ein fronto-

Zusammenfassung 19

parietales Netzwerk, das das visuell-räumliche Arbeitsgedächtnis

repräsentieren könnte. Dieser Zusammenhang führt zu Spekulationen

bezüglich der Messbarkeit der Beanspruchung des Arbeitsgedächtnisses in

den beiden propriozeptiven Modalitäten.

Einleitung 20

1 Einleitung

Verletzungen des Kniegelenkes zählen neben den

Sprunggelenksverletzungen zu den häufigsten traumatologischen

Verletzungsbildern im Sport (Miyasaka et al. 1991). Dabei ist häufig das

vordere Kreuzband betroffen. Die Diagnose einer Ruptur des vorderen

Kreuzbandes bedeutete früher für den Sportler das Ende der Karriere.

Aufgrund neuer operativer Verfahren, intensiver Forschungsbemühungen

und der ständigen Weiterentwicklung der Rehabilitation können Sportler

heute häufig wieder in ihre Sportart zurückkehren. Eine Literatursuche über

die medizinische Datenbank PubMed zum Thema „anterior cruciate ligament“

resultiert in 7065 Literaturstellen. Dies dokumentiert die intensive

Auseinandersetzung mit dem Thema. In der Literatur werden inhaltlich

verschiedene Veränderungen wie propriozeptive Defizite (Barrett et al. 1991;

Roberts et al. 1999; Wilke 2000), defizitäre funktionelle Stabilisierung

(Lysholm et al. 1998; O´Connell et al. 1998), geringerer Kraftoutput (Elmquist

et al. 1988; Seto et al.1988; Baumeister et al. 2002), Defizite bei funktionellen

Aufgaben (Chmielewski et al. 2002; Patel et al. 2003) und biomechanische

Veränderungen (Chmielewski et al. 2001; Alkjaer et al. 2002; Rudolph et al.

2004) beschrieben. Im Zusammenhang mit zentralen / kortikalen

Veränderungen nach einer Verletzung oder Rekonstruktion sind allerdings

nur wenige Untersuchungen bekannt (Valeriani 1996 & 1999; Ochi 1999 &

2002; Pitman 1992; Engelhardt 2001; Barthel 2004). Dies deutet hinsichtlich

der 7065 das vordere Kreuzband betreffenden Publikationen auf ein

deutliches Defizit in diesem Bereich hin.

Ausgehend von der Annahme, dass bei Verletzungen und Rekonstruktionen

des vorderen Kreuzbandes Rezeptoren beschädigt werden, die

Informationen aus dem Gelenk an das Gehirn übermitteln, ist davon

auszugehen, dass sich dieser Informationsfluss verändert darstellt

(Johansson et al. 1991; Wojtys et al. 1994; St. Clair Gibson et al. 2002;

Ageberg 2002; Sjölander et al. 2002) und es sich hier möglicherweise nicht

um eine muskuläre, sondern um eine neurophysiologische Dysfunktion

handelt (Kapreli et al. 2006). Diese Annahme führt zu einer Forschungsfrage

Einleitung 21

von großer Bedeutung: Zieht eine Kreuzbandverletzung bzw. –rekonstruktion

Veränderungen auf höchster Steuerungsebene, dem Gehirn, nach sich ?

Noch vor nicht allzu langer Zeit nahm man an, dass kortikale

Repräsentationsareale in ihrer Organisation unveränderlich seien. Heute

wissen wir allerdings, dass das zentrale Nervensystem (ZNS) die Fähigkeit

hat, sich an gegebene Situationen in kürzester Zeit anzupassen. In der

modernen Neurowissenschaft umschreibt man diesen Vorgang mit

Neuroplastizität. Dies ist der erste Hinweis darauf, dass solche

Anpassungsvorgänge auch nach Verletzungen des vorderen Kreuzbandes

stattfinden könnten. Des Weiteren gibt es eindeutige Hinweise darauf, dass

sich nach einer Deafferenzierung eines Gelenkes oder einer Extremität z.B.

nach Amputation (Dettmers et al 1999; Reddy et al 2001; Schwenkreis et al.

2001), nach Gehirnläsionen (Honda et al. 1997; Gerloff et al. 2006) oder bei

der Aneignung neuerer motorischer Fertigkeiten (Krings et al. 2000; Hund-

Geogiades et al. 1999) die kortikalen Repräsentationsareale verändern und

funktionell anpassen. Zusammengenommen führen diese Hinweise zu der

Vermutung, dass auch nach der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes

funktionelle Adaptationsvorgänge im Gehirn stattfinden.

Um diese Veränderungen sichtbar und möglicherweise in einem weiteren

Schritt für die Diagnostik oder Therapie nutzbar zu machen, bedarf es

geeigneter Methoden, die in der Lage sind, diese möglichen Veränderungen

zu messen. In der modernen Neurowissenschaft wird in diesem

Zusammenhang häufig auf bildgebende Verfahren wie z.B. Positronen-

Emmissions-Tomographie (PET) oder das funktionelle Magnet-Resonanz

Imaging (fMRI) zurückgegriffen. Für den Einsatz im Rehabilitationsverlauf

kommen diese Geräte aus Mobilitäts- und Kostengründen nicht in Frage. So

bietet sich eine weitere Methode an, die in der Lage ist, solche

Veränderungen aufzudecken: Die Elektroenzephalographie (Quante et al.

1999; Kapreli et al. 2006). Die EEG-Systeme messen zeitlich sehr genau und

räumlich in einem angemessenen Rahmen. Sie sind transportabel und

kostengünstig und wären somit für den Einsatz in der Rehabilitation geeignet.

Das Sichtbarmachen einer solchen kortikalen Re-Organisation nach

Kreuzbandverletzung oder –rekonstruktion wäre von hoher klinischer

Relevanz. Das Wissen um Veränderungen auf zentralnervöser Ebene könnte

Einleitung 22

möglicherweise nicht nur bestehende Fragen (als Beispiel sei hier genannt,

den Hinweisen nachzugehen, dass die nicht verletzte Seite auch betroffen

ist), sondern auch Ansätze zur Vorbeugung von solchen Verletzungen und

möglichen neuen Strategien des „motor Re-Learning“ in der Therapie liefern.

Übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist es, anhand sensomotorischer Aufgaben

zu zeigen, dass eine Kreuzbandrekonstruktion Veränderungen auf kortikaler

Ebene nach sich zieht.

1.1 Problemstellung

Viele Autoren spekulieren inzwischen im Zusammenhang mit einer Ruptur

oder der anschließenden Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes über

eine Veränderung der kortikalen Verarbeitungsprozesse (Wojtys et al. 1994;

St. Clair Gibson et al. 2002; Ageberg 2002; Sjölander et al. 2002), die für

sichtbare Defizite in der Bewegungsausführung und –kontrolle verantwortlich

sein sollen. In dieser Arbeit wird, anhand einer experimentellen Studie, die

Veränderung der zentral kortikalen Aktivität während einer zielmotorischen

Aufgabe nach der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes im Vergleich zu

einer altersgleichen, gesunden Kontrollgruppe untersucht.

In einem komplexen Zusammenhang sollen anhand einer Messkette

„kortikale Aktivität (EEG) – neuromuskuläre Aktivierung (EMG) –

biomechanischer Output (Winkel, Kraft)“ folgende, übergeordnete

Fragestellungen beantwortet werden:

- Verändert sich die kortikale Aktivität im Vergleich zwischen

Kreuzbandpatienten und gesunden Kontrollpersonen in der realen und

mentalen Durchführung eines Winkelreproduktionstestes

(Stellungssinn) ?

- Stellt sich die kortikale Aktivität im Gruppenvergleich während der

realen und mentalen Durchführung eines Kraftreproduktionstest

(Kraftsinn) verändert dar ?

Die einzelnen Ziele und Hypothesen werden im Kapitel 4 nach dem

Literaturüberblick zum Thema dargestellt.

Einleitung 23

1.2 Begriffsbestimmungen

Im Hinblick auf die Thematik dieser Arbeit scheint es sinnvoll, die Begriffe

Sensomotorik, Somatosensorik, Tiefensensibilität, Propriozeption und

Kinästhetik näher zu beschreiben. Für diese Begriffe existiert keine

allgemeingültige inhaltliche Abgrenzung. Nach Meinung vieler Experten

verschwimmen die Grenzen dieser Begrifflichkeiten oder werden häufig im

falschen Zusammenhang benutzt (Quante et al. 1999; Wilke 2000). Daher

soll eine Definition der Begrifflichkeiten zum besseren Verständnis der Arbeit

vorangestellt werden.

Somatosensorik

Der Begriff Somatosensorik fasst Empfindungen zusammen, die durch

Reizung verschiedener Sensoren unseres Körpers hervorgerufen werden.

Die Somatosensorik umfasst nach Schmidt & Thews (2005) neben der

Wahrnehmung des Bewegungsapparates (Propriozeption) auch die Sensorik

der Körperoberfläche (Ekterozeption, Hautsensibilität) und der inneren

Organe (Enterozeption) sowie die Nozizeption. Die Wahrnehmung des

Gleichgewichtes (vestibuläres System) genauso wie das visuelle,

olfaktorische und auditive System (die „klassischen“ Sinne) werden nicht

unter dem Oberbegriff Somatosensorik geführt. Der Begriff Somatosensorik

bezeichnet nur die Wahrnehmung bestimmter Reize und die

Informationsleitung zur „Endstation“, dem somatosensorischen Kortex.

Sensomotorik

Die Sensomotorik oder auch „Sensumotorik“ - abgeleitet vom lateinischen

sensus für „Sinn“ und motorius für „beweglich“ – bezeichnet die Gesamtheit

der an Bewegungsabläufen beteiligten sensorischen und motorischen

Funktionen (Hanser 2001). Die Wahrnehmung interner und externer Reize

wird durch unterschiedliche Rezeptoren ermöglicht, die die afferenten

Informationen aus der Peripherie in das ZNS senden, wo sie auf

unterschiedlichen Ebenen (spinal oder supraspinal) verarbeitet werden.

Diese auch als sensomotorische Integration bezeichnete Verarbeitung in

verschiedenen Strukturen des ZNS (siehe Kap 2.2.1) verknüpft sensorische

Eingänge und motorische Ausgänge zur Erzeugung von Verhalten (Abb.1).

Einleitung 24

Abb. 1: Überblick des Sensomotorischen Systems (mod. nach Biedert et al. 1998)

Durch einen Feedbackmechanismus (sensorische Rückkopplung,

Reafferenzsynthese) wird eine kontinuierliche Anpassung der Aktionen an

momentane Bedingungen sichergestellt. Dieser Regelkreis wird als

sensomotorisches System bezeichnet, das durch Sensorik und Motorik in

Wechselwirkung mit seiner Umwelt steht. Sensomotorische Leistungen sind

messbare Ergebnisse, die vom sensomotorischen System hervorgebracht

werden. In der Rehabilitation werden diese Ergebnisse genutzt, um Defizite

innerhalb des sensomotorischen Regelkreises aufzudecken.

Propriozeption

Schon im 19.Jahrhundert wird von Sherrington der Begriff der

Propriorezeption geprägt. Er bezeichnet damit die Eigenwahrnehmung („den

verborgenen sechsten Sinn“), die es uns ermöglicht, „unseren Körper als uns

zugehörig, als unser „Eigen-tum“, als uns selbst zu erleben“ (Sacks 1999).

Sherrington selbst beschreibt die Propriorezeption als einen Sinn, der neben

Muskelorganen und Gelenkorganen auch den Vestibulärapparat einschließt

(Sherrington 1906). In der heutigen Literatur wird mit Propriozeption meist die

Wahrnehmung über die Stellung einzelner Körperteile zueinander

Einleitung 25

(Stellungssinn), die Wahrnehmung von Bewegungen (Bewegungssinn) sowie

die Wahrnehmung der Kraft, die für das Halten einer Gelenkstellung oder die

Durchführung einer Bewegung zuständig ist (Kraftsinn) bezeichnet.

Etymologisch besteht der Begriff aus den lateinischen Teilen

proprius=“eigen“ und percipio=“erfassen“ und bezeichnet das bewusste und

unbewusstes Eigenwahrnehmen von Informationen aus dem Körper. Für die

Informationsaufnahme sind unterschiedliche Rezeptoren (Muskelspindeln,

Sehnenorgane, Gelenkrezeptoren und Hautrezeptoren) zuständig (Kap.

2.1.1), die auch mit dem Begriff Propriozeptoren oder Propriorezeptoren

bezeichnet werden. Die Propriozeption ist ein Teil der Somatosensorik.

Nomenklatorisch ist es wichtig, dass die Propriozeption ein rein afferentes

System darstellt (Quante et al. 1999; Birbaumer & Schmidt 2006). Wird die

Motorik bei der funktionellen Betrachtung mit einbezogen, spricht man bereits

von Sensomotorik. Demnach wäre ein propriozeptiver Test oder ein Test des

propriozeptiven Systems im eigentlichen Sinne ein Testverfahren im Bereich

der Wahrnehmung bzw. Reizleitung im afferenten System (z.B. Testung der

Bewegungswahrnehmung). Aktive Winkelreproduktionstests wären demnach

als sensomotorische Testverfahren zu bezeichnen.

Tiefensensibilität

Auch die Tiefensensibilität wird von den Autoren unterschiedlich eingeteilt.

Nach Klinke/Silbernagel (1994) schließt sie neben dem propriozeptiven Anteil

(Informationen über Stellung, Bewegung und Kraft) auch die Nozizeption mit

ein. Birbaumer (2006) und das Lexikon der Neurowissenschaft (2001) setzen

die Tiefensensibilität mit der Propriozeption gleich. Die Nozizeption stellt bei

den letztgenannten Autoren ein eigenständiges System dar.

Kinästhetik

Auch dieser Begriff erfährt in der Literatur keine einheitliche Beschreibung.

Ein Teil der Autoren bezeichnet mit Kinästhetik die bewusste und

unbewusste Wahrnehmung von Gelenkstellungen und –bewegungen (Enoka

1998; Wilkerson et al. 1994), wohingegen andere den Begriff ausschließlich

einzelnen propriozeptiven Sinnen, also auch dem Kraftsinn zuweisen

(Lephardt 1998; Guyton et al. 1996; Gandieva 1992; McCloskey 1987).

Einleitung 26

Ausgehend von den griechischen Wortstämmen kinesis=“Bewegung“ und

ästhesie=“Wahrnehmung“ bezeichnet der Begriff Kinästhetik im eigentlichen

Sinne den Bewegungssinn.

Forschungsstand 27

2 Forschungsstand

Im folgenden Teil werden die peripheren und zentralen Komponenten des

sensomotorischen Funktionskreises in Bezug auf ihre Funktion und den

Einfluss einer Verletzung / Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes

anhand der aktuellen Literatur dargestellt.

2.1 Periphere Aspekte der Sensomotorik nach Verletzungen des

vorderen Kreuzbandes

Erst seit den neunziger Jahren wird der funktionellen Stabilität nach

Verletzungen und Rekonstruktionen des vorderen Kreuzbandes wachsende

Bedeutung beigemessen. Stand vorher nur die mechanische Stabilität mit

wechselnden Operationsmethoden und –materialien im Vordergrund, rückten

später insbesondere Untersuchungen zu sensomotorischen und

neuromuskulären Defiziten und in der Rehabilitation der Muskelaufbau in den

Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Insbesondere im Hinblick auf

Nachbehandlungskonzepte stellte die periphere Sensomotorik einen

wichtigen Eckpunkt dar. Im Folgenden sollen diese peripheren

Veränderungen im Licht der aktuellen Forschung dargestellt werden.

Die ersten Arbeiten beschäftigten sich in den 80er und 90er Jahren mit der

Problematik der Kraftdefizite nach Kreuzbandverletzungen und -rekon-

struktionen. Dabei wurden sowohl isometrische, als auch dynamische und

isokinetische Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten vor bzw. in

unterschiedlichen Zeiträumen nach der Operation durchgeführt. Seto et al.

(1988) untersuchte die Kraftfähigkeiten fünf Jahre nach erfolgter

Rekonstruktion mittels eines Patellasehnentransplantates. Er stellte – selbst

nach diesem langen Zeitraum – anhand isokinetischer Drehmomente ein

signifikantes Kniextensionsdefizit im Vergleich zur nicht betroffenen Seite

fest. Die Knieflexion zeigte keine Unterschiede. Andere Autoren kamen zu

ähnlichen Ergebnissen (Elmquist et al. 1988; Davies et al. 1984; Baumeister

& Weiß 2002). Gegen Ende der 90er Jahre wurde der damalige

„Goldstandard“ (der Ersatz mit einem Drittel der Patellasehne) durch den

Forschungsstand 28

Ersatz mit der Semitendinosussehne mehr oder weniger ersetzt. Laurie et al.

(2000) verglichen die beiden oben genannten Operationsmethoden (Patella-

und Semitendinosussehne) in unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten

(konzentrisch und exzentrisch) ein Jahr nach Operation mit einer

Kontrollgruppe. Dabei zeigte sich das auch schon in früheren Studien

beschriebene Kraftdefizit der Knieextensoren in beiden Kreuzbandgruppen

im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Knieextension war bei beiden Gruppen

betroffen und zeigte zwischen den nach unterschiedlichen

Operationsmethoden rekonstruierten Kreuzbändern der Extremitäten keine

Unterschiede, wohingegen in der Flexion Defizite in der Semitendinosus-

Gruppe bestanden, die von den Autoren mit der Transplantatentnahmestelle

in Verbindung gebracht wurden.

Anhand der Kraftdefizite hatte man einen ersten Anhaltspunkt, dass

möglicherweise das Gesamtsystem Kniegelenk nach einer Rekonstruktion

des vorderen Kreuzbandes durch übergeordnete Faktoren beeinflusst wird.

Die Kraftdefizite wurden u.a. mit Hemmmechanismen in Zusammenhang

gebracht. Diese Außenansicht anhand eines Parameters reichte im Hinblick

auf eine detaillierte Beschreibung der Problematik nicht aus. Aufgrund der

sensorischen Aufgaben des Kreuzbandes versuchte man in einem weiteren

Schritt, aufgrund der Annahme einer defizitären Wahrnehmung durch die

Zerstörung von Rezeptorstrukturen (Johansson et al. 1991; Wojtys et al.

1994), einen Einfluss der Verletzung/Rekonstruktion auf sogenannte

„propriozeptive Aufgaben“ (die eigentlich sensomotorische Aufgaben sind,

siehe Kap. 1.2) zu entdecken. Verschiedene Autoren gehen davon aus, dass

durch Verletzung und Operation die Afferenzen, die zum Gehirn gelangen,

verändert sind, und sich so auf die biomechanischen und sensomotorischen

Leistungen auswirken. Insbesondere auf die veränderten Afferenzen und die

damit einhergehenden sensomotorischen Defizite soll im Folgenden

eingegangen werden.

2.1.1 Der periphere Ausgangspunkt: beteiligte Strukturen und

methodische Zugänge

Verschiedene Autoren berichten über eine veränderte Propriozeption nach

Verletzungen bzw. Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes (Johansson et

Forschungsstand 29

al. 1991; Wojtys et al. 1994; St. Clair Gibson et al. 2002; Ageberg 2002;

Sjölander et al. 2002). Diese werden auf die veränderten Wahrnehmungen

der sich im Kreuzband befindlichen, unterschiedlichen Rezeptoren

zurückgeführt.

Die für die Propriozeption zuständigen Rezeptoren befinden sich in den

Kniegelenksbändern, den Menisken, den Sehnen, der Gelenkkapsel und der

das Knie umgebenden Muskulatur. Die Mechanorezeptoren wandeln

Spannungen und deren Änderungen in afferente elektrische Signale um und

ermöglichen so das Erkennen von Kräften und Bewegungen. Dabei sind

nach Reizspezifität und Adaptationverhalten verschiedene Rezeptortypen

beteiligt.

Als eine der ersten identifizierten Freeman und Wyke (1967) vier

unterschiedliche Sensortypen, die sie als Typ I, II, III und IV bezeichnen.

Diese werden in folgenden Untersuchungen auch oft als, Ruffini-Endigungen,

Vater-Pacini Körperchen, Golgi-Sehnenorgane und freie Nervenendigungen

bezeichnet (Schultz et al. 1984; Zimny et al. 1986; Johansson et al. 1991).

Die Ruffini-Endigungen (Typ I) zeigen schon bei geringen Spannungen

Aktivität. Sie senden auch in Ruhe Impulse, so dass sie möglicherweise eine

Rolle bei der Aufrechterhaltung des Muskeltonus spielen. Die Ruffini-

Endigungen spielen dabei in statischen und dynamischen Situationen eine

Rolle und zeigen kleinste Gelenkbewegungen und Veränderungen des

intraartikulären Drucks an (Johansson et al. 1991; Grabiner et al. 1993).

Die Vater-Pacini Körperchen (Typ II) sind den Ruffini-Endigungen sehr

ähnlich. Sie adaptieren im Vergleich zu den erstgenannten Rezeptoren sehr

schnell und sind daher im immobilen Zustand nicht aktiv. Ihre Funktion

besteht in der Detektion von Beschleunigungen (und damit kleinsten

Bewegungen) und Vibrationen. Sie sind in erster Linie in die Gelenkkapsel

eingebettet und zählen zu den dynamischen Rezeptoren (Lattanzio et al.

1998; Schmidt & Schaible 2001).

Die größten Rezeptoren sind die Golgi-Sehnenorgane (Typ III). Sie besitzen

eine sehr hohe Reizschwelle und adaptieren nur langsam, was dazu führt,

dass sie im immobilisierten Gelenk völlig und sogar teilweise bei aktiven und

passiven Bewegungen inaktiv sind. Die Golgi-Organe senden ihre Impulse,

wenn physiologische Grenzen oder große Traktionskräfte am Gelenk

Forschungsstand 30

angreifen. Topographisch ist dieser Rezeptorentyp direkt auf den Ligamenten

zu finden. Er wird auch als Spannungskontrollsystem bezeichnet (Lattanzio

et al. 1998; Schmidt & Schaible 2001).

Die freien Nervenendigungen (Typ IV) bilden die Nozizeption des Gelenkes.

Sie besitzen eine vollkommen andere Funktion als die oben beschriebenen

Mechanorezeptoren. Sie werden nur in pathophysiologischen Zuständen

aktiv, wenn z.B. Rupturen an Bändern oder Deformationen an den

Gelenkstrukturen auftreten. Zusätzlich reagieren sie auf chemische Stoffe,

die insbesondere in Entzündungsreaktionen ausgeschüttet werden (Newton

et al. 1982; Reuter et al. 1994). Im Kniegelenk sind die freien

Nervenendigungen der häufigste Rezeptortyp. Sie kommen insbesondere im

Stratum fibrosum der Gelenkkapsel und in den Fettpolstern der Plicae bzw.

Villi synovialis vor und sind häufig mit kleinen Gefäßästen assoziiert

(Nürnberger 1997).

Verschiedene Forschergruppen untersuchten die Bedeutung der im Gelenk

befindlichen Mechanorezeptoren zunächst am Bandapparat der Katze und

stellten fest, dass bereits geringe Dehnungen des medialen Seitenbandes zu

erhöhten Impulsraten führen (Andrew et al. 1954). Die Forschergruppe um

Ferrell (1980) bestätigt diese Ergebnisse. Sie zeigen, dass langsam

adaptierende Mechanorezeptoren auch zwischen den Extremstellungen die

Position des Kniegelenkes signalisieren. Somit schreiben beide Gruppen den

Mechanorezeptoren im Kniegelenk der Katze wichtige Funktionen im Bezug

auf den Stellungssinn zu. Der Transfer zum humanen Gelenk gestaltete sich

nicht so einfach. Dies gelingt wiederum der Arbeitsgruppe um Ferrell (1987),

die zeigen können, dass trotz Ausschaltung von Muskelspindeln und

Hautafferenzen die Probanden mit einer gewissen Fehlertoleranz

Bewegungen erkennen können. Nach Gabe eines Lokalanästhetikums wurde

der afferente Informationsfluss unterbrochen und die Fehlerrate stieg stark

an. Die Autoren schließen daraus, dass Gelenksensoren Informationen zum

ZNS senden und sehen diese Information als Ergänzung zu den

Muskelspindelinformationen, die besonders wichtig werden, wenn

Muskelspindelafferenzen ausfallen. Dem Argument einiger Forscher, die

annehmen, dass die Schädigung der Gelenkrezeptoren bei Verletzung oder

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes sehr gering ist und daher nach

Forschungsstand 31

deren Ansicht nicht bedeutend ist, treten Macefield et al. (1990) entgegen.

Sie kommen nach ihren Untersuchungen mithilfe der intraneuralen

Stimulation einzelner ausgesuchter Mechanosensoren im Kniegelenk zu dem

Schluss, dass ein einziger Gelenkrezeptor in der Lage ist, eine spezifische

und sinnvolle Information zu liefern.

Der wichtigste Rezeptor in der kniegelenksumgebenden Muskulatur ist die

Muskelspindel. Sie besitzt den höchsten Komplexitätsgrad aller Rezeptoren,

da sie aus aktivierbaren und rezeptiven Anteilen konzipiert ist.

Muskelspindeln liegen parallel zur Arbeitsmuskulatur (extrafusal). Die

Erfassung und Regelung der Muskellänge ist abhängig von drei

Komponenten: spezialisierte Muskelfasern (intrafusal) nehmen die

Längenänderung wahr; Sensorische Axone der Gruppen I (primäre

Muskelspindelafferenzen) und II (sekundäre Muskelspindelafferenzen)

messen die Länge und übertragen die Information zum ZNS. Die Gamma-

Motoneurone stellen die Empfindlichkeit der Sensoren ein. Der adäquate

Reiz ist eine Längenveränderung der intrafusalen Muskulatur in der

Äquatorialregion der Spindeln. Das Verhalten der Sensoren wird als

proportional-differentiell bezeichnet, was bedeutet, dass die Sensoren

dynamische und statische Komponenten einer Längenänderung erfassen.

Zusammenfassend dienen die Muskelspindeln als Längenkontrollsystem

(Schmidt & Schaible 2001).

In der aktuellen Sichtweise sind Muskelspindeln sowohl für den

Stellungssinn, als auch für den Bewegungssinn eines Gelenkes zuständig

(Proske 2005). Die Experimente von Burke (1988) und Gandieva (1976,

1983, 1992) zum Einfluss der Muskelspindeln auf den Stellungs- und

Bewegungssinn lassen den Schluss zu, dass Stellungen und Bewegungen

innerhalb eines Gelenkes hauptsächlich von Informationen der

Muskelspindeln abhängen. Reuter et al. (1997) bestätigen dies mit der

Aussage, dass die größte Information über die Bewegung über die

Muskelspindeln erlangt wird und erst an zweiter Stelle die Gelenksensoren

Einfluss nehmen. Allerdings sei auch an dieser Stelle noch mal an die

Untersuchung von Ferrell et al. (1987) erinnert, die Bewegungen des

Fingergelenkes untersuchten, bei der die Muskulatur funktionell

ausgeschaltet war. Bei den darauf folgenden passiven kleinen Bewegungen

Forschungsstand 32

konnten diese mit einer gewissen Fehlerrate erkannt werden. Nach Gabe

eines Lokalanästhetikums stieg die Fehlerrate rapide an. Dabei war die

Reaktion nach lokaler Anästhesie der dorsalen Haut nicht so fehlerbehaftet

wie nach intraarthronaler Injektion. Die Autoren schlossen daraus, dass die

Mechanorezeptoren des Gelenkes für die Wahrnehmung der Bewegung

wichtig sind und das Bewegungsempfindungen nicht vorwiegend von

Hautafferenzen abhängen.

Häufig existieren nach Verletzungen oder Rekonstruktionen des vorderen

Kreuzbandes Symptome wie funktionelle Instabilitäten, das sogenannte

„giving-way“ Phänomen und muskuläre Defizite. Schon 1965 postulierte

Freeman, dass dies möglicherweise auf eine teilweise Deafferenzierung der

Kapsel und des Bandes im Zusammenhang mit dem geschädigten Gelenk

zusammenhängen könnte. Die Bedeutung der Mechanorezeptoren für die

dynamische Stabilität / Kontrolle der Gelenke ist heute allgemein anerkannt

(Skinner et al. 1984; Johansson et al. 1991; Swanik et al. 1997). Diese

Deafferenzierung von Teilen der Mechanorezeptoren findet nicht nur bei der

Verletzung selbst, sondern auch bei der Operation zur Rekonstruktion statt.

Wie bereits an anderer Stelle erwähnt, ist sogar ein einzelner Gelenksensor

in der Lage, spezifische und sinnvolle Informationen zu liefern (Macefield et

al. 1990). Da somit eine Operation nicht ohne Schädigung der

Rezeptorstrukturen durchgeführt werden kann, ist davon auszugehen, dass

die zum Gehirn übermittelten propriozeptiven Informationen – die

sensorischen Afferenzen – sich verändert haben (Johansson et al. 1991;

Wojtys et al. 1994; St. Clair Gibson et al. 2002; Ageberg 2002; Sjölander et

al. 2002).

Die dargestellte Deafferenzierung nach Rekonstruktionen des vorderen

Kreuzbandes lässt den Schluss zu, dass die Messung von sensomotorischen

Leistungen über derartige Defizite Auskunft geben könnte. Orientiert man

sich in den Messungen an den Funktionen der beteiligten Rezeptoren,

wurden bisher drei unterschiedliche Messungen von den Untersuchern

favorisiert: die Messung des Bewegungssinnes, der Richtungen und

Geschwindigkeiten von Bewegungen misst, die Messung des

Stellungssinnes, der über die Winkelstellung der Gelenke Auskunft gibt und

die Messung des Kraftsinnes, der das Ausmaß an Muskelkraft abschätzt, das

Forschungsstand 33

notwendig ist, um Bewegungen auszuführen oder Stellungen beizubehalten

(Wilke 2000).

Die Quantifizierung der Bewegungswahrnehmung versuchte man über die

Bestimmung von Wahrnehmungsschwellen bei passiven Bewegungen zu

realisieren (Threshold for detecting passive motion = TDPM). Verschiedene

Autoren berichten übereinstimmend über signifikante Unterschiede zwischen

Patienten zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Verletzung des vorderen

Kreuzbandes (Roberts et al. 2000; Pap et al. 1999; Corrigan et al. 1991). Alle

Autoren benutzten eine externe Kontrollgruppe und fanden Unterschiede in

beiden Extremitäten verglichen mit den Kontrollpersonen. Dies deutet auf ein

bilaterales Defizit nach einer Kreuzbandverletzung hin. Nach Rekonstruktion

des ACL liegen weniger Studien vor. Hier zeigen die Ergebnisse von Risberg

et al. (1991) nach Rekonstruktion keine Unterschiede. Leider sind die Tests

zur Quantifizierung des Bewegungssinnes aufgrund der unterschiedlichen,

angewandten Methodiken (liegen, sitzen, unterschiedliche Bewegungs-

geschwindigkeiten und Ausgangspositionen etc.) schlecht vergleichbar.

Allein Reider et al. (2003) testeten sowohl vor, als auch nach der

Rekonstruktion und verglichen die Ergebnisse mit einer Kontrollgruppe. Sie

fanden signifikante Unterschiede sowohl zwischen der verletzten Seite vor

der Operation als auch der kontralateralen Extremität und den externen

Kontrollpersonen, wohingegen keine signifikanten Unterschiede im Verlauf

von drei, sechs, zwölf und 24 Wochen nach Verletzung festzustellen waren.

Eine weitere Möglichkeit der Quantifizierung des Einflusses einer

Kreuzbandschädigung auf sensomotorische Leistungen stellen bezüglich des

Stellungssinnes die Winkelreproduktionstests dar, auf die im Folgenden

näher eingegangen werden soll.

2.1.2 Winkelreproduktionen

Auch in den Winkelreproduktionstests gibt es verschiedene Faktoren, die

einen Vergleich der Ergebnisse der Messungen schwierig machen. In der

Literatur findet man verschiedene Arten der Winkelreproduktion, sowohl am

Modell, wie auch passiv und aktiv. Auf die Darstellung der Methode zur

Nachstellung des Kniegelenkswinkels anhand eines Modells (Barrett et al.

1991b; Carter et al. 1997) und der Reproduktion von Kniegelenkswinkeln im

Forschungsstand 34

Stehen (Bullock Saxton et al. 2000; Hopper et al. 2003) soll an dieser Stelle

verzichtet werden.

Beim passiven Winkelreproduktionstest (passive Nachstellung eines

vorgegebenen Winkels) wird das Kniegelenk sowohl bei der Voreinstellung

durch den Untersucher, als auch bei der Reproduktion des Winkels passiv

bewegt, so dass der Patient keine aktive Muskelkraft aufwenden muss. Mit

der passiven Winkelreproduktion wird versucht, den Einfluss der

Muskelspindeln auszuschalten und damit die Gelenkrezeptoren isoliert zu

messen. Der größte Teil dieser Untersuchungen wurde an Patienten mit

rupturiertem, vorderem Kreuzband durchgeführt.

Die Ausgangsuntersuchung bezüglich passiver Winkelreproduktionstests

wurde von Barrett et al. (1991) durchgeführt. Er verglich kreuzbandverletzte

und –rekonstruierte Patienten mit einer externen Kontrollgruppe. Die

Genauigkeit der im Liegen passiv reproduzierten Winkel war in der Gruppe

der Kreuzbandverletzten signifikant geringer im Vergleich zu Patienten nach

einer Rekonstruktion, als auch zur gesunden Kontrollgruppe. Die Autoren

zogen daraus den Schluss, dass die Propriozeption eine große Rolle in der

Wiederherstellung der Funktionen nach Verletzung / Rekonstruktion besitzt.

In Anlehnung an die von Barrett eingeführte Methodik untersuchten Jerosch

et al. (1996) 30 gesunde Probanden und fanden keine Unterschiede in der

Genauigkeit der Winkelreproduktion in den beiden Extremitäten. Des

Weiteren fanden die Untersucher einen signifikant schlechteren

Stellungssinn in einer präoperativen Gruppe von Kreuzbandpatienten (n=14)

im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe. Auch die gesunde Extremität der

Kreuzband-Gruppe wies signifikant schlechtere Ergebnisse aus, als die der

Kontrollpersonen und wies damit auf ein bilaterales Defizit hin. Auch die

postoperative Kreuzbandgruppe (n=11) reproduzierte die Winkel

hochsignifikant schlechter als die Kontrollgruppe. Damit konnten die

Ergebnisse von Barrett (1991) bestätigt werden. Weiterhin untersuchten sie

den Einfluss von unterschiedlichen Winkelstellungen, die reproduziert

werden sollten (10°, 35°, 60°, 80°). Die größten Abweichungen in der

Reproduktion wurden im Bereich von 60° gefunden. Diese zeigten sich

signifikant größer als 35° und den streckungsnahen Winkeln von 10° in

beiden Extremitäten. Die Autoren schlossen daraus, dass die Abweichungen

Forschungsstand 35

im mittleren Bewegungsausmaß am größten sind. Leider fehlen Hinweise auf

den Einfluss der Seitigkeit, wie sie später von unserer Arbeitsgruppe

aufgedeckt wurden (Barthel et al. 2002; Baumeister et al. 2004).

Fremerey et al. (1998) modifizierten die Messvorrichtung dahingehend, dass

die Probanden im Sitzen gebeten wurden, einen vom Untersucher

voreingestellten Winkel passiv bei einer Winkelgeschwindigkeit von 0,5 °/sec

wiederzuerkennen. Damit verglichen sie Patienten mit Ruptur des vorderen

Kreuzbandes in der Akutphase (innerhalb der ersten 12 Tage, n=10) und

Patienten mit chronischer Knieinstabilität vor und drei bzw. sechs Monate

nach der Kreuzbandrekonstruktion (n=20) untereinander und mit einer

Kontrollgruppe (n=20). Bei den Probanden der Kontrollgruppe unterschieden

sich die Ergebnisse von dominantem und nicht dominantem Bein nicht,

wohingegen in der Akutphase, sowie in der Gruppe vor und drei Monate

nach der Rekonstruktion signifikante Unterschiede in der Genauigkeit der

Reproduktion zwischen betroffener und nicht betroffener Extremität

bestanden. Diese Unterschiede konnten sechs Monate nach der Operation

nicht mehr bestätigt werden. Die Autoren führen die Unterschiede in der

Akutphase auf die generalisierte Gelenkschwellung zurück. Nach der

Rekonstruktion verbessert sich zwar die Genauigkeit der Reproduktion, kann

aber nach Aussage der Autoren erst im Seitenvergleich nach sechs Monaten

annähernd wieder hergestellt werden.

Die Ursache möglicher propriozeptiver Defizite ist nicht im alleinigen Ausfall

von einzelnen Rezeptorstrukturen auf dem bzw. im Kreuzband zu suchen,

sondern muss im Kontext aller sensiblen Strukturen gesehen werden, die an

den propriozeptiven Informationen aus dem Gelenk beteiligt sind (Hoffmeier

2005). Um sich funktionell den Alltagssituationen anzunähern, kam in den

letzten Jahren vermehrt der aktive Winkelreproduktionstest in

Untersuchungen zum Einsatz, die dadurch charakterisiert sind, dass der

Untersucher einen Winkel im Kniegelenk des Probanden einstellt, der

danach aktiv vom Probanden reproduziert werden soll (Wilke 2000).

Auch die aktive Winkelreproduktion kann auf kein standardisiertes Verfahren

zurückgreifen, was in der Konsequenz dazu führt, dass erhobene Ergebnisse

schwer vergleichbar und nur vor dem aufgabenspezifischen Hintergrund

interpretiert werden dürfen.

Forschungsstand 36

Wilke (2000, 2003) untersuchte in einer gesunden Kontrollgruppe (n=24) den

Einfluss von aktiver oder passiver Vorgabe der Winkel und der

Positionierungsart (Liegen, Sitzen, Stehen) auf die aktive Winkelreproduktion

im Kniegelenk und verglich daraufhin die Kontrollgruppe mit einer Gruppe

Patienten nach Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes (n=20). Wilke

konnte zeigen, dass die Kontrollpersonen Winkel nach aktiver Vorgabe

besser reproduzieren konnten, als nach passiver. Bezüglich der

Positionierungsart stellte sich heraus, dass die Kontrollpersonen bei

Messung in Rückenlage die schlechtesten Ergebnisse erzielten, was nach

Meinung der Autorin mit der veränderten Rekrutierungsfolge der Muskulatur

in horizontaler Lage und dem veränderten Einfluss der Schwerkraft im Liegen

zusammenhängt. Im Vergleich der Kreuzbandpatienten mit der

Referenzgruppe konnte festgestellt werden, dass die gesunden Personen

einen aktiv vorgegebenen Winkel im Sitzen signifikant besser reproduzieren

als die Kreuzbandgruppe.

In einer Untersuchung von Reider et al. (2003) (nach Aussage der Autoren

der einzigen Längsschnittuntersuchung) wurden Kreuzbandpatienten

präoperativ und 3, 6, 12 und 24 Wochen nach dem operativen

Kreuzbandersatz unter Zuhilfenahme aktiver Winkelreproduktionstests

sowohl im Seitenunterschied innerhalb der Untersuchungsgruppe als auch

mit einer gesunden Kontrollgruppe verglichen. Der Vergleich der betroffenen

und nicht betroffenen Seite zeigte bei den Patienten signifikant besser

reproduzierte Winkel sechs Monate nach der Operation. Ein Vergleich der

betroffenen Seite mit der externen Kontrollgruppe zeigte signifikant bessere

Leistungen der Patienten zu den Zeitpunkten präoperativ und sechs Monate

postoperativ. Auch die gesunde Extremität reproduzierte mit einem

geringeren Fehler als die externe Kontrollgruppe zum Zeitpunkt drei Wochen

nach der Rekonstruktion. Diese Untersuchung eignet sich gut, um einige

kritische Anmerkungen zur Methodenwahl zu verdeutlichen. Die Autoren

selbst führen die besseren Reproduktionsleistungen der Kreuzbandpatienten

auf einen möglicherweise eingetretenen Lerneffekt über die verschiedenen

Testzeitpunkte zurück, wohingegen die Kontrollgruppe nur einen Termin

absolvierte. Ein weiterer Kritikpunkt zu den anderen Studien besteht darin,

dass die Ausgangsposition eine volle Extension war und der Winkel durch

Forschungsstand 37

aktive Flexion eingenommen werden musste. Dies ist konträr zu dem

üblichen Vorgehen, bei dem die Startposition als 90° Flexion beschrieben

wird und der Winkel durch Extensionsbewegungen eingenommen werden

muss.

Auch Friden et al. (1997) untersuchten 16 Patienten nach arthroskopisch

gesicherter Kreuzbandverletzung, ließen sie in seitlich liegender Position

aktiv Winkel reproduzieren und verglichen die Ergebnisse mit gesunden

Kontrollpersonen (n=19). Dabei fanden sie keine signifikanten Unterschiede

zwischen den Untersuchungsgruppen noch innerhalb der beiden Gruppen

bezüglich der Extremitäten. Ebenfalls aus dieser Arbeitsgruppe stammt eine

Untersuchung an Patienten mit rekonstruiertem vorderen Kreuzband (n=20)

24 Monate nach dem operativen Eingriff (Roberts et al. 2000). Anhand

derselben Methodik (seitlich liegend) wurde auch hier die aktive

Winkelreproduktion im Vergleich zu einer Referenzgruppe erhoben. Auch

hier fanden sich keine Unterschiede zwischen den Gruppen. In ihrer

Diskussion stellen beide Autoren ihre Methodik in Frage. Insbesondere die

Ausgangslage scheint hier Einfluss auf die Ergebnisse zu nehmen.

Die Arbeitsgruppe um Fischer-Rasmussen (2001) verglich 15

Kreuzbandpatienten zwei bis zehn Wochen nach Rekonstruktion mit einer

gesunden Referenzgruppe, sowohl hinsichtlich des Bewegungssinnes und

der passiven Reproduktion (beides im Liegen), als auch anhand des aktiven

Wiedereinnehmens der Winkelposition unter einem Kraftaufwand, der 20%

der vorher getesteten Maximalkraft entsprach. Es zeigten sich in keinem Test

Unterschiede zwischen den Untersuchungsgruppen. Problematisch

erscheinen in diesem Fall die geringe Versuchsanzahl (4 Versuche pro Test)

und die fehlende Randomisierung der Test- und Extremitätenreihenfolge.

Zusätzlich ist zu bedenken, dass die Probanden gleichzeitig zwei Aufgaben

zu bewältigen hatten: Einmal die Reproduktion des Winkels und gleichzeitig

das visuell überprüfte konstante Halten der Drehmomente auf 20%. Des

Weiteren weisen die Autoren darauf hin, dass der aktive Test mit 20% der

Maximalkraft tatsächlich nur eine Aussage für diese spezielle Situation

zulässt und daher nicht mit den andere aktiven Winkelreproduktionen

verglichen werden kann.

Abschließend wurden aktive und passive Winkelreproduktionstests auf ihre

Forschungsstand 38

Gütekriterien hin verglichen. Dabei zeigten Gottlieb et al. (1994) in ihren

Untersuchungen, dass ein aktiver Winkelreproduktionstest genauere und

reproduzierbarere Werte liefert, als beispielsweise ein Test, bei dem die

Gelenke der Probanden passiv bewegt wurden. Beynnon et al. (2000)

verglichen diverse Winkelreproduktionstests mit unterschiedlichem Setting

(aktiv/passiv, am Modell, im Stehen/im Sitzen, Flexion/Extension) und kamen

zu dem Ergebnis, dass die aktive Winkelreproduktion in die Extension das

Testverfahren mit der größten Reliabilität und Validität sei.

Der Forschungsstand zur Winkelreproduktion zeigt, dass es keine

feststehende Methodik diesbezüglich zu geben scheint. Aus diesem Grunde

sind die Untersuchungen auch nur schwer vergleichbar und dienen immer

der Beantwortung einer spezifischen Fragestellung im Gesamtkontext der

Untersuchung. Dabei weist die Mehrzahl der Untersuchungen auf signifikante

Reproduktionsunterschiede zwischen Kreuzbandverletzten bzw. –

rekonstruierten verglichen mit gesunden Kontrollpersonen hin. Allerdings

scheinen bei der Durchführung von Winkelreproduktionstests Faktoren wie

die Lagerung des Probanden, die reproduzierende Winkelstellung, die

Bewegungsrichtung, die Ausgangsstellung und die Wiederholungszahl und

ein möglicher Lerneffekt eine große Rolle zu spielen. Diese Faktoren müssen

bei einem Messaufbau zwingend bedacht werden (siehe Kap. 5.3).

Eine letzte Untersuchungsmethode, die zur Quantifizierung der dritten

propriozeptiven Modalität - dem Kraftsinn - herangezogen wird, soll im

folgenden Abschnitt detaillierter beschrieben werden.

2.1.3 Kraftreproduktionen

Der Kraftsinn wird in den bekannten Übersichten als dritte propriozeptive

Modalität beschrieben. Er bezeichnet die Fähigkeit, für motorische Aufgaben

die adäquaten Muskelkräfte einzuschätzen (Schmidt & Thews 2001;

Birbaumer & Schmidt 2006). Erstaunlicherweise findet man in der

internationalen Literatur kaum Ansätze, die den Kraftsinn untersuchen,

obwohl einige Autoren dies für durchaus aussichtsreich halten (Pfeiffer et al.

2003; Dover et al. 2005). Héroux et al. (2005) gehen sogar soweit zu

behaupten, dass trotz der funktionellen Relevanz des Kraftsinnes im

sensomotorischen System, dieser in der Untersuchung der Konsequenzen

Forschungsstand 39

nach Kniegelenksverletzungen bisher ignoriert wurde.

Bei den wenigen bekannten Untersuchungen wurden verschiedene Ansätze

verfolgt, die allerdings, ebenso wie bei der Winkelreproduktion beschrieben,

(Kap 2.1.2) aufgrund der methodischen Unterschiede nicht vergleichbar sind.

Eine standardisierte Testform des Kraftsinnes existiert nicht.

Eine der bekannten Studien beinhaltet die Untersuchung des Kraftsinnes bei

Kreuzbandpatienten (Héroux et al. 2005). In einer Pilotstudie wurde

untersucht, inwieweit Patienten nach Verletzung des vorderen Kreuzbandes

(n=10) in der Lage waren, geringe Gewichtsveränderungen (+.09, +.20, +.28,

+.50 kg) in der Knieextension auseinanderzuhalten und dem

wahrgenommenen Gewicht nach einzuteilen. In dieser

Diskriminierungsaufgabe dienten gesunde Probanden als Kontrollgruppe

(n=8). Die verletzte Extremität zeigte im Vergleich zur nicht betroffenen Seite

eine reduzierte Genauigkeit, die Veränderungen der Gewichte zu erkennen.

Dieser Unterschied existierte in der Kontrollgruppe nicht. Dort unterschieden

sich die beiden Extremitäten in ihren Diskriminanzfähigkeiten nicht. Die

Autoren schließen daraus, dass die Genauigkeit der Kraftwahrnehmung nach

einer Verletzung des vorderen Kreuzbandes als Folge eines Verlustes des

sensorischen Feedbacks aus dem Kreuzband reduziert ist. Weitere

Untersuchungen zum Kraftsinn in der speziellen Situation nach Verletzung

oder Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes sind in der Literatur nicht zu

finden.

Eine weitere Arbeit, die die Abweichung bei der Kontrolle der Muskelkraft bei

arthrotischen Kniegelenken zum Thema hat, wurde 2004 von Hortobágyi et

al. durchgeführt. Sie untersuchten, ob Patienten mit Kniearthrose im

Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen in der Lage waren, die

vorgegebenen Zielkräfte 50N und 100N exzentrisch, isometrisch und

konzentrisch zu reproduzieren. Dabei kam heraus, dass die Kniepatienten

sowohl in der exzentrischen, als auch in der konzentrischen Situation

signifikant größere absolute Abweichungen von der Zielkraft hatten, als die

Referenzgruppe. Die isometrische Kraftreproduktion zeigte keine

Unterschiede zwischen den Gruppen. Ein Faktor, den es bei der

Interpretation zu Bedenken gibt, ist der Einfluss des höheren Alters der

Patienten. Enoka et al. (2003) merken in diesem Zusammenhang an, dass

Forschungsstand 40

die Fähigkeit, Kräfte genau zu reproduzieren, im Alter nachlässt. Die Autoren

stellen allerdings fest, dass dies trotzdem eine adäquate Methode zur

Quantifizierung von Defiziten in der propriozeptiven Modalität des Kraftsinns

darstellt.

Weitere Untersuchungen zu Kraftreproduktionen oder –diskriminationen, die

das Kniegelenk betreffen, sucht man vergebens. Vereinzelt gibt es noch

Untersuchungen zu anderen Gelenken des menschlichen Körpers. So

zeigten Dover et al. (2005) anhand von Kraftreproduktionen im

Schultergelenk, dass diese mit hoher Reliabilität die Kraftwahrnehmung in

der Schulter messen. Dazu mussten die Probanden im Stehen 50% der

willkürlich aufwendbaren Maximalkraft (maximal voluntary contraction MVC)

mit Hilfe eines visuellen Feedbacks in die Innenrotation reproduzieren, bevor

für die tatsächliche Reproduktionsaufgabe das visuelle Feedback entfernt

wurde. Auch dies wurde von den Autoren als reliable Methode zur

Quantifizierung sensomotorischer Leistungen dargestellt.

Eine letzte Untersuchung, die hier beschrieben werden soll, ist eine

Untersuchung zur visuellen Kontrolle isometrischer Handkräfte (Vaillancourt

et al. 2001). Dazu wurden Parkinson-Patienten mit einer gesunden

Referenzgruppe verglichen. Die Aufgabe bestand darin, die 5%, 25% und

50% vom MVC zunächst mit visuellem Feedback und später ohne dieses zu

reproduzieren. Die Autoren stellten fest, dass sich die Gruppen unter

Zuhilfenahme des visuellen Feedbacks in der Reproduktion nicht

unterschieden. Erst die Wegnahme des Feedbacks führte zu signifikant

schlechteren Ergebnissen (die reproduzierten Kräfte waren geringer als die

vorgegebenen) in der Parkinson-Gruppe. In der Diskussion der Ergebnisse

gehen die Autoren davon aus, dass dieser größer werdende

Reproduktionsfehler in der Parkinson-Gruppe nicht auf Defizite in den

sensorischen Afferenzen, sondern auf supraspinale sensorisch-motorische

Prozesse zurückzuführen ist und diese Defizite anhand der dargestellten

Methode gemessen werden können.

Auch im Bereich der Kraftreproduktion gibt es ebenso wie bei der

Winkelreproduktion kein feststehendes „gebräuchliches“ Testparadigma. Im

Unterschied zur Winkelreproduktion ist jedoch eine deutlich geringere Anzahl

an Publikationen zu diesem Thema festzustellen. Insbesondere im Bereich

Forschungsstand 41

der Kreuzbandverletzungen - und im Zusammenhang damit mit den

sensomotorischen Defiziten - gibt es einen deutlichen Handlungsbedarf die

Kraftreproduktion als Quantifizierungsmethode sensomotorischer Leistungen

zu untersuchen.

2.1.4 Neuromuskuläre Veränderungen nach Verletzungen des vorderen

Kreuzbandes

Einhergehend mit den von außen sichtbaren und weiter oben beschriebenen

Defiziten wie Kraftverlust und afferenten Veränderungen nach Verletzungen

oder Rekonstruktionen des vorderen Kreuzbandes zeigt sich auch die

neuromuskuläre Ansteuerung als efferentem Zweig des sensomotorischen

Systems beeinträchtigt.

Solomonow et al. beobachteten erstmals 1987, dass direkt induzierter Stress

auf das vordere Kreuzband die EMG Aktivität der Extensorengruppe

(M.quadrizeps) hemmt, wohingegen die der Kniegelenksbeuger (Hamstrings)

deutlich an Aktivität zunimmt. Die Autoren schließen aufgrund der

Ergebnisse auf eine kniegelenksstabilisierende Funktion der Beuger nach

Verletzungen des vorderen Kreuzbandes. In einer weiteren Untersuchung

zur neuromuskulären Aktivität in einer Population von Kreuzbandverletzten

konnte gezeigt werden, dass sich die Rekrutierungsreihenfolge und das

Muskel-Timing auf eine von außen zugefügte tibiale Translation (nach vorn)

verändert darstellt (Wojtys et al. 1994).

Auch in der Knieextension wurden bei isometrischen und dynamischen

Kontraktionen EMG Signale abgeleitet. Dabei fanden sich häufig geringere

neuromuskuläre Aktivitäten der Kniegelenksstrecker in der betroffenen

Extremität im Vergleich zur gesunden Seite bzw. einer Kontrollgruppe. Nach

Branch et al. (1989) erlaubt die Ableitung der Summenaktionspotentiale die

indirekte Messung des efferenten Schenkels der propriozeptiven Steuerung.

Sie wiesen erniedrigte Aktivität in M. quadriceps femoris und M.

gastrocnemius und erhöhte Aktivität der ischiocuralen Muskulatur bei

Patienten mit rupturierten vorderen Kreuzbändern nach. Fink et al. (1994)

untersuchten 35 Patienten 71 bis 84 Monate nach der Rekonstruktion sowie

25 Kreuzbandpatienten mit chronischer Kniegelenksinstabilität. Sie konnten

demonstrieren, dass die elektrische Aktivität der einzelnen beteiligten

Forschungsstand 42

Muskeln während einer Extensions- und Flexionsbewegung sehr

unterschiedlich ist. Sie fanden im Seitenvergleich eine niedrigere Aktivität

des M.vastus medialis, während sich die anderen Muskeln nicht

unterschieden. Die Autoren führen dies auf veränderte afferente

Informationen oder nervale Kompensationsmechanismen zurück.

Auch Cooper et al. (1999) untersuchten die isometrische Kontraktion von 41

Patienten nach Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes hinsichtlich der

Muskelaktivierung der Kniegelenksextensoren und verglichen die Ergebnisse

mit einer gesunden Referenzgruppe. Das integrierte EMG zeigte

Gruppenunterschiede mit signifikant niedrigerer Aktivität zu den

Messzeitpunkten drei bzw. fünf Monaten postoperativ. Diese Unterschiede

konnten allerdings schon nach sechs Monaten nach der Rekonstruktion nicht

mehr bestätigt werden. Die Autoren vermuten, dass die gleichzeitig noch

bestehenden, auffälligen Kraftdefizite der Extensoren auf ein Defizit im

neuralen Antrieb zurückzuführen sind, das aufgrund abweichender

zentralnervaler Mechanismen auftritt. Eine ähnliche Begründung führt

Engelhardt (1998) an, der ebenfalls reduzierte Kraftwerte auf der verletzten

Seite fand. Er bringt dies damit in Zusammenhang, dass „…die

Kraftminderung verstärkt auf zentrale Ursachen und nicht primär auf

hemmende Einflüsse der Nozizeptoren zurückzuführen ist (…), wobei

Veränderungen bis in die Persönlichkeit hereinreichen können.“ (Engelhardt

1998). Ducke (2006) untersuchte Patienten vier Jahre nach der

Rekonstruktion, fand ebenfalls kein signifikanten Unterschiede zwischen

nicht betroffener und verletzter Extremität als auch zu einer gesunden

Kontrollgruppe. Er resümierte, dass die neuromuskulären Aktivitäten

(M.rectus femoris, M.vastus medialis und M.vastus lateralis) mittelfristig nach

der Rekonstruktion wiederhergestellt sind, obwohl sich deskriptiv angedeutet

hat, dass die mittlere Amplitude des M.vastus medialis gegenüber dem

Referenzwert etwas erniedrigt ist.

Aaldersberg et al. (2005) untersuchten Kreuzbandverletzte (n=12; < sechs

Monate nach Verletzung) und gesunde Kontrollpersonen (n=10) hinsichtlich

der elektrischen Aktivierung der Muskulatur in einer isometrischen

Positionierungsaufgabe in unterschiedlichen Winkelstellungen und einer

langsamen dynamischen Knieextension. Beiden Aufgaben wurden mit

Forschungsstand 43

unterschiedlicher, geringer Vorbelastung (15 Nm und 30 Nm) anhand

unterschiedlich langer Hebel (120 und 300 mm) durchgeführt. Zwischen den

beiden Untersuchungsgruppen gab es keinen Unterschied. Innerhalb der

Gruppen wurden bei beiden Aufgaben mit den unterschiedlichen

Konstellationen signifikante Unterschiede hinsichtlich des Kniewinkels und

des Hebelarmes in allen untersuchten Muskeln gefunden. Mit steigender

Vorbelastung (längerer Hebelarm) steigt auch die neuromuskuläre Aktivität in

allen Muskeln an, die jeweils im streckungsnahen Bereich (volle

Streckung=0° bis 20°) am höchsten ist. In einer hierarchischen Ordnung

weist der M.rectus femoris im Vergleich zu den beiden anderen Muskeln die

geringste Aktivität auf.

In einem relativ neuen Ansatz wurde im Sitzen die jeweilige Extremität der

Probanden in 90° Flexion fixiert. In einem Zielprotokoll mussten die

Probanden durch isometrische Kontraktion in verschiedene Richtungen

(extension, rotation, inferior load, adduction) aus verschiedenen

Ausgangsstellungen einen Cursor in ein Ziel manövrieren. Dabei wurden die

neuromuskulären Aktivitäten der beteiligten Muskeln abgeleitet und ein

Spezifitäts-Index der einzelnen Muskeln gebildet. Williams et al. (2004)

fanden im Vergleich von Patienten nach Kreuzbandverletzung und Gesunden

heraus, dass das EMG vor der Operation gegenüber Gesunden verändert

war (insbesondere M.vastus lateralis). In einer weiteren Untersuchung der

Arbeitsgruppe fand man nach Rekonstruktion mit der Semitendinosussehne

keine Veränderungen in der Muskelaktivierung des M.semitendinosus und

des M.gracilis verglichen mit den Daten vor der Operation. Die Autoren

sehen ihren Ansatz als hervorragende Möglichkeit, neuromuskuläre

Strategien während einer sensomotorischen Zielaufgabe abzubilden und

Defizite nach Kreuzbandverletzung bzw. –rekonstruktion aufzudecken.

Bezüglich weiterer neuromuskulärer Veränderungen bei

Kreuzbandinsuffizienz bzw. nach Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes

bei funktionellen Bewegungen wie Gehen, Laufen, Springen etc. soll auf die

entsprechende Literatur verwiesen werden (Ciccotti et al. 1994; Pfeifer 1996;

Bulgheroni et al. 1997; Devita et al. 1997; Rudroff et al. 2003; Knoll et al.

2004; Waite et al. 2005).

In den letzten Jahren wurden die neuromuskulären Aktivitäten nicht mehr nur

Forschungsstand 44

anhand maximaler exzentrischer, isometrischer und konzentrischer

Kontraktionen beurteilt, sondern zunehmend anhand von sensomotorischen

Zielaufgaben. Insbesondere diese scheinen in der Lage zu sein,

neuromuskuläre Defizite nach Kreuzbandschädigungen noch früher

aufdecken zu können.

2.2 Zentrale Aspekte der Sensomotorik nach ACL Verletzung

Mit der Entwicklung immer neuer Methoden zur Erfassung zentraler

Aktivitäten nimmt auch das Wissen bezüglich der an der Sensomotorik

beteiligten Strukturen zu. In diesem Kapitel werden verschiedene Methoden

beschrieben, die in der Lage sind, das Fenster zum Zentralnervensystem zu

öffnen. Insbesondere das EEG spielt in der Zusammenfassung eine Rolle.

Studien mit einem Zusammenhang von EEG und Sensomotorik bzw. dem

zentralen Einfluss einer Kreuzbandschädigung schließen dieses Kapitel ab.

2.2.1 Das Fenster zum Zentralnervensystem: Beteiligte Strukturen und

methodische Zugänge

Die Rückenmarksebene stellt die erste integrative Verarbeitungsebene der

sensorischen Information dar. Die Informationen werden einerseits direkt zu

supraspinalen Zentren weitergeleitet, andererseits gelangen sie zu weiteren

unterschiedlichen Neuronengruppen: (i) den Interneuronen, die die

segmentale und intersegmentale Informationsverarbeitung über Hemmung

und Aktivierung bestimmen, (ii) die Alpha-Motoneurone, die über direkte

Signale aus Muskelspindelafferenzen monosynaptische Reflexe auslösen

und (iii) die Projektionsneuronen, die Informationen an supraspinale Zentren

weiterleiten (Quante & Hille 1999; Jankowska 1992).

Die sensorischen Afferenzen werden über drei anatomisch und funktionell

gut unterscheidbare Bahnsysteme zum Gehirn geleitet. Dabei vermittelt der

spino-thalamische Trakt (Tractus spinothalamicus) vorwiegend

Informationen, die die Schmerz- und Temperaturwahrnehmung betreffen,

zum Thalamus. Das zweite aufsteigende Bahnsystem wird als

Kleinhirnseitenstrang (Tractus spinocerebelaris posterior) bezeichnet und

vermittelt wichtige Informationen von der Haut und den Propriozeptoren an

Forschungsstand 45

das Kleinhirn (Noth 1996). Die dritte Bahn, das Hinterstrangsystem

(Funiculus dorsalis) ist dafür zuständig, Afferenzen von der Haut und aus den

Muskeln, Sehnen und Gelenken an das Gehirn zu transferieren. Dies

geschieht zwar auch über die anderen beiden Bahnsysteme, allerdings

zeichnet sich das Hinterstrangsystem dadurch aus, dass es die

somatosensiblen Reize zeitlich und räumlich exakt kodiert (Davidoff 1989).

Die im Gehirn ankommenden Informationen aus der Peripherie werden in

verschiedenen subkortikalen und kortikalen Gebieten zu adäquaten

motorischen Antworten integriert und über absteigende Bahnen zum Effektor

geleitet.

Auf subkortikaler Ebene werden die Informationen insbesondere im Kleinhirn,

dem Thalamus und den Basalganglien verarbeitet. Das Kleinhirn ist

grundsätzlich beim Erlernen und der Ausführung aller Bewegungen beteiligt.

Es integriert neben den beschriebenen Afferenzen aus den Gelenken auch

die Informationen aus anderen sensorischen Systemen wie z.B. dem

Gleichgewichtssystem oder dem visuellen System und ist an der Planung

und Programmierung von Bewegungen beteiligt. Darüberhinaus findet über

einen „Soll-Ist-Wert Vergleich“ die Kontrolle ablaufender Bewegungen statt.

Anteile des Kleinhirns vergleichen eine Kopie des Bewegungsplanes, der

sogenannten Efferenzkopie, mit den Rückmeldungen über den

Programmierungs- und Bewegungsablauf. Sobald die Bewegung vom

geplanten Verlauf abweicht, werden aus diesem Vergleich Korrektursignale

erarbeitet. Diese erreichen die ausführenden Systeme und führen die

Bewegung zurück auf den geplanten Verlauf (Noth 1996; Schmidt & Thews

2005). Informationen aus dem Kleinhirn werden sowohl direkt zu den

motorischen Zentren des Hirnstammes, als auch über den Thalamus zum

primär motorischen Kortex projiziert (Birbaumer & Schmidt 2006; ein

ausführliches Review zum Zusammenhang Kleinhirn und motorisches

System findet sich bei Ramnani 2006).

Die Basalganglien, als zweitem an der Verarbeitung von Afferenzen

beteiligtem Gebiet des Gehirns, sind neben der Steuerung von Extremitäten

und Augenmotorik an der Verwertung und Verarbeitung sensorischer

Informationen sowie an der Anpassung des Verhaltens an den emotionalen

und motivationalen Kontext beteiligt. Die Aufgaben der Basalganglien liegen

Forschungsstand 46

einerseits in der Beteiligung an der Umsetzung von Bewegungsplanung in

ein Bewegungsprogramm, das die ausführenden motorischen Zentren

steuert. Zusätzlich sind sie dabei insbesondere bei der Festlegung von

Bewegungsparametern wie Amplitude, Richtung, Geschwindigkeit und Kraft

einer Bewegung beteiligt. Über die einlaufenden sensorischen Informationen

sind die Basalganglien in der Lage, die gerade ablaufenden Bewegungen zu

kontrollieren. Im Zusammenhang mit ihrer entscheidenden Rolle in der

motorischen Aufmerksamkeit sind sie in der Lage, bestimmte Bewegungen

bei gleichzeitiger Hemmung anderer zu bevorzugen (Schmidt & Schaible

2001; Review der funktionellen Anatomie der Basalganglien bei Herrero

2002).

Der Thalamus und der Kortex bilden eine funktionelle Einheit. Fast alle

sensorischen Afferenzen werden im Thalamus vor ihrer Weiterleitung

umgeschaltet. Damit ist der Thalamus das Tor zum Kortex und spielt daher

auch eine entscheidende Rolle in der Steuerung des

Aufmerksamkeitsverhaltens und der rhythmischen elektrischen Aktivität der

kortikalen Gebiete.

Abb. 2: Einteilung der Hirnareale nach Brodmann (Brodmann 1985)

Über thalamo-kortikale Projektionen auf alle Areale des Kortex sowie die

rückläufigen Bahnen aus den unteren Schichten des Großhirns steht dem

Forschungsstand 47

Thalamus stets eine Efferenzkopie vor allem der motorischen Kommandos

zur Verfügung (Birbaumer & Schmidt 2006; ausführliches Review zur

funktionellen Anatomie ebenfalls bei Herrero 2002). Auf kortikaler Ebene ist

insbesondere der parietale Kortex mit der Verarbeitung somatosensorischer

Informationen befasst. Der primäre somatosensorische Kortex (SI, Gyrus

postcentralis, Brodmann Areal 1, 2, 3) schließt sich unmittelbar dorsal an den

motorischen Kortex an und ist das Projektionsfeld des weiter oben

beschriebenen Hinterstrangsystems. Die Organisation des Projektionsfeldes

ist somatotrop, d.h. es existiert eine geordnete räumliche Zuordnung

zwischen somatosensorischem Kortex und der Körperperipherie, dem

sogenannten Hommunculus. Dabei ist die Größe des Projektionsareales

direkt proportional zum Auflösungsvermögen der Rezeptoren in den

unterschiedlichen Körperregionen (Noth 1996; Thompson 2001). Weiter

dorsal schließt sich der somatosensorische Assoziationskortex (Brodmann

Areal 5) an, der für die Weiterverarbeitung der somatosensorischen

Informationen zuständig ist.

Es bestehen reziproke Projektionen zum prämotorischen Kortex und zum

supplementär-motorischen Areal (SMA), die die Bedeutung des sensorischen

Assoziationskortex für die motorischen Funktionen verdeutlicht.

Die motorischen Assoziationsareale unterteilen sich in den prämotorischen

Kortex und das supplementär-motorische Areal (SMA), die beide dem Areal

6 nach Brodmann (1985) entsprechen. Funktionell unterscheiden sich beide

Areale. Während der prämotorische Kortex in erster Linie Aufgaben der

Selektion und Integration von Signalen aus den mit ihm in Verbindung

stehenden kortikalen Assoziationsarealen (parietaler, präfrontaler und

visueller Kortex) und dem Kleinhirn wahrnimmt, erhält die SMA Informationen

aus den Basalganglien, dem Thalamus und vom primär-motorischen Kortex.

Beide Assoziationsareale projizieren zum primär-motorischen Kortex

(Brodmann Areal 4).

Der primär-motorische Kortex erhält Zuflüsse aus dem Thalamus, den

präfrontalen und parietalen, kortikalen Gebieten sowie aus dem Hirnstamm

und ist für die Umsetzung der in den Assoziationsarealen entstandenen

Bewegungsentwürfe in Bewegungsprogramme zuständig. An dieser Stelle

beginnt die Kette derjenigen Strukturen, die vor allem für die

Forschungsstand 48

Bewegungsausführung verantwortlich zeichnen. Das Brodmann Areal 4 hat

aufgrund seiner starken kortiko-spinalen Projektionen zu den Motoneuronen

den direktesten Zugang zum motorischen Ausgang.

Verschiedene bildgebende Untersuchungsmethoden werden in der Literatur

zur Untersuchung von Gehirnfunktionen bei sensomotorischen Aufgaben

angewandt (ein ausführliches Review: Rossini 2004). Einige Messmethoden

untersuchen den regionalen Blutfluss und metabolische Veränderungen. Zu

diesen Methoden gehören die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und

das funktionelle Magnet-Resonanz-Imaging (fMRI).

Die PET-Technologie basiert auf dem raschen radioaktiven Zerfall von

Positronen in Radioisotope. Die Anzahl der Zerfälle wird gezählt und als Bild

des Blutflusses für eine Minute nach der Injektion des Radioisotopes

dargestellt. Über die Injektion verschiedener Radioisotope als Marker lassen

sich verschiedene Transmitter und Stoffwechselprodukte im Gehirn

beobachten. Die bereits erwähnte Besonderheit der PET, regionale

Stoffwechselvorgänge nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ erfassen

zu lassen, hat es ermöglicht, sie in der Grundlagenforschung effizient

einzusetzen. Die hohe Auflösung der anatomischen, auch subkortikalen

Strukturen bei der Lokalisation neuronaler und metabolischer Aktivität ist

dabei der größte Vorteil dieser Methode, die allerdings durch das geringe

zeitliche Fenster limitiert ist. Auch sind rasche Veränderungen mit dieser

Methode nicht messbar (Thompson 2001). Im Zusammenhang mit

sensomotorischen Aufgaben sei hier beispielhaft die Untersuchung von

Bodegard et al. (2003) angeführt. Das Ziel dieser Studie bestand darin,

Neuronenpopulationen im somatosensorischen Kortex zu lokalisieren, die

während unterschiedlicher sensomotorischer Aufgaben aktiv sind. Zu den

Aufgaben zählten statischer und dynamischer Druck, sowie Positionswechsel

des Zeigefingers während einer Flexionsbewegung des Zeigefingers. Die

Autoren fanden heraus, dass im Vergleich zur Ruhebedingung bei allen

Aufgaben die Brodmann Areale 3b, 1 und 2 im Zusammenhang mit

afferenten, mechanorezeptiven Informationen aus der Peripherie aktiv waren.

Das Areal 3a war nur in den dynamischen Bedingungen aktiv, woraus die

Autoren schlossen, dass hier die Informationen der Muskelspindeln

eingehen. Die Untersuchung zeigt deutlich die Vorteile in der Lokalisation

Forschungsstand 49

von Gehirnaktivitäten, kommt aber aufgrund der hohen Kosten und der

zeitlichen Limitierung für die angewandte Forschung nicht in Frage.

Die zweite bildgebende Methode ist das funktionelle Magnet-Resonanz-

Imaging (fMRI). Betrachtet man die Publikationen pro Jahr zu den Themen

Kognition, Emotion und Motorik ist das fMRI seit 1993 die am häufigsten

angewandte Methode. Das Prinzip dieser Methode basiert auf der Erzeugung

von Schnittbildern des menschlichen Gehirns (oder auch des Körpers)

anhand der Stoffwechselsituation. Dazu wird ein Magnetfeld um den Körper

platziert und es werden Dichte und Relaxationszeiten magnetisch erregter

Wasserstoffatomkerne (Protonen) im menschlichen Körper erfasst. Sowohl

die Dichte, als auch die Relaxationszeiten können als Funktionen des Ortes

bildgebend dargestellt werden (Thompson 2001; Birbaumer & Schmidt

2006). Als ein Beispiel der Bearbeitung sensomotorischer Fragestellungen

mit dem fMRI soll eine Untersuchung von Ciccarelli et al. (2005) dienen. Sie

untersuchten kortikale und subkortikale Gehirnstrukturen, die während

aktiver und passiver Bewegung des Sprunggelenkes aktiv sind. Die Autoren

fanden heraus, dass während passiver und aktiver Bewegungen die

Lokalisation der Aktivierung (motorischer und sensorischer Kortex) nahezu

gleich war, wobei die Höhe der Aktivierung bei aktiven Bewegungen größer

war. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass nicht nur kortikale,

sondern auch subkortikale Areale wie das ipsilaterale Kleinhirn und das

kontralaterale Putamen aktiv sind. Auch diese bildgebende Methode findet

aufgrund der hohen Kosten und des hohen apparativen Aufwandes nur

selten Eingang in die anwendungsbezogene Bewegungsforschung. In

Kombination mit der Elektroenzephalographie stellt diese Methode das zur

Zeit optimale Messverfahren in den Neurowissenschaften dar (Birbaumer &

Schmidt 2006).

Die Beispiele verdeutlichen, dass die Methoden – sowohl PET als auch fMRI

– mit einem hohen Aufwand neuroanatomisch sehr genau messen können.

Demgegenüber steht mit der Elektroenzephalographie (EEG) eine weitere,

nicht-invasive und kostengünstige Methode zur Erhebung neuronaler

Aktivitäten des menschlichen Gehirns zur Verfügung. Letztendlich werden

Aktivitäten des Gehirns, ähnlich fMRI oder PET, nur mit einem anderen

Mediator, der elektrischen Aktivität erhoben. Gemessen werden neuronale

Forschungsstand 50

Erregungszustände größerer Neuronenverbände, die primär aus dem Kortex,

der Hirnrinde des menschlichen Gehirns stammen. Gerade deshalb ist das

EEG als Substrat von Kognition und Verhalten von großer Bedeutung, weil

sich trotz der scheinbar unübersichtlichen Vielfalt zellulärer Prozesse

trotzdem ein geordnetes Muster elektrischer Potentiale abbildet, das mit den

psychischen Vorgängen eng zusammenhängt (Birbaumer & Schmidt 2006).

Heute geht man davon aus, dass rhythmischen Erregungen durch

subkortikale Hirnregionen (z.B. Thalamus oder Hippocamus) gesteuert und

moduliert werden (Shaw 2003; Hasselmo 2005; Gevins et al. 1997).

Demnach stellt das EEG das elektrische Korrelat summierter erregender

Nervenzellaktivität dar (Niedermeyer 2005). Um die im EEG enthaltenen

Informationen analysieren zu können, wird die Amplitude der Signale

innerhalb der Frequenzbereiche differenziert an den unterschiedlichen

Elektrodenpositionen ausgewertet (Mechau 2001). Als Parameter gibt die

spektrale Leistung dabei die elektrische Energie pro Zeiteinheit in einem

Frequenzbereich an (µV2). Die Leistungsdichte gibt die Gesamtleistung eines

Frequenzbereiches dividiert durch die Bandbreite des Frequenzbereiches an

(µV2/Hz).

Da die informationsverarbeitenden Prozesse im Gehirn in der Regel sehr

schnell ablaufen, erfordert ihre Messung eine hohe Zeitauflösung, die die

bildgebenden Verfahren in der Regel nicht aufweisen. Die elektrischen

Aktivitäten können im EEG als farblich kodierte topographische Hirnkarte

dargestellt werden. Dies stellt einen Kompromiss zu PET und fMRI

Untersuchungen dar und kann somit auch zu den Brain-Mapping Verfahren

gezählt werden.

In der Elektroenzephalographie unterscheidet man zwischen den beiden

Methoden der Messung spontaner Aktivität und evozierten (reizabhängigen)

Potentialen. Die spontane elektrische Aktivität – Gegenstand dieser Arbeit –

beschreibt definierte Zustände während unterschiedlicher Verhaltensweisen

und verschiedener Aufgaben, die sowohl kognitiv, als auch motorisch geartet

sein können. Die leichte Anwendbarkeit und die Transportabilität macht die

Elektroenzephalographie zur Methode der Wahl in der Bearbeitung

sportmedizinischer und bewegungswissenschaftlicher Fragestellungen.

Forschungsstand 51

2.2.2 EEG und sensomotorische Aufgaben

Im Vordergrund einer sensomotorischen Aufgabe stehen Prozesse der

Informationsaufnahme und -verarbeitung und deren Umsetzung in

Bewegungen. Sie sind immer an klar definierten Zielen orientiert. Die

Grundstruktur der Aufgaben stellt ein nach dem Soll-Ist-Wert Vergleich

arbeitendes sensomotorisches System dar. Der Hauptgegenstand

sensomotorischer Aufgaben ist die Bewegungsafferenz, wobei die

Rückmeldung bezüglich der Zielerreichung von zentraler Bedeutung ist.

Systematische Variationen von z.B. Zielgröße, Geschwindigkeit, Richtung

und zu bedienende Instrumente bedingen Einfachheit und Komplexität der

Aufgabe.

Zur Regulation dieser zielgerichteten Bewegungen bedarf es zentraler

informationsverarbeitender Prozesse, die ein bestimmtes Aktivitätsniveau

des ZNS voraussetzen. Das elektrische Korrelat dieses Aktivitätsniveaus

kann man mit der Messung des spontanen EEG erfassen. Die Literatur und

auch die vorliegende Studie gehen über die reine Kennzeichnung des

Funktionszustandes bei sensomotorischen Anforderungen hinaus. Durch die

Wiederholung der Aufgaben erfasst man darüber hinaus die Entwicklung

kortikaler Aktivitäten in der Aneignungs- bzw. Lernphase der Anforderung. In

diesem Zusammenhang sind verschiedene Aufgaben im Sport und in der

Bewegungswissenschaft untersucht worden. Smith et al. (1999) meinen

sogar, dass im Zusammenhang mit dem spontanen EEG ein deutliches

Defizit an Studien bezüglich z.B. Aneignung einer Bewegung besteht. Sie

merken an:

„… the Issue of how spectral features of the ongoing EEG change during skill

acquisition is a topic that has been largely ignored in the modern literature on

human neurophysiology” (Smith et al. 1999).

Die Arbeitsgruppe um Beyer et al. (1994) untersuchte die

Aktivierungsprozesse bei sensomotorischen Trackingaufgaben. Dabei sollten

13 Probanden den Winkel im Ellbogengelenk durch Strecken und Beugen

gemäß einem wandernden Lichtpunkt auf dem Bildschirm ändern. Dabei gab

es zwei Modalitäten: einen Sprung von einem Winkel zum anderen und einen

sinusförmigen Wechsel zwischen zwei Winkelgrenzen. Während der

Aufgabendurchführung nimmt die Alpha- und Beta-Frequenz über den

okzipitalen, parietalen und zentralen Rindengebieten im Vergleich zur

Forschungsstand 52

Ruhemessung (Sitzen ohne Aktivität) ab. Bei der Aufgabe „Sinus“ stellten die

Autoren signifikante Abfälle in der Alpha-1 und Alpha-2 Frequenz fest,

wohingegen beim „Sprung“ nur die Alpha-2 Frequenz signifikante Abfälle

zeigte. Die spektrale Theta-Leistung zeigte sich nur während des Sprunges

fronto-zentral erhöht. Mittels EEG-Messung können also sensomotorische

Aufgaben differenziert werden und die Autoren spekulieren anhand des

unterschiedlichen elektrischen Aktivitätszustandes über die Beteiligung

unterschiedlich starker Momente der bewussten Bewegungsregulation am

Bewegungsprogramm.

Diese Ergebnisse werden von der Arbeitsgruppe Häufler et al. (2000)

bestätigt. Sie untersuchten das Zielen (6 sek) bei Anfängern und Könnern im

Pistolenschießen während 40 Versuchen. Beide Gruppen führten zusätzlich

neben dem Schießen noch zwei kognitive Vergleichstests (Punktlokalisation

und Wortfindungstest) durch. Die zentrale elektrische Aktivität wurde sowohl

hinsichtlich der Aufgaben, als auch der Gruppen verglichen. Die spektralen

Leistungen im Theta-Frequenzband waren in allen drei Aufgaben bei den

Könnern signifikant höher als bei den Anfängern. Die Autoren diskutieren

dies als Ausdruck von erhöhter Aufmerksamkeit bei den Könnern. Zusätzlich

waren die Theta-Leistungen in beiden Gruppen linkshemisphärisch höher als

in der rechten Hemisphäre. Sowohl im Alpha-1, als auch im Alpha-2

Frequenzband waren die Leistungen der Könner links temporal, parietal und

okzipital höher als bei den Anfängern. Verglichen mit den kognitiven Tests

zeigten die Alpha Leistungen während des Schießens ebenfalls einen

Anstieg. Im Betafrequenzband zeigten die Anfänger im Vergleich zu den

Könnern höhere Leistungen während des Schießens an allen abgeleiteten

Positionen außer T3. Die Autoren bringen die erhöhte Alpha- und niedrigere

Beta Aktivität der Könner während des Schiessens mit einer Ökonomisierung

kortikaler Prozesse in Zusammenhang.

In einer weiteren Studie wurde anhand eines Videospieles (“frustrated

maze“) der Einfluss von Zeitdruck (als komplexere Aufgabengestaltung) auf

die Aufgabendurchführung und auf die kortikale Verarbeitung bei acht

gesunden Probanden gemessen (Slobounov et al. 2000). In der

Aufgabendurchführung stiegen mit dem Zeitdruck auch zunehmend die

Fehler in der Leistung. Relevante Ergebnisse waren bezüglich der

Forschungsstand 53

komplexeren Aufgabe unter Zeitdruck bei erfolgreichen Durchgängen ein

Anstieg der frontalen Thetafrequenz (Fz) und ein Abfall im rechts-parietalen

Alpha-2 Band. Dabei zeichneten sich erfolgreiche Versuche durch einen

deutlicheren Anstieg der Thetafrequenz und eine größere Suppression der

Alpha-2 Frequenz an den oben beschriebenen Positionen aus.

Aufgabenkomplexität und Erfolg bei der Durchführung sind nach Ansicht der

Autoren Faktoren, die die kortikale elektrische Aktivität bei visuomotorischen

Aufgaben beeinflussen.

Etnier et al. (1996) untersuchten die Aneignung einer neuen

sensomotorischen Aufgabe (mirror trace task), bei der die Probanden einen

Stern nur über ein Spiegelbild für acht Sekunden nachfahren mussten. Die

Probanden wurden zufällig in eine Experimental- (n=31) und eine

Kontrollgruppe (n=30) eingeteilt. Während die Experimentalgruppe am

Aneignungstag 175 Versuche hatte, die Bewegung zu üben, führten die

Kontrollpersonen 10 Versuche zu Beginn durch, hatten für die Zeit der 155

Versuche in der Experimentalgruppe eine Pause und führten dann die letzten

10 Versuche durch. Am nächsten Tag führten beide Gruppen nur 20

Versuche durch. Die Performance (Fehler und Distanz) als äußerer

Parameter verbesserte sich in beiden Gruppe innerhalb der ersten und

letzten Versuche in der Aneignung, als auch zwischen der Aneignung und

dem Tag der Wiederholung (Retention). Die Analyse der EEG Daten zeigte,

dass die Experimentalgruppe nach den ersten 10 Aneignungsversuchen im

Vergleich zu den Kontrollpersonen immer eine höhere Alpha Aktivität

aufwies. Die Autoren schließen daraus, dass eine steigende Alpha Aktivität

im Zusammenhang mit dem Erlernen einer neuen Aufgabe steht.

Die Arbeitsgruppe um Smith et al. (1999) untersuchte neurophysiologische

Veränderungen während kognitiver (3-back working memory task) und

visuomotorischer (tracking-Videospiel Space Fortress) Aufgaben an acht

gesunden Probanden. Die Autoren fanden ähnliche Ergebnisse wie Häufler

et al. (2000). Im Verlauf der visuomotorischen Aufgabe stieg die frontale

Theta-Leistung an. In der langsamen Alpha Frequenz stieg die Leistung mit

zunehmender Übungspraxis auch, allerdings erreichten die Ergebnisse im

Zeitverlauf für das Alpha-2 Frequenzband im parietal-temporal-okzipitalen

(PTO) Bereich im Gegensatz zu den kognitiven Aufgaben keine Signifikanz.

Forschungsstand 54

Auch hier argumentierten die Autoren im Zusammenhang mit der frontalen

Theta-Frequenz mit Veränderungen in der fokussierten Aufmerksamkeit und

bezüglich der Veränderungen in der Alpha Frequenz mit einer

Ökonomisierung kortikaler Prozesse (in dieser Region der sensorischen

Verarbeitung).

Bei allen beschriebenen Untersuchungen spielte die visuelle Wahrnehmung

als wichtigster sensorischer Kanal eine große Rolle. Grunwald et al. (2001)

untersuchten unter Ausschaltung der visuellen Kontrolle die kortikale

Aktivierung bei haptischen Aufgaben unterschiedlicher Komplexität unter

besonderer Berücksichtigung der oben beschriebenen Sensitivität der

frontalen Thetafrequenz. Die Aufgabe der Probanden (n=6) bestand darin,

verschiedene Reliefs mit unterschiedlichem Schweregrad zu ertasten. Die

Autoren fanden eine lineare Korrelation zwischen frontalem Theta und der

durchschnittlichen Explorationszeit zum Ende der Aufgabe, allerdings nicht

zu Beginn. Die Untersucher schließen daraus, dass die Korrelation zum

Ende auf eine höhere Auslastung des Arbeitsgedächtnisses in

Zusammenhang mit der höheren Thetafrequenz hindeutet und dies zu

Beginn der Untersuchung noch nicht der Fall war. Die spektrale Theta-

Leistung zeigte sich auch ohne visuelle Stimmuli sensibel bei motorischen

Wahrnehmungsaufgaben.

Der Literaturüberblick zeigt, dass insbesondere die Thetafrequenz und das

Alphafrequenzband mit seinen beiden Komponenten Alpha-1 (langsam) und

Alpha-2 (schnell) während sensomotorischer Aufgaben reagieren.

Komplexitätsgrad, Lernzustand und die Aneignung der Aufgabe lassen sich

in diesen kortikalen Parametern abbilden und differenzieren. Dabei scheint

die frontale Thetafrequenz mit Aufmerksamkeit und die parietale Alpha-2

Frequenz mit der Beanspruchung bei sensorischer Verarbeitung in

Zusammenhang zu stehen. Zur kortikalen Aktivierung während

sensomotorischer Aufgaben nach orthopädisch-traumatologischen

Verletzungsbildern (z.B. nach einer Kreuzbandverletzung/-rekonstruktion)

liegen bisher keine Informationen vor. Dort wurde bislang der

neurophysiologische Zugang über somatosensorisch-evozierte Potentiale

(SEP´s) gewählt.

Forschungsstand 55

2.2.3 Zentrale Auswirkungen einer Kreuzbandverletzung

Eine Literaturrecherche bezüglich zentraler Auswirkungen einer Verletzung /

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes bringt nur wenige Ergebnisse,

was auf den Handlungsbedarf in diesem Forschungsfeld hinweist. Die am

häufigsten angewandte Methode sind die somatosensorisch evozierten

Potentiale (SEP), bei denen periphere Strukturen elektrisch gereizt werden

und die dazugehörige elektrische Antwort im Kortex gemessen wird, um

Aussagen über Modifikationen nach Verletzungen machen zu können.

Die erste Untersuchung in diesem Bereich stammt von Pitman et al. (1992).

Die Autoren untersuchten neun Patienten während einer Knieathroskopie

anhand somatosensorisch evozierter Potentiale (SEP). In allen Fällen

konnten SEP´s im Kortex gemessen werden. Es war den Autoren ferner

möglich, den gesamten Weg der somatosensorischen Nervenleitung vom

peripheren Nerven über das sensorische Hinterstrangsystem bis zum

somatosensorischen Kortex zu messen. Dabei wurde die höchste Amplitude

der Potentiale dann abgeleitet, wenn der mittlere Teil des vorderen

Kreuzbandes stimuliert wurde. Die Autoren sehen darin den Beweis, dass

sich im gesunden vorderen Kreuzband innerhalb des menschlichen

Kniegelenkes aktive Rezeptoren befinden, die Informationen an zentrale

Strukturen senden. Damit wurde die Basis für die Hypothese gelegt, dass

aufgrund von Schädigungen veränderte Afferenzen auch Veränderungen in

der zentralen Verarbeitung bedeuten könnten.

Valeriani et al. (1996) untersuchen darauf aufbauend die Wahrnehmung der

Position des Kniegelenkes und SEP´s nach der Stimulation des N.peroneus

bei 19 Patienten nach der Ruptur des vorderen Kreuzbandes. Zehn der

evaluierten Patienten zeigten eine verminderte sensomotorische Leistung,

was bei sieben Probanden mit einem Fehlen des kortikalen P27 Potentials

einherging (P steht für die Positivität des Signals und 27 für die Latenz

ausgehend von der Reizsetzung). Nach Meinung der Autoren weist dies

darauf hin, dass eine Dysfunktion der zentralen somatosensorischen

Nervenleitung oberhalb des Hirnstammes vorliegt, die nur bei Reizung des

N.peroneus besteht. Die Autoren schließen daraus, dass auch kleine

Schädigungen mit einer veränderten Afferenz aufgrund einer Verminderung

der Rezeptoren – wie am Beispiel des vorderen Kreuzbandes gezeigt – in

Forschungsstand 56

einer Veränderung der kortikalen Verarbeitung resultieren können.

In einer Erweiterung der Forschungsfrage untersuchte dieselbe

Arbeitsgruppe fünf Patienten mit gerissenem vorderem Kreuzband vor und

nach der Rekonstruktion (Valeriani et al. 1999). Im Gegensatz zur gesunden

Seite zeigten die Patienten auch hier ein Fehlen der P27-Komponente, die

auch nach der Rekonstruktion nicht ableitbar war. Die Autoren schlossen aus

den Ergebnissen, dass der Verlust von Mechanorezeptoren im Kniegelenk

anhand von Veränderungen der ZNS-Reaktionen verfolgt werden kann und

auch nach der Rekonstruktion keine anderen neuronalen Strukturen diesen

Verlust kompensieren.

Ochi et al. (1999) untersuchten anhand der vorgestellten Methodik (SEP) ein

erweitertes Klientel und verglichen Patienten mit rupturiertem (n=32) und

rekonstruiertem (n=23) vorderem Kreuzband mit gesunden Probanden

(n=14). Im Gegensatz zu Valeriani et al. konnten SEP´s sowohl in der

gesunden, als auch in der Probandengruppe mit rekonstruiertem vorderem

Kreuzband abgeleitet werden, in der allerdings nur in 15 von 32 Fällen SEP´s

gefunden wurden. Die Autoren vertreten in ihrer Diskussion die Meinung,

dass ihre Ergebnisse darauf hindeuten, dass eine „sensorische Re-

Innervation“ nach Rekonstruktion im vorderen Kreuzband stattfindet.

Die mittels somatosensorisch evozierten Potentialen gewonnenen, teilweise

konträren Ergebnisse, scheinen darauf hinzudeuten, dass es zu

Veränderungen im ZNS kommt (insbesondere im somatosensorischen

Kortex). Angesichts kleiner Probandenzahlen und inhomogener Kollektive ist

insbesondere vor dem Hintergrund der in diesem Zusammenhang

möglicherweise unzureichend validierten Methodik die Literaturlage für einen

schlüssigen Beweis jedoch noch nicht zwingend.

Einen anderen Ansatz wählten Barthel et al. (2004). Sie untersuchten die

Bewegungsplanungsphase von Antritten auf dem Ergometer anhand von

Movement-related-cortical-potentials (MRCP) von 18 Kreuzbandpatienten (8

rechts- und 10 linksverletzte Probanden) und verglichen die Ergebnisse mit

einer gesunden Kontrollgruppe. Bei gleichen biomechanischen

Antrittsparametern zeigten sich Unterschiede zwischen Linksverletzten und

Gesunden im frontalen Motor Potential (MP), sowie zwischen Gesunden und

Rechtsverletzten im parietalen MP. In ihrer Zusammenfassung

Forschungsstand 57

schlussfolgern die Autoren, dass die Methode der MRCP´s geeignet ist,

Unterschiede zwischen Gesunden und Kreuzbandverletzten zu zeigen, und

dass aufgrund der Lokalisation der veränderten MP´s auf kortikale

Kompensationsmechanismen in der Bewegungsplanung im

somatosensorischen (Brodmann Areal 1, 2, 3) und supplementär-

motorischen Assoziationsarealen (Brodmann Areal 6) rückzuschließen ist.

2.2.4 Mentale Bewegungsvorstellung im zentralen Abbild

Die Idee, anhand der reinen Vorstellung einer sensomotorischen

Bewegungsaufgabe, Aussagen zur zentralen Aktivierung, zur Aneignung,

zum Lernen oder zum Unterschied zwischen Gruppen zu machen, ist nicht

neu. Es gibt eine Vielzahl an neurophysiologischen Studien, die diese

Bewegungsvorstellungen mit unterschiedlichen Methoden untersuchen (für

ein ausführliches Review siehe Jeannerod 1994). Im Zusammenhang mit

einer Kreuzbandverletzung oder –rekonstruktion ist keine Literatur zu finden.

In den klassischen Studien (Roland 1980a; Roland 1980b) konnte anhand

einer PET Untersuchung beobachtet werden, dass der zerebrale Blutfluss

(rCBF) während der Vorstellung einer Fingerbewegung im supplementär-

motorischen Areal erhöht war. Die Ergebnisse wurden in einer fMRI

Untersuchung von Roa et al (1993) bestätigt. Weitere bildgebende

Untersuchungen wiesen übereinstimmend Aktivierungen in der SMA und im

prämotorischen Kortex (Brodmann Areal 6) nach. Neurone in der SMA sind

bei der Bewegungsvorbereitung beteiligt, die mit der Bewegungsvorstellung

große Ähnlichkeit aufweist (Jeannerod 1995). Die Ergebnisse hinsichtlich

einer Beteiligung des primären motorischen Areals (Brodmann Areal 4)

werden kontrovers diskutiert. Während die klassischen Studien von Roland

(1980) keine Beteiligung nachweisen konnten, wurde von verschiedenen

Autoren während der Vorstellung einer einfachen Fingerbewegung mittels

fMRI eine Beteiligung nachgewiesen (Sabbah 1995; Lotze 1999; Nair 2003).

Welche Ergebnisse kann die Elektroenzephalographie in diesem

Zusammenhang liefern? Hansen et al. (1991) untersuchten das mentale

Üben an 10 mit mentalem Training vertrauten Schwimmern und erhoben

dabei den kortikalen Aktivierungszustand im Vergleich zu einer anfänglichen

Ruhephase. Die Aufgabe bestand darin, sich das Durchschwimmen einer

Forschungsstand 58

100m Strecke vorzustellen. Im Vergleich zur Ruhe ist der allgemeine

Aktivitätszustand in den Vorstellungsphasen erhöht, was sich insbesondere

in den parietalen, okzipitalen, zentralen und nach Wiederholung auch

frontalen Veränderungen in der spektralen Alphaleistung zeigt. Hansen

diskutiert die Ergebnisse im parietalen und okzipitalen Alphaband als Hinweis

für eine Beteiligung des visuellen Kortex an der Bewegungsvorstellung. Die

spezifische Aktivierung motorischer Areale scheint erst bei Wiederholung der

Vorstellung aufzutreten (Veränderungen im Beta-1 Frequenzband). Die

Autoren schließen daraus, dass die Vorstellung mindestens einmal

wiederholt werden muss, damit Effekte in der motorischen Aktivierung

auftreten.

Dieselbe Arbeitsgruppe untersuchte Unterschiede zwischen der Vorstellung

einer Armbewegung bei Schlaganfallpatienten (n=12) und einer

Referenzruhephase (Weiss et al. 1994). Die Patienten zeigten sowohl einen

signifikanten Abfall im Alphafrequenzband, als auch der Beta-1 Leistung im

Vergleich zur Referenz. Damit konnten ähnliche Veränderungen wie bei den

gesunden Personen (Hansen et al. 1991) gezeigt werden.

Nach Marks et al. (1995) hängt die kortikale Aktivität auch davon ab, ob die

Versuchspersonen über eine hohe Vorstellungsfähigkeit verfügen. Sie

fanden einen links-posterioren Abfall der Alphafrequenz bei den Probanden

mit guter Vorstellung.

Das Ziel der Untersuchung von Horn (1999) bestand darin, nachzuweisen,

dass sensomotorische und visuelle Prozesse an der Vorstellung motorischer

Fertigkeiten beteiligt sind. Dazu hatten 24 Probanden die Aufgabe, einen

Fingerappositionstest durchzuführen, sich die Bewegung vorzustellen und

zusätzlich eine reine Bildvisualisation durchzuführen. Sowohl die reale, als

auch die mentale Fingerapposition führte im Vergleich zur

Ruhereferenzphase zu signifikanten Abnahmen in der Alpha (8-13 Hz),

Alpha-1 (8-10 Hz) und Beta-1 Frequenz (> 13 Hz) über zentralen sowie prä-

und postzentralen Arealen. Charakteristische Unterschiede zur visuellen

Vorstellung konnten nicht gefunden werden.

Dem stehen andere Untersuchungsergebnisse gegenüber. Neuper et al.

(2005) untersuchten 14 Probanden dahingehend, ob sie die Bewegung

fühlen oder diese in der Vorstellung visualisieren. Die Ergebnisse deuten

Forschungsstand 59

darauf hin, dass die unterschiedliche Art der Bewegungsvorstellung auch

unterschiedliche EEG Aktivitätsmuster hervorrufen kann. Während bei der

Visualisierung der Vorstellung keine klaren spezifischen Aktivitätsmuster zu

finden waren, deutet bei der „kinästhetischen“ Vorstellung vieles darauf hin,

dass hier im Besonderen die sensomotorischen Handareale aktiv sind.

Zusammenfassend scheint der Literaturüberblick darauf hinzudeuten, dass

sinkende Aktivitäten im Alpha und Beta Frequenzband im Vergleich zu

Ruhesituationen auf eine Aktivierung an den entsprechenden

topographischen Positionen während mentaler Vorstellung verschiedener

Bewegungen hindeuten.

Hinführung zum Untersuchungsansatz 60

3 Hinführung zum Untersuchungsansatz

Die Literaturübersicht ergibt kaum wissenschaftliche Daten, die den Einfluss

einer Verletzung bzw. Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf das

Gehirn und seine kortikale Aktivität darstellen. Es gibt allerdings schon

Hinweise von verschiedenen Autoren, dass Veränderungen im

propriozeptiven / sensomotorischen System Einfluss auf zentral kortikale

Informationsprozesse und motorisch-regulative Vorgänge nehmen

(Johansson et al. 1991; Barrett 1992; Wojtys et al. 1994; Valeriani et al 1996;

Ochi et al. 1999; St. Clair Gibson et al. 2002; Fremerey et al. 2000; Ageberg

2002; Sjölander et al. 2002; Bonfirm et al. 2003; Reider et al. 2003; Barthel et

al. 2004; Kapreli et al. 2006).

Um zu weiteren Erkenntnissen hinsichtlich der Zusammenhänge zwischen

peripherer Verletzung und kortikaler Informationsverarbeitung zu gelangen,

muss ein Messinstrumentarium aufgebaut werden, das in der Lage ist,

anhand der Messkette „kortikale Aktivität – neuromuskuläre Aktivierung –

biomechanischer Output“ mögliche Einflüsse einer Kreuzbandrekonstruktion

auf den verschiedenen Ebenen abzubilden. Wohingegen für den

biomechanischen Output und die neuromuskuläre Aktivierung mit

Kraftmessung, Goniometrie und Elektromyographie in diesem

Forschungsgebiet bekannte Instrumentarien zur Verfügung stehen, ist zur

Messung der Gehirnaktivitäten ein System gefordert, das zeitlich-räumlich in

der Lage ist, die kortikalen Aktivitäten hinreichend genau während der

Bewegungen aufzuzeichnen. Die Elektroenzephalographie erfüllt diese

Bedingungen, ist transportabel und scheint für den Einsatz in der

Rehabilitation geeignet zu sein.

Parallel dazu muss ein Untersuchungsparadigma entwickelt werden, das in

der Lage ist, die möglichen propriozeptiven Defizite auf den drei

Untersuchungsebenen EEG, EMG, Biomechanik abzubilden. Dazu bieten

sich gemäß der vorangegangenen Literaturübersicht sensomotorische

Aufgaben an, bei denen innerhalb der propriozeptiven Modalitäten Stellungs-

und Kraftsinn die Genauigkeit der Reproduktion überprüft wird.

Hinführung zum Untersuchungsansatz 61

Dazu wurde im Sportmedizinischen Institut der Universität Paderborn in

Zusammenarbeit mit dem Institut für Elektrische Messtechnik ein

Messinstrumentarium entwickelt, das die vorgenannten Bedingungen erfüllt

und synchronisiert auf allen drei Ebenen Daten aufzeichnet (Kap 5.3).

Hinsichtlich der vermuteten propriozeptiven Defizite bei Kreuzbandpatienten

sollte nicht nur der Stellungssinn (also die Winkelreproduktion), sondern auch

der Kraftsinn als weitere propriozeptive Modalität untersucht werden, um

differenziertere Aussagen bezüglich des propriozeptiven Defizites machen zu

können. Bisherige Untersuchungen zur aktiven Winkelreproduktion zeigen

aufgrund unterschiedlicher Aufgabenstellungen und verschiedener

Messzeitpunkte ein uneinheitliches Bild (Barrett 1991; Jerosch et al. 1996;

Friden et al. 1997; Fremerey et al. 1998; Beynnon et al. 2000; Roberts et al.

2000; Fischer-Rasmussen 2001; Reider et al. 2003). Untersuchungen zur

Kraftreproduktion fehlen hingegen fast vollständig, werden aber von

verschiedenen Autoren als durchaus aussichtsreich zur Detektion von

Veränderungen nach Kreuzbandverletzungen angesehen (Pfeiffer et al.

2003; Dover et al. 2005; Héroux et al. 2005).

Im Folgenden werden die Ziel- und Fragestellungen dieser Untersuchung

formuliert, die sich aus dem Forschungsstand ableiten.

Methodik 62

4 Ziel- und Fragestellungen

Mit der vorliegenden Arbeit wird das Ziel verfolgt, anhand zweier

Experimente, die die beiden propriozeptiven Modalitäten des Stellungs- und

Kraftsinnes untersuchen sollen, zu zeigen, dass das entwickelte

Messinstrumentarium in der Lage ist, insbesondere den Einfluss einer

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf die kortikale Aktivierung (aber

auch auf die anderen Ebenen Performance und neuromuskuläre Aktivierung)

nachzuweisen. Damit würde erstmalig während sensomotorischer Aufgaben

gezeigt, dass sich die zentrale Informationsverarbeitung von Patienten nach

der Rekonstruktion verändert und damit die Operation/Verletzung nicht nur

Veränderungen auf muskulärer Ebene nach sich zieht. Des Weiteren soll der

Frage nachgegangen werden, ob sich die Ergebnisse der beiden

propriozeptiven Modalitäten gleichen. Im Einzelnen sehen die

Fragestellungen in den beiden Experimenten Winkel- und Kraftreproduktion

wie folgt aus:

4.1 Fragestellungen Experiment I: Winkelreproduktion

Performance

Aufgrund der Annahme, dass bei Patienten mit rekonstruiertem Kreuzband

die afferente Information bezüglich geschädigter Rezeptorstrukturen eine

andere ist als bei gesunden Kontrollpersonen, kann man erwarten, dass es

zu einem Defizit in der Bewegungsregulation kommt, das sich auf die

Genauigkeit der Winkelreproduktionen auswirkt. Bisherige Untersuchungen

zur aktiven Winkelreproduktion zeigen aufgrund unterschiedlicher

Aufgabenstellungen und verschiedener Messzeitpunkte ein uneinheitliches

Bild.

Fragestellung:

Unterscheiden sich Patienten nach Rekonstruktion des vorderen

Kreuzbandes (ACL-Gruppe) bezüglich der Zielgenauigkeit bei

Winkelreproduktionen von gesunden Kontrollpersonen?

Methodik 63

Neuromuskuläre Aktivität

In der Darstellung des Forschungsstandes konnte keine einheitliche

Systematik für Veränderungen der neuromuskulären Kontrolle von

Bewegungen nach Kreuzbandrekonstruktionen gefunden werden. Die

Ergebnisse scheinen sich aufgabenspezifisch abzubilden (Aaldersberg et al.

2005; Engelhardt 1998; Williams et al. 2005). Trotzdem ist vielen

Untersuchungen gemein, dass sie eine geringere elektrische Aktivierung auf

Seiten der Kreuzbandpatienten vorfinden, als bei gesunden Kontrollpersonen

(Fink et al. 1994; Cooper et al. 1999; Ducke 2005). Veränderungen des

Informationszuflusses führen zu einer differenten Muskelaktivierung, die im

EMG sichtbar gemacht werden kann.

Fragestellung:

Treten bei den kreuzbandoperierten Probanden Veränderungen der

neuromuskulären Aktivierung im Vergleich zur Kontrollgruppe auf?

Zentrale Aktivität

Verschiedene Autoren spekulieren im Zusammenhang mit der

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes mit einer Veränderung kortikaler

Aktivitäten. Bislang ist es nur in einer Untersuchung gelungen,

Veränderungen auf kortikaler Ebene nachzuweisen (Barthel et al. 2004). Alle

anderen Untersuchungen nutzten die Methode somatosensorisch evozierter

Potentiale und schlossen auf eine Veränderung auf kortikaler Ebene

(Valeriani 1996 & 1999; Ochi 1999). Die Verarbeitung der afferenten

Informationen (die von den SEP´s nicht gemessen wird) kann durch

elektrische Aktivitäten im EEG dargestellt werden. Somit ist zu erwarten,

dass sich der Einfluss einer Kreuzbandverletzung/-rekonstruktion in

Veränderungen der kortikalen Aktivierung zeigt. Darüberhinaus wird auch die

mentale Vorstellung der Winkelreproduktion untersucht. Daten im Vergleich

dieser beiden Gruppen liegen bislang nicht vor. Es wird angenommen, dass

sich die kortikale Aktivität während der Vorstellung der Winkelreproduktion

von der gesunder Probanden unterscheidet.

Fragestellung:

Unterscheiden sich die kortikalen Aktivitäten während der realen und

mentalen Winkelreproduktion in der ACL-Gruppe im Vergleich zur gesunden

Kontrollgruppe?

Methodik 64

Aneignung der Aufgabe

Die Aneignung einer neuen sensomotorischen Aufgabe ist dadurch

charakterisiert, dass sich die Performance verbessert oder stabilisiert und

sich der Lernfortschritt in einer Ökonomisierung kortikaler Ressourcen

abbildet. Eine Ökonomisierung scheint sich in der frontalen Thetafrequenz,

der globalen Alpha-1 Frequenz und der parietalen Alpha-2 Leistung während

des Übens der Aufgabe abzubilden (Etnier et al. 1996; Smith et al. 1999;

Slobounov et al. 2001). Ähnliches kann auch bei Kreuzbandpatienten und

der gesunden Kontrollgruppe beim Üben der Winkelreproduktionen erwartet

werden. Dies wurde bislang in keiner Studie untersucht.

Fragestellung:

Findet während des Übens der Winkelreproduktion ein Aneignungsprozess

statt, der sich in der Performance, der neuromuskulären und kortikalen

Aktivierung zeigt ?

4.2 Fragestellungen Experiment II: Kraftreproduktion

Performance

Der Kraftsinn ist im Zusammenhang mit sensomotorischen Aufgaben die am

wenigsten untersuchte propriozeptive Modalität. In der Literatur wird dieser

Teil der propriozeptiven Information als relativ genau bei gesunden Personen

beschrieben (Birbaumer & Schmidt 2006). Zum Vergleich von

Kreuzbandpatienten und gesunden Kontrollpersonen liegt nur eine

Untersuchung vor, die Kreuzbandpatienten ein schlechteres

Diskriminierungsvermögen von unterschiedlichen Gewichten bescheinigt

(Heróux et al. 2005). Die Literaturlage zeigt, dass hier ein deutlicher

Forschungsbedarf besteht. Von vielen Autoren wird die Testung des

Kraftsinnes unabhängig voneinander als vielversprechende Methode

angesehen (Héroux et al. 2005; Pfeifer 2003).

Fragestellung:

Unterscheiden sich Patienten nach Rekonstruktion des vorderen

Kreuzbandes (ACL-Gruppe) bezüglich der Zielgenauigkeit der

Kraftreproduktionen von der gesunden Kontrollgruppe?

Methodik 65

Neuromuskuläre Aktivität

Da im Vergleich zur Winkelreproduktion der Kraftoutput in diesem

Experiment zur Kraftreproduktion ungleich höher liegt, könnte man erwarten,

dass bestehende Defizite in der neuromuskulären Aktivierung deutlicher

erkennbar sind. Zu diesen isometrischen Kraftreproduktionen liegen für den

Vergleich der beiden Untersuchungsgruppen keine Ergebnisse vor. Von

isometrischen Kontraktionen ist bekannt, dass Kreuzbandpatienten über eine

geringere elektrische Muskelaktivierung verfügen (Fink et al. 1994; Cooper et

al. 1999; Ducke 2005)

Fragestellung:

Treten bei den kreuzbandoperierten Probanden Veränderungen in der

neuromuskulären Aktivierung im Vergleich zur Kontrollgruppe auf ?

Zentrale Aktivität

Mit der im Forschungsstand zusammengestellten Literatur zentraler Aktivität

bei sensomotorischen Aufgaben wird auch bei diesem Experiment

angenommen, dass sich die ACL-Gruppe von den gesunden

Kontrollpersonen unterscheidet. In Anlehnung an das Vorgehen bei der

Winkelreproduktion wird auch hier angenommen, dass sich die kortikale

Aktivität während der Vorstellung der Kraftreproduktion von der gesunder

Probanden unterscheidet. Es liegen bis heute keinerlei Untersuchungen vor,

die diese Konstellationen untersuchen.

Fragestellung:

Unterscheiden sich die kortikalen Aktivitäten während der realen und

mentalen Kraftreproduktion in der ACL-Gruppe im Vergleich zu gesunden

Kontrollpersonen?

Aneignung

Im Bezug auf die Aneignung einer Aufgabe durch mehrmaliges Üben kann

man davon ausgehen, dass sich dieser Aneignungsvorgang in der

Performance (Verbesserung) zentraler Aktivierung (Ökonomisierung) ähnlich

abbildet wie bei den Winkelreproduktionen und hier im Gruppenvergleich

keine Unterschiede im Übungsverlauf, allerdings Anpassungen insbesondere

in der Performance und den Frequenzbändern Theta (frontal), Alpha-1 und

Alpha-2 (parietal), stattfinden.

Methodik 66

Fragestellung:

Findet während des Übens der Kraftreproduktion ein Aneignungsprozess

statt, der sich in der Performance, der neuromuskulären und kortikalen

Aktivierung zeigt?

Methodik 67

5 Methodik

5.1 Personenstichprobe

Insgesamt nahmen 22 Probanden an den Untersuchungen teil, die sich aus

der Studentenschaft der Universität Paderborn rekrutierten. Davon bildeten

12 Probanden die Kontrollgruppe, die sich aus Sportstudenten des

Departments Sport & Gesundheit zusammensetzten. Zehn Patienten nach

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes (ACL-Gruppe) bildeten das

Patientenkollektiv. Eine Teilnehmerin aus der ACL-Gruppe absolvierte die

Winkelreproduktion und fiel danach wegen Krankheit längerfristig aus, so

dass die Winkelreproduktionen von zehn, die Kraftreproduktionen nur von 9

Probanden absolviert wurden. Die Untersuchungen fanden im Zeitraum

zwischen September 2004 und April 2005 statt. Alle Teilnehmer gaben ihr

schriftliches Einverständnis zur Teilnahme an der Studie. Die Durchführung

der dargestellten Studie wurde von der Ethikkommision der Ärztekammer

Westfalen-Lippe und der medizinischen Fakultät der WWU Münster

genehmigt (Reg.-Nr: 5 V Weiß).

Tab. 1: Anthropometrische Daten der ACL- und Kontrollgruppe

ACL-Gruppe

Winkel Kraft

(N=10) (N=9)

Kontrollgruppe

(N=12)

Alter [Jahre] 26 ± 5 26 ± 5 24 ± 3

Gewicht [kg] 76,27 ± 13,10 76,78 ± 12,20 75,53 ± 9,70

Größe [cm] 181 ± 10 182 ± 10 181± 8

Rechtshänder 8 7 11

Rechtsfüßler 8 7 10

Alle Probanden beider Gruppen entsprachen den vorher festgelegten

Eingangs- und Ausschlusskriterien. Sie waren Studenten im Alter zwischen

Methodik 68

20 und 35 Jahren und litten nach eigener Angabe nicht unter Herz-Kreislauf-

Krankheiten, Lungenerkrankungen, chronische entzündlichen Erkrankungen

oder Geisteskrankheiten. Des Weiteren wurden sie als medikament- und

drogenfrei klassifiziert. Sie waren bereit, jeweils am Tag vor den

Experimenten auf psychische sowie physische Belastungen und 24 Stunden

vor der Untersuchung auf Alkohol zu verzichten. In der Kontrollgruppe waren

keine Verletzungen der unteren Extremitäten bekannt.

Die ACL-Gruppe setzt sich aus 7 männlichen und 3 weiblichen

Versuchspersonen zusammen. Zur subjektiven Erfassung der Gelenk-

stabilität und –funktion bezüglich Schmerz / Bewegungseinschränkungen

wurde der Lysholm-Score, zum Aktivitätslevel der Tegner-Score erhoben.

Detaillierte Daten zur Anamnese der Patienten sind Tab. 2 zu entnehmen.

Tab. 2: Detaillierte Darstellung der ACL-Gruppe

Nr.

Alter

[Jahre]

Geschlecht

[m / w]

ACL

[Seite]

[Methode]

postOP

[Monate]

Tegner

[Score]

Lysholm

[Score]

1 35 M Re pat 21 7 90

2 24 M Li semi 15 6 95

3 21 W Re semi 12 3 84

41 24 M Li semi 13 3 95

5 28 M Li semi 11 3 79

6 23 M Re semi 5 3 87

7 21 M Re semi 6 6 94

8 22 W Re semi 13 7 89

9 31 M Li semi 12 6 80

102 32 W Re semi 19 4 90

pat = Kreuzbandersatz mittels lig.patellae semi = Kreuzbandersatz mittels lig.semitendinosus

Alle Probanden beider Gruppen sind sportlich aktiv. Es durften bei der

Befragung mehr als eine Sportart genannt werden. In der Kontrollgruppe

verteilte sich die Aktivität auf folgende Sportarten: Fußball (4), Schwimmen

1 Patient wurde nach acht Monaten postOP unter Narkose mobilisiert

2 Patientin absolvierte nur Experiment 1, die Winkelreproduktion

Methodik 69

(3), Laufen (2), Handball (2), Fitness (2), Badminton (2), Tennis (1),

Basketball (1) und Karate (1). Demgegenüber wurden in der ACL-Gruppe

folgende Aktivitäten angegeben: Fußball (6), Schwimmen (2), Laufen (2),

Handball (2), Fitness (2), Badminton (1), Tennis (2), Golf (2) und Voltigieren

(1).

5.2 Untersuchungsgang

Die Gesamtuntersuchung unterteilte sich in eine Run-In Phase

(Voruntersuchung) und zwei Hauptuntersuchungstermine, zu denen in

randomisierter Reihenfolge einmal Winkel- und beim anderen Termin

Kraftreproduktionen durchgeführt wurden. Zur Vermeidung des zirkadianen

Einflusses (Mechau 1998) wurden die Probanden jeweils zur gleichen

Tageszeit an den drei Terminen einbestellt. Zwischen den einzelnen

Untersuchungstagen lag eine Woche. Die Vorbereitungen und

Untersuchungen wurden in allen Fällen vom selben Versuchsleiter

durchgeführt.

5.2.1 Voruntersuchung

Die Versuchspersonen wurden an einem Run-In Termin eine Woche vor der

eigentlichen Untersuchung über die Versuchsdurchführung aufgeklärt und

anamnestisch erfasst. Der Run-In Termin diente der Gewöhnung der

Versuchspersonen an die Testsituation, das Labor, den Untersucher und die

Messapparatur. Dazu wurden sie auf dem Messstuhl positioniert und zur

EEG-Messung vorbereitet. Nach einer Ruhemessung (EEG) bekamen die

Probanden die Aufgabe, unter Zuhilfenahme des visuellen Feedbacks einen

vom Testleiter vorgegebenen Gelenkwinkel mit einer Extremität zu

reproduzieren. Daraufhin hatten die Probanden vier Minuten Zeit, den

vorgegebenen Winkel ohne visuelle Überprüfung zu reproduzieren.

Währenddessen wurde die elektrische Gehirnaktivität aufgezeichnet. Die

Probanden erhielten kein Feedback über die erbrachte Leistung. Danach

mussten die Probanden Fragebögen zur Händigkeit, Füßigkeit und zur

allgemeinen Befindlichkeit beantworten. Zusätzlich zu diesen Daten wurden

in der ACL-Gruppe die Knie-Scores nach Lysholm (Lysholm 1985) und

Methodik 70

Tegner (Tegner 1985) erhoben (Anhang 11.1). Zum Abschluss des Run-In

erklärten sich die Probanden schriftlich bereit, freiwillig an der Untersuchung

teilzunehmen (Einverständniserklärung im Anhang 11.2). Der Termin für die

beiden Hauptuntersuchungen wurde festgelegt. Die Experimente fanden in

randomisierter Reihenfolge statt. Die Teilnehmer wurden darauf

hingewiesen, dass unmittelbar vor den Untersuchungstagen auf

ausreichenden Nachtschlaf geachtet und auf psychische und physische

Belastungen am Vorabend verzichtet werden sollte.

5.2.2 Experiment I: Winkelreproduktion

Nachdem die Teilnehmer als gesund und medikamentenfrei klassifiziert

wurden, begann das Experiment mit der Vorbereitung der Probanden auf die

Untersuchung. Dazu wurden die Oberflächenelektroden zur Messung der

elektrischen Muskelaktivität nach Vorbereitung der Ableitstelle (rasieren,

reinigen) an der vorderen Oberschenkelmuskulatur (M.quadrizeps femoris,

M.vastus medialis, M.vastus lateralis; Applikationskriterien siehe Kap. 5.3.5)

beider Extremitäten aufgebracht. Nachdem dem Probanden die

Elektrodenhaube aufgesetzt wurde, sollte er sich in liegender Position für

zehn Minuten entspannen (Ruhephase).

Nach dieser Ruhephase wurden Fragebögen zur augenblicklichen

Befindlichkeit (STAI X1) ausgefüllt, sowie mit einer visuellen Analogskala

(VAS) der subjektive, augenblickliche Stresslevel ermittelt.

Der Proband wurde auf dem Messstuhl so positioniert, dass er bequem

sitzen konnte und die Kniegelenksachse mit der Geräteachse des

Messgerätes übereinstimmten. Dazu wurden Sitzhöhe und –fläche individuell

an den Probanden angepasst.

Nach einer Überprüfung der abzuleitenden Signale auf deren Qualität und

Artefaktfreiheit (EMG: Testbewegung der Kniestreckung unter visueller

Signalüberprüfung, EEG: Impedanzmessung) wurde für zwei Minuten ein

spontanes EEG in der Testposition bei geschlossenen und offenen Augen (2

x 2 Minuten; Messung M0) abgeleitet.

Die weitere Messung war in acht Messblöcke (M1-M8) von je drei Minuten

Länge eingeteilt (Abb. 3). Die Aufgabe bestand für den Probanden darin,

einen Kniegelenkswinkel von 40 ° (eine komplette Kniestreckung würde in

Methodik 71

diesem Fall einer Winkelstellung von 0° entsprechen) ohne visuelles

Feedback unter dem Aspekt Genauigkeit zu reproduzieren. Jeweils vor den

einzelnen Messblöcken konnten sich die Probanden unter visuellem

Feedback das Einnehmen des Zielwinkels aneignen bzw. ihre subjektiv

empfundenen Fehler korrigieren (5-7 Bewegungen). Innerhalb der

Kontrollgruppe wurde die Extremität, mit der die Untersuchung begonnen

wurde, zufällig ausgewählt, wohingegen die ACL-Gruppe immer mit der

gesunden Extremität startete. Diese Vorgehensweise wurde gewählt, um den

Patienten der ACL-Gruppe ein Sicherheitsgefühl zu vermitteln. Während der

dreiminütigen Messblöcke wurden alle Daten (peripher: Winkel, Kraft, EMG –

zentral: spontanes EEG) synchron aufgezeichnet. Die Probanden

absolvierten jeweils 4 Messblöcke pro Extremität.

Abb. 3: Studiendesign Experiment I: Winkelreproduktion

Nach acht Messblöcken wurden die Teilnehmer aufgefordert, die Augen zu

schließen und sich die Bewegung mit der zuletzt (bei M8) benutzten

Extremität innerhalb von drei Minuten angelehnt an die realen Messblöcke

wiederholt vorzustellen (M9). Währenddessen wurde das spontane EEG

abgeleitet.

Das subjektive Stressempfinden wurde zu Beginn, nach dem Wechsel der

Methodik 72

Extremitäten (nach M4), jeweils vor und nach der mentalen Vorstellung und

zum Ende der Untersuchung erhoben (Abb. 3).

Den Abschluss bildete wiederum die schon oben beschriebene Ableitung des

spontanen EEG´s (M10; 2 x 1 Minute; Augen zu – Augen auf), sowie die

abschließende Erfassung von augenblicklicher Befindlichkeit und

subjektivem Stressempfinden.

5.2.3 Experiment II: Kraftreproduktion

Die Vorbereitung des Probanden, sowie die Positionierung auf der

Messapparatur entsprachen dem Vorgehen beim Experiment I

(Winkelreproduktion). Der Proband wurde sitzend mit einem Kniewinkel von

90° auf dem Messplatz positioniert. Der Hebelarm war in dieser Stellung

arretiert, so dass der Proband in der Lage war, isometrisch gegen den

Hebelarm zu kontrahieren. Bei allen Bewegungen wurden die Probanden

durch einen Beckengurt fixiert und die Gelenkachse stimmte mit der

Geräteachse überein.

Nach einer Überprüfung der abzuleitenden Signale auf deren Qualität und

Artefaktfreiheit (EMG: Testbewegung der isometrischen Kontraktion unter

visueller Signalüberprüfung, EEG: Impedanzmessung und visuelle

Inspektion) wurde für zwei Minuten ein spontanes EEG in der Testposition

bei geschlossenen und offenen Augen (M0; 2 x 1 Minute) abgeleitet.

Als Referenzmessung zur Bestimmung der Maximalkraft erfolgten drei

isometrische Maximaltests über jeweils drei Sekunden mit einer jeweiligen

Pause von einer Minute für das Bein, welches von M1-M4 bzw. M5-M8 aktiv

war. Dabei wurde die Kraft und das Elektromyogramm des M.rectus femoris,

M.vastus medialis und M.vastus lateralis des jeweiligen Beines ermittelt.

Die weitere Messung ist in 8 Messblöcke in randomisierter Reihenfolge der

Extremitäten von je drei Minuten Länge eingeteilt. (Abb. 4). Vor jedem Block

hatte der Patient die Möglichkeit in einer kurzen Phase mit visuellem

Feedback die Genauigkeit seiner Reproduktionen zu überprüfen (5-7

isometrische Kontraktionen). Innerhalb der Messblöcke wurden

Kraftreproduktionen mit 50% der zu Beginn der Untersuchung ermittelten

Maximalkraft durchgeführt. Während dieses Teiles der Untersuchung wurden

Kraft und EMG der oben genannten Muskeln des jeweiligen Beines und das

Methodik 73

EEG kontinuierlich abgeleitet.

In dem darauf folgenden mentalen Messblock (M9) stellten sich die

Teilnehmer die Bewegung wiederholt mit dem Bein vor, welches zuletzt

während des achten Messblockes aktiv war. Während der Vorstellungsphase

wurde das EEG aufgezeichnet.

Abb. 4: Studiendesign Experiment II: Kraftreproduktion

Das subjektive Stressempfinden wurde wie in Experiment I anhand der

visuellen Analogskala nach den Messzeitpunkten M0, M4, M8, M9 und M10

erhoben.

Den Abschluss bildete wiederum die Ableitung des spontanen EEG´s (M10;

2 x 1 Minute; Augen zu – Augen auf), sowie die Erfassung der

augenblicklichen Befindlichkeit mit Hilfe des STAI.

5.3 Messplatz und Parametererhebung

Zur synchronisierten Messung biomechanischer, elektromyographischer und

elektroenzephalographischer Parameter wurde ein neuer Messplatz

entwickelt. Dieser orientierte sich an dem Ziel, alle zu messenden

Komponenten synchron an einer Zeitleiste auszurichten. Zu diesem Zweck

wurde in Zusammenarbeit mit der Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und

Methodik 74

Mathematik der Universität Paderborn (Institut für Messtechnik) ein

Messaufbau entwickelt, mit dem diese Ziele realisiert werden konnten.

5.3.1 Aufbau des Messplatzes

Im Mittelpunkt des neuen Messplatzes steht das Trainings- und Messgerät

M3 der Fa. Schnell, das für die Studie umgebaut wurde. Zunächst wurde

eine Rückenlehne an das Gerät gebaut, um den Probanden eine angenehme

Sitzposition zu gewährleisten.

Abb. 5: Umgebauter Messplatz Schnell M3

Um eine möglichst genaue Messung der Kräfte ermöglichen zu können,

wurde auf die von der Fa. Schnell angebotene, auf Druck- und Zugsensoren

beruhende, Messtechnik verzichtet und stattdessen die Messung von

Torsionskräften auf der Drehachse mittels zweier Dehnungsmessstreifen

(DMS) realisiert.

Die an der Welle axial angreifenden Momente führen zu einer Torsion

(Verdrehung) und damit zu einer Dehnung der Oberfläche der Achse. Diese

Dehnung wird mit aufgeklebten Folien-DMS (FAED-12-35-S6E-P; Vishay

Measurements Group GmbH) gemessen. Die DMS sind zu einer

Wheatstoneschen Brückenschaltung zusammengeschaltet. Je nach Stärke

des auf die Welle einwirkenden Torsionsmomentes verändert sich die

Dehnung der Oberfläche und somit auch die Diagonalspannung der

Methodik 75

Brückenschaltung, die erfasst und verstärkt wird. Dehnmessstreifen ändern

ihren elektrischen Widerstand proportional zur Dehnung. Damit lassen sich

auch sehr kleine Widerstandsänderungen genau erfassen. Anschließend

wurde die Apparatur im Institut für Kunststofftechnik der Universität

Paderborn mithilfe genauer Kalibrierungswaagen kalibriert.

Abb. 6: Übertragung der Drehung der Geräteachse auf das Potentiometer

Die für die Messung der Winkelgrade zuständige Veränderung des

Messgerätes M3 beruht auf einer einfachen Übertragung der Drehung der

Geräteachse auf ein Potentiometer.

Das im Aufbau benutzte Potentiometer (Novotechnik Typ P 4501 A202)

besitzt einen elektrischen Messbereich von 350° und eine Standardlinearität

von ±0,075 %, die sich aber nicht auf die Messgenauigkeit auswirken, da

Winkeldifferenzen gemessen werden. Durch Vergleichsmessungen sowohl

anhand manueller Winkelmesser, als auch einem bereits kalibrierten

Winkelmesser der Fa. Biovision konnte der Aufbau mit einer hohen

Genauigkeit kalibriert werden.

Die elektrische Aktivierung der Muskulatur wurde anhand der

Oberflächenelektromyographie erhoben. Dazu diente die Messtechnik der

Fa. Biovision. Alle Datenkanäle (Kraft, Goniometer, EMG) liefen in der

Biovision Input-Box zusammen. Die Synchronisation der beschriebenen

Methodik 76

Daten mit den EEG-Daten des CATEEM/CATERPA fand über eine

umgebaute Schnittstelle Data Translation DT9801 A/D Wandler (Umbau Fa.

Biovision) statt. Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten und die

dabei erhobenen Parameter genauer beschrieben.

Im Abstand von ca. 2 m wurde ein Bildschirm in Augenhöhe des Probanden

platziert, der ein visuelles Feedback bezüglich ihrer Winkel- bzw.

Kraftreproduktion ermöglichte. Der Versuchsleiter saß für den Probanden

uneinsehbar zur Bedienung und Überwachung der Messapparatur hinter

einem Sichtschutz (Abb. 7).

Abb. 7: Versuchsaufbau der beiden Experimente Winkel- und Kraftreproduktion

Zur Datenaufnahme wurden zwei unterschiedliche Softwareprodukte

verwendet. Zur Erfassung und Analyse der EEG Daten wurde das CATEEM3

System (Fa. MediSyst, Langen, Germany) benutzt. Die biomechanischen

und elektromyographischen Daten wurden mit der Mess-Software DasyLab

7.0 (Fa. measX GmbH, Germany) aufgezeichnet.

3 Computer Aided Topographical Electro-Encephalometry Measurement

Versuchsperson Versuchsleiter

90.00°

Sichtblende

Winkelanzeige

Sichtblende

DMS

Kr aft

EMG

EEG

Goniometer

CATEEM / CATERPA

DasyLab

A/D Wandler

Verstärker

Filter

A/D Wandler

EMG Tri gger

Datenreduktion

Datenanalyse

DasyLab

EXCEL

Methodik 77

5.3.2 Subjektive Beurteilung der Kniefunktionalität – Kniescores

Sowohl in der Literatur, als auch in der Praxis haben sich zwei Scores zur

subjektiven Evaluation der Funktionalität und Stabilität des Kniegelenkes

durchgesetzt: der Lysholm- (Lysholm & Gillquist 1982) und der Tegner Score

(Tegner & Lysholm 1985).

Der Lysholm Sore versucht, subjektive Parameter mit einer Rangskala zu

erfassen. Der erreichte Summenscore soll Aufschluss über das körperliche

Empfinden des Patienten geben. Die Patienten wurden mit einem

Fragebogen dazu aufgefordert, ihr subjektives Empfinden bezüglich ihres

Kniegelenkes anhand der Variablen Hinken, Tragen eines Gewichtes,

Treppensteigen, Hinhocken, Instabilität, Schmerz, Schwellung und

Blockierung zu beschreiben. Der maximal erreichbare Summenscore beträgt

100 Punkte. Die subjektive Einschätzung wird folgendermaßen bewertet

(Lysholm / Gillquist 1982):

0 – 68 unbefriedigendes Körperempfinden

69 – 77 befriedigendes Körperempfinden

78 – 90 gutes Körperempfinden

91 – 100 sehr gutes Körperempfinden

Der Lysholm Score eignet sich insbesondere in der frühen Phase der

Rehabilitation und hat sich als hochvalider Parameter erwiesen (Risberg et

al. 1994).

Demgegenüber erlaubt der Tegner-Activity-Score die Einschätzung der

sportlichen Aktivitäten des Patienten. Der Score kann Werte von 0 bis 10

annehmen, wobei die Extreme 0 keinerlei Aktivität und 10 keinerlei

Einschränkung durch Knieprobleme bedeuten (Tegner & Lysholm 1985). Das

Instrument ermöglicht es, über das sportliche Aktivitätsniveau auf die

Belastungsfähigkeit des Kniegelenkes zu schließen (Risberg 1994).

5.3.3 Psychometrische Parameter

VAS (visuelle Analogskala) Stress

Die visuelle Analogskala (Abb. 8) ist ein einfaches Hilfsmittel, mit dem die

Teilnehmer ihr subjektives Stressempfinden ausdrücken können. In einem

zehn Zentimeter großen Sichtfenster, bei dem das rechte Ende „keinen

Stress“ und das linke Ende „höchsten Stress“ repräsentiert. Der Teilnehmer

Methodik 78

kann nun einen Balken innerhalb diese Sichtfensters verschieben und wird

gebeten, sein momentanes Stressempfinden zwischen den beiden

erläuterten Enden einzustellen. Auf der Rückseite, für den Patienten nicht

sichtbar, ist die zehn Zentimeter lange Strecke in gleich große Abschnitte

skaliert. Dadurch kann die subjektive Stresseinstellung des Teilnehmers

aufgrund der Übertragbarkeit in Zahlenwerte für einen aussagekräftigen Wert

umgewandelt werden.

Abb. 8: Visuelle Analogskala (VAS) zum subjektiven Stressempfinden mit „0“=kein

Stress und „10“=höchster Stress

State-Trait Angstinventar

Beim STAI handelt es sich um die deutschsprachige normierte Adaptation

des „State-Trait Anxiety Inventory“ nach Spielberger (Laux et al. 1981;

Anhang 11.1). Unter Zuhilfenahme dieses Instrumentes lassen sich sowohl

momentane Zustandsangst, als auch Angst als überdauerndes

Persönlichkeitsmerkmal erheben.

Die Zustandsangst (State anxiety) wird durch 20 Items erfasst, bei denen der

Proband auf einer 4-Punkt-Liket-Skala (von „überhaupt nicht“ bis „sehr“)

angeben soll, wie sein momentanes Befinden ist. Die Skala misst die

Intensität eines emotionalen Zustandes, der durch Anspannung, Besorgtheit,

Methodik 79

Nervosität, innere Unruhe und Furcht vor zukünftigen Ereignissen

charakterisiert wird. Die Angst als Persönlichkeitsmerkmal (trait anxiety) wird

ebenfalls durch 20 Items erfasst, durch die der Proband in der selben Form

angeben soll, wie er sich im Allgemeinen fühlt. Die Skala misst die Häufigkeit

(von „fast nie“ bis „fast immer“) und damit die Tendenz, Situationen als

bedrohlich zu bewerten. Beide Skalen enthalten Items, die in Richtung Angst

bzw. Angstfreiheit ausgerichtet sind. Die Addition der Einzelitems ergibt

jeweils einen Summenscore, der die oben beschriebene Tendenz angibt

(Laux et al. 1981). Der Trait-Angstfragebogen wir einmal zu Beginn in der

Run-In Phase angewandt, der State-Angstfragebogen bei jedem Experiment

jeweils zu Beginn und zum Ende.

HAKEMP 90

Handlungskontrollprozesse werden durch die Neigung einer Person zur

Handlungs- vs. Lageorientierung maßgeblich beeinflusst. Lageorientierung

ist dabei gekennzeichnet durch immer wieder auftauchende Gedanken über

eigenes Verhalten, gegenwärtige oder gewünschte Handlungsergebnisse,

sowie zurückliegende Misserfolge. Demgegenüber heißt

Handlungsorientierung Aufmerksamkeitsausrichtung auf die zur Ausführung

einer Handlung notwendigen zentralen Aspekte. Zur Messung der

dispositionellen Determinanten wurde von Kuhl (1990) ein Fragebogen

entwickelt, der Skalen für drei unterschiedliche Typen von Handlungs- vs.

Lageorientierung, je nach dem entsprechenden Teilaspekt der

Handlungskontrolle umfasst:

1. Handlungs-/Lageorientierung nach Misserfolgserfahrungen (HLOM)

2. Grad der Entscheidungs- und Handlungsplanung (HLOP)

3. Handlungs-/Lageorientierung bei der Tätigkeitsausführung (HLOE)

Zu jedem Teilaspekt existiert eine Skala mit 12 Situationsbeschreibungen,

wobei jede Situation zwei Antwortalternativen zulässt (handlungsorientiertes

Verhalten / lageorientiertes Verhalten). Für die Berechnung des Testwertes

ist eine Summierung der handlungsorientierten Verhaltensalternativen nötig.

Methodik 80

Händigkeitsanalyse

Die Händigkeit wurde mit Hilfe eines errechneten Lateralitätsquotienten (LQ)

aus der übersetzten Fassung des „Edinburgh Handedness Inventory“ (EHI)

von Oldfield (1971) ermittelt (Anhang A). Für Rechtshänder beträgt der

maximale LQ +100, für Linkshänder –100. Im Bereich zwischen -30 < 0 < 30

lassen sich Intermediärtypen erfassen.

5.3.4 Biomechanische Parameter

Messung der Gelenkwinkel (Goniometrie)

Unter Goniometrie wird im Allgemeinen die Messung von Gelenkwinkeln

anhand mechanischer Vorrichtungen verstanden. Zur Erfassung der

Gelenkwinkelstellungen wurde ein spezielles goniometrisches Messsystem in

das Trainingsgerät M3 der Fa. Schnell integriert (Details siehe Kap. 5.3.1).

Die sich ändernden Widerstände des Potentiometers werden in elektrische

Signale umgewandelt, vorverstärkt und ändern sich proportional zu den

(Dreh)-Bewegungen der Geräteachse und damit bei genauer Positionierung

des Probanden / Patienten (Geräteachse stimmt mit Gelenkachse überein)

zur Kniegelenkwinkelstellung. Nach Umwandlung der Spannungsdaten (A/D

Wandler Data Translation DT9801, Fa. Biovision, Deutschland) werden die

Daten von der Software DasyLab 7.0 aufgezeichnet und ausgewertet. In die

statistische Weiterverarbeitung gehen die Parameter Winkelstellung und

Abweichung von den mit Feedback reproduzierten Winkeln ein.

Messung des Drehmomentes

Mit Hilfe des umgebauten Trainingsgerätes M3 der Fa. Schnell (sieh Kap.

5.3.1) wurden während der Winkelreproduktionen die Drehmomente und

während der Kraftreproduktion sowohl die maximalen, als auch die

prozentualen Drehmomente der Kniestrecker während der

Reproduktionsdurchgänge gemessen. Die Werte wurden dabei jeweils

entlang einer Zeit-Kurve aufgezeichnet und während der Untersuchung

laufend visuell überwacht.

Methodik 81

5.3.5 Neuromuskuläre Parameter

Zur Erfassung der Muskelaktivität wurden die bei einer Kontraktion

entstehenden elektrischen Biosignale von drei Muskeln elektromyograhisch

abgeleitet. Um eine Vergleichbarkeit während des jeweiligen Experimentes

gewährleisten zu können, verblieben die Elektroden während der gesamten

Untersuchungszeit an der gleichen Position. Die

oberflächenelektromyographischen Signale wurden mit einer EMG-Anlage

(Fa. Biovision, Wehrheim; Bandpass-Filter 10-500 Hz, 3db) mit einer

Abtastrate von 1024 Hz aufgezeichnet.

Die Ableitung erfolgte bipolar über vorgegelte, selbstklebende Ag/AgCl –

Oberflächenelektroden (ARBO HealthCare HG 24, Fa. Kendall GmbH). Die

Oberflächenelektroden konnten schmerzfrei am Patienten positioniert werden

und gewährleisten damit, dass die Bewegungsausführung nicht

beeinträchtigt wird. Die Elektroden werden jeweils im Abstand von 20 mm

zueinander (Mittelpunkt zu Mittelpunkt) angeordnet. Zur Reduzierung des

Übergangswiderstandes zwischen Haut und Elektrode wurden die

entsprechenden Hautstellen mit Einwegrasierern rasiert, gereinigt und

entfettet (SENIAM Guidelines; Hermens et al. 2000). Die von den Elektroden

wegführenden Kabel wurden mit Tape an der Extremität fixiert, um die

Kabelbewegungsartefakte zu minimieren. Störende Spannungsquellen

wurden entfernt. Die abgeleiteten Signale wurden vorverstärkt.

Zur Analyse wurden beidseitig der M.rectus femoris (RF), M.vastus medialis

(VM) und der M.vastus lateralis (VL) herangezogen. Das jeweilige

Elektrodenpaar wurde nach SENIAM-Richtlinien (Hermens et al. 2000) in

Muskelfaserrichtung appliziert (RF: 50 % der Linie zwischen anteriorer spina

iliaca superior und der oberen Patella; VM: 80 % der Linie zwischen

anteriorer spina illiaca superior und dem medialen Gelenkspalt des

Kniegelenkes; VL: 2/3 der Linie zwischen anteriorer spina iliaca superior und

der lateralen Seite der Patella). Die Referenzelektrode wurde in einer

elektrisch neutralen Umgebung auf der Patella platziert. Zur Überprüfung der

Elektroden und der Ableitungsmodalitäten wurden die Signale vor Beginn

des Experimentes überprüft (visuelle Inspektion der Null-Linie, EMG

Kurveninspektion bei manuellen Muskeltests).

Für die Datenübertragung auf den Laborrechner (Notebook Fujitsu-Siemens

Methodik 82

AMILO 7400) wurde ein angepasstes A/D Wandlermodul DT 9801 mit USB-

Anschluss (Fa. Data Translation GmbH, Bietigheim-Bissingen, 12-bit

Auflösung; Wertebereich ±5 V) und die Software DasyLab 7.0 (Fa. measX

GmbH, Mönchengladbach) verwendet.

Abb. 9: Beispielhafte Darstellung der erhobenen Rohdaten einer Winkelreproduktion.

Hervorgehoben ist die Zeitspanne von 1000 ms beginnend mit dem Anfang der

Plateauphase, die zur Ermittlung der IEMG´s von RF, VM und VL dient.

Mithilfe der Auswertesoftware BioProc Version 2.0 (University of Ottawa,

Canada) wurden die Daten fullwave gleichgerichtet und das integrierte EMG

der jeweilig abgeleiteten Muskeln vom Punkt des Erreichens des Zielplateaus

(bei Winkelreproduktion 40°, bei Kraftreproduktion 50 % vom MVC) innerhalb

eines Zeitfensters von 1000 ms (IEMG1000 ; Abb.9) berechnet. Zur Analyse

wurden einerseits die über einen Messdurchgang gemittelten IEMG1000

Werte der einzelnen abgeleiteten Muskeln herangezogen, andererseits

wurde die prozentuale Beteiligung der einzelnen Muskelaktivitäten (des

M.rectus femoris, M.vastus medialis und M.vastus lateralis) an der

Gesamtbewegungsaktivität (RF% + VM%+ VL% = 100 %) innerhalb eines

Messdurchganges ermittelt.

Methodik 83

5.3.6 Zentrale Parameter und deren Erfassung mittels EEG

Die topographische EEG-Aktivität wird mittels 17 Elektroden nach dem inter-

national üblichen 10:20-Elektrodensystem (Jasper 1958) mit der Cz-

Elektrode als physikalischer Referenz erfasst. Zur Erleichterung der Elektro-

denpositionierung wird eine Elektrodenhaube (Fa. Electro Cap , Eaton, Ohio,

USA) verwandt, die an die Kopfgröße angepasst ist und während des ge-

samten Experimentes nicht abgenommen wurde.

Abb. 10: Standardisiertes, internationales 10:20 System zur Elektrodenpositionierung

Der batteriebetriebene Verstärker wurde in der Nähe des Kopfes des

Probanden mit einem Abstand von ca. 30 cm platziert. Das Analogsignal des

EEG´s wurde verstärkt und zum digitalen Signal konvertiert (512 Hz / 12 bit).

Ein hoher Eingangswiderstand des Verstärkers (AC = 10 MΩ; DC = 20 MΩ)

sicherte einen ausreichenden Signal-Stör-Abstand mit

Elektrodenimpedanzen von unter 50 KOhm. Die Hochpassfiltereinstellung lag

zur Erfassung der spontanen EEG´s bei 0,86 Hz. Ein Faraday-Käfig ist nicht

notwendig, da das Signal über ein Lichtleiterkabel zum CATEEM-System

(Fa. MediSyst, Linden, Germany) übertragen wird. Vor Beginn jeder

Datenaufzeichnung werden die transferierten Daten einer Impedanzmessung

unterworfen. Die Daten werden simultan auf einem Monitor dargestellt und

einer benutzerdefinierten Artefakterkennung unterworfen. Diese werden

anhand der Amplitude, der Anstiegssteilheit einer Schwingung oder

gleichzeitiger Schwingungsveränderungen an mehreren Elektroden-

positionen erkannt. Zusätzlich wurden alle Rohdaten einer visuellen

Methodik 84

Inspektion unterworfen und kontaminierte Datensegmente wurden eliminiert.

Tab. 3: Einteilung der Frequenzbänder nach spektraler Frequenzanalyse

Bezeichnung Frequenzbereich

Theta 4,75 – 6,75 Hz

Alpha-1 7,00 – 9,5 Hz

Alpha-2 9,75 – 12,5 Hz

Beta-1 12,75 – 18,5 Hz

Während der Reproduktionen in Experiment I und II wurde das spontane

EEG kontinuierlich von 17 Elektrodenpositionen (Fz, F3, F4, F7, F8, Cz, C3,

C4, Pz, P3, P4, T3, T4, T5, T6, O1, O2) abgeleitet. Unter Verwendung der

Lagrange Interpolationsmethode werden 82 zusätzliche virtuelle

Elektrodenpositionen errechnet. Eine Fast-Fourrier-Transformation (50%

overlapped, 512 sample Hanning window) wurde damit auf 99

Elektrodenpositionen (17 reale und 82 virtuelle) angewendet und über 4 sec

Epochen gemittelt und in sechs Frequenzbereiche eingeteilt, von denen 4

Frequenzbänder in dieser Untersuchung ausgewertet wurden (Tab. 3). Die

einzelnen Frequenzbereiche werden über die jeweilige Messzeit numerisch

als Leistung [µV2] und graphisch als mittlere spektrale Leistungsdichten

[µV2/Hz] topographisch für alle Elektrodenpositionen farblich kodiert als

Hirnkarte wiedergegeben.

5.4 Statistik

Die in Experiment I und II erhobenen Daten werden mit dem Softwarepaket

SPSS 12.0G statistisch weiterverarbeitet. Anschließend wurden Mittelwerte

(MW) und Standardabweichung mit SPSS 12.0 berechnet. Die Daten wurden

unter Zuhilfenahme des Tests auf Abweichung zur Normalverteilung

überprüft.

Nach der Prüfung mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test auf Normalverteilung

wurden Datensätze mit hinreichender Normalverteilung mit dem „General

Linear Modell“ jeweils mit der ersten (M1-M4) und der zweiten Extremität

Methodik 85

(M5-M8) in einem 2 (Gruppe) x 4 (Messblöcke) Design (GLM mit

Messwiederholung; früher: MANOVA mehrfaktorielle parametrische

Varianzanalyse) auf Zwischen- bzw. Innersubjekteffekte getestet. Sphärizität

wurde anhand des Mauchley Tests verifiziert. Eine Verletzung dieser

Forderung drückt sich in einem signifikanten Ergebnis aus und geht nach

Bortz (2005) mit einer starken Erhöhung des α-Fehlers einher. Dem kann

entgegengewirkt werden, indem der F-Test unter Verwendung modifizierter

Freiheitsgrade gerechnet wird. Hier wurde das α nach Greenhouse-Geisser

zur Korrektur verwandt. Erbrachte der Mauchley-Sphericity-Test kein

signifikantes Ergebnis, so wurde keine Korrektur vorgenommen. Bei

signifikantem Innersubjekteffekt wurden jeweils mittels T-Test für gepaarte

Stichproben sowohl aufeinander folgende Messzeitpunkte, als auch

Unterschiede zum Ausgangsmesszeitpunkt für jede Extremität untersucht.

Signifikante Zwischensubjekteffekte wurden mit dem T-Test für

unverbundene Stichproben anhand der Variable „Gruppe“ weiterverfolgt.

Nicht normalverteilte Daten wurden bezüglich der Messzeit mittels

Friedmann Test und post hoc mit dem nichtparametrischen Wilcoxon-Test

auf Innersubjekteffekte anhand des Faktors „Gruppe“ mit dem Mann

Whitney-U Test auf Zwischensubjekteffekte überprüft.

Ergebnisse 86

6 Ergebnisse

Die Darstellung der Ergebnis wurde anhand der Experimente in Winkel- und

Kraftreproduktion unterteilt und ordnet sich innerhalb der Experimente in

Anthropometrie und psychometrische Erhebungen, sowie in die drei

Messebenen Performance, periphere neuromuskuläre Aktivität und zentrale,

kortikale Parameter. In den Darstellungen ist die Kontrollgruppe mit control

und die Gruppe der Patienten mit rekonstruiertem Kreuzband mit ACL

bezeichnet.

Insgesamt gilt für alle Abb. diese Legende:

p<0,001= *** p<0,001=+++

p<0,01 = ** parametrisch p<0,01 =++ nicht parametrisch

p<0,05 = * p<0,05 =+

6.1 Voraussetzungen

Da die EEG Aktivität anhand von absoluten spektralen Leistungen in den

unterschiedlichen Rindenregionen dargestellt und einer statistischen Prüfung

unterzogen wurde, mußten zunächst einige Voraussetzungen erfüllt sein.

Verschiedene Autoren beschrieben die Problematik des unterschiedlichen

Ausgangsniveaus zweier Untersuchungsgruppen, die sich insbesondere im

Alpha-Bereich oft unterscheiden. In dieser Arbeit wurde bewusst auf die

Darstellung der „Rohwerte“ (abs. spektrale Leistung [µV2]) zu den einzelnen

Messzeitpunkten in den beiden Experimenten zurückgegriffen, um (i) die

darin enthaltene Information nicht zu verändern und (ii) die Vergleichbarkeit

mit anderen Studien in den absoluten Werten zu gewährleisten. Von

verschiedenen Autoren wurde in diesem Zusammenhang die Veränderung

der spektralen Leistungen im Bezug auf eine Referenzmessung zu

Untersuchungsbeginn als legitim angesehen. Geeignet schien den Autoren

hier ein prozentualer Bezug zum Ausgangsniveau (Schellenberg 1995;

Schober 1995; Stock 1996; Mechau 1999). Dies führte zur Nivellierung

grundsätzlicher Unterschiede im EEG. Allerdings schien es problematisch,

Ergebnisse 87

stabile Ausgangsbedingungen zu schaffen, da diese Ruhe-Referenzmessung

immer durch vorausgehende oder nachfolgende bzw. vom Probanden

erwartete Tätigkeiten oder Bedingungen beeinflusst werden kann (Brach

2000). Außerdem konnte es zu sogenannten Baseline-Effekten kommen.

Beispielhaft soll hier eine Untersuchung von Kubitz (1996) angeführt werden.

Eine Experimentalgruppe zeigte vor einem Ergometertest höhere

Ausgangswerte in der Alpha-Intensität als eine Kontrollgruppe, die einen

Videofilm erwartete (3,43 µV2 vs. 2,76 µV2). Die maximalen mittleren

Intensitäten während der Versuchsphasen lagen im Vergleich dazu bei 3,03

µV2 vs. 2,78 µV2, so dass die Alpha-Intensität in der Experimentalgruppe

abnimmt, wohingegen sie bei einem ausgeglichenen Basiswert zugenommen

hätte. Das Beispiel soll verdeutlichen, dass bei einer Relation zum

Ausgangswert der Bestimmung desselben große Bedeutung zukommt

(Brach 2000). Daher wurden in dieser Arbeit die „tatsächlichen“

Entwicklungen anhand der absoluten spektralen Leistung dargestellt. Um

dies auch statistisch abzusichern, wurden die zu Beginn der Messung

erhobenen Ausgangs-Ruhewerte (1 Minute Augen zu, 1 Minute Augen auf)

auf signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen, sowie Interaktionen

innerhalb der Gruppen in beiden Experimenten überprüft. Dabei ergab die

GLM mit Messwiederholung nach Prüfung auf Normalverteilung im

Experiment I (Winkelreproduktion) einen Zwischensubjekteffekt in der Alpha-

2 Frequenz an der Elektrodenposition O2 (F1,21=6,178; p=.021), der sich post

hoc in signifikant höheren spektralen Alpha-2 Leistungen in der

Kontrollgruppe während der Ausgangsmessung mit geschlossenen Augen

(T(-2,522); p=.020) zeigt. Innerhalb des Experiments I traten keine weiteren

Zwischensubjekteffekte in den Frequenzen Theta, Alpha-1, Alpha-2 und

Beta-1 an den 17 Elektrodenpositionen auf. Im zweiten Experiment – der

Kraftreproduktion – konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den

beiden Gruppen control und ACL festgestellt werden Anhang 11.4).

In einer weiteren statistischen Voranalyse wurde die Kontrollgruppe in beiden

Experimenten im Seitenvergleich rechts vs. links verglichen. Nach der

Prüfung auf Normalverteilung mit dem Kolmogorov-Smirnov Test wurde bei

vorliegender Normalverteilung mit Hilfe des T-Tests für abhängige

Stichproben auf Unterschiede in den Frequenzbändern an den einzelnen

Ergebnisse 88

Elektrodenpositionen abhängig davon untersucht, ob die Kontrollpersonen

die Winkelreproduktionen mit der rechten oder linken Seite durchgeführt

haben. Nach Bonferroni-Korrektur zeigten sich weder in der Winkel-, noch in

der Kraftreproduktion signifikante Unterschiede zwischen der linken und

rechten Extremität der Kontrollgruppe. Im weiteren Vorgehen wird davon

ausgegangen, dass sich beide Extremitäten der gesunden Probanden in den

Experimenten nicht unterscheiden.

6.2 Experiment 1: Winkelreproduktion

6.2.1 Anthropometrische und psychometrische Daten

Die Untersuchungsgruppen unterschieden sich nicht in den

anthropometrischen Daten Alter, Größe und Gewicht. In der Kontrollgruppe

befanden sich zwei Probanden mit einer dominanten linken Extremität,

wohingegen in die ACL-Gruppe nur ein linksdominanter Patient

eingeschlossen war.

Des Weiteren zeigten sich in der psychologischen Disposition hinsichtlich der

Handlungs- bzw. Lageorientienung in den unterschiedlichen Subitems keine

Unterschiede zwischen den Untersuchungsgruppen (Abb.11). Die Verteilung

zeigt die Lageorientierung nach Misserfolg (LOM) bei jeweils einem

Probanden der Gruppen und bei der Handlungsplanung (LOP) bei sechs

Probanden der Kontroll- und fünf Patienten der Kreuzbandgruppe.

Hinsichtlich der Lageorientierung im Subitem nach Tätigkeitsausführung sind

bis auf einen Probanden der Kontrollgruppe alle lageorientiert (LOT).

In ihrer allgemeinen Angstneigung (STAI X2) stellten sich die Werte der ACL-

Gruppe etwas höher als die der Kontrollgruppe dar. Der Unterschied

erreichte aber kein Signifikanzniveau. Dieser Trend bestätigte sich in der

Frage nach der momentanen Angstneigung vor und nach dem Experiment.

Hier zeigt sich ein Gruppeneffekt (F1,21=4,791; p=.040), der auf die sich

schwach signifikant unterscheidenden Werte der Befragung nach dem

Experiment zurückzuführen ist (T(-2,144), p=.044).

Ergebnisse 89

a b

Abb. 11: Psychometrische Daten der durchgeführten Tests VAS, HAKEMP 90 und

STAI während des Experimentes Winkelreproduktion in den Gruppen control

und ACL

Hinsichtlich des subjektiven Stressempfindens wurde eine visuelle

Analogskala eingesetzt. Die statistische Analyse wies weder auf einen

Innersubjekteffekt, noch einen Zwischensubjekteffekt hin. Anhand der Werte

erreichen die Kontrollpersonen ihre höchsten subjektiven Stresswerte nach

den Winkelreproduktionen mit der zweiten Extremität (M8), wohingegen die

ACL-Gruppe den größten subjektiven Stress schon zur Befragung nach dem

ersten Teil des Experimentes (M4) angab. Absolut gesehen lagen die

Höchstwerte beider Gruppen auf einem Niveau (Abb. 11a).

6.2.2 Einfluss der Verletzung auf die Winkelreproduktionen

6.2.2.1 Performance

Die Performance bzw. Leistung im Experiment Winkelreproduktion wurde

anhand der tatsächlichen Abweichung der Reproduktionsbewegungen ohne

Feedback zum Zielwinkel 40° (mit Feedback) dargestellt. Im Mittel führten die

Kreuzbandpatienten 16 Winkelreproduktionen zu jedem Messzeitpunkt

Ergebnisse 90

durch, wohingegen die Kontrollgruppe 12 Wiederholungen der

Reproduktionsaufgabe absolvierte. Die mehrfaktorielle Varianzanalyse mit

Messwiederholung zeigte von Messzeitpunkt M1 bis M4 (erste bzw.

unverletzte Extremität) einen Innersubjekteffekt (F3,60=3,028; p=.036),

allerdings keinen Unterschied zwischen den Untersuchungsgruppen. Der

Innersubjekteffekt über die Zeit wurde vom signifikanten Absinken des

Reproduktionsfehlers zwischen M1-M2 (T(2,653), p=.022), M1-M3 (T(2,482),

p=.030) und M1-M4 (T(2,948), p=.012) innerhalb der Kontrollgruppe

getragen. Demselben Trend unterliegt auch der Verlauf der unverletzten

Seite der Kreuzbandpatienten, ohne jedoch Signifikanzniveau zu erreichen

(Abb.12).

Abb. 12: Ergebnisse der sensomotorischen Leistungen in den Untersuchungsgruppen

zu den Messzeitpunkten M1 – M8 dargestellt anhand der Mittelwerte und

Standardabweichungen des Reproduktionsfehlers [Abweichung vom

Zielwinkel in °] [*/+ p<.05, **/++ p<.01, ***/+++ p<.001]

In der statistischen Analyse der Messzeitpunkte M5 bis M8 (zweite bzw.

verletzte Extremität) waren sowohl der Gruppenvergleich zu den

Messzeitpunkten M5 (Z(-2,440), p=.015), M7 (Z(-2,308), p=.021) und M8 (Z(-

2,506), p=.012), als auch der horizontale Vergleich anhand des Faktors

Messzeitpunkte signifikant (Chi23=8,891; p=.022). Die post hoc Tests zeigten

einen signifikanten, geringer werdenden Winkelreproduktionsfehler zwischen

M5 und M8 (Z(-2,293), p=.022). Die Abweichungen in der Kontrollgruppe

Ergebnisse 91

entwickelten sich über die Messzeitpunkte nur marginal nach unten (Abb.

12).

Als weiterer, die Performance beschreibender Parameter, wurde die Latenz

vom Bewegungsbeginn, festgemacht am ersten Onset (erste Muskelaktivität)

der an der Bewegung beteiligten Muskeln M.rectus femoris, M.vastus

medialis und M.vastus lateralis bis zum Erreichen der Plateauphase, d.h.

dem „Halten“ des Zielwinkels vom jeweiligen Probanden erhoben.

Abb.13: Latenzen [ms] von der ersten Muskelaktivität bis zum Erreichen der

Plateauphase (der Haltephase des Zielwinkels) [*p<.05, **p<.01, ***p<.001]

Die Latenzzeiten unterschieden sich kaum (Abb. 13). Die Analyse der

Innersubjektsubjekte stellte sich als signifikant zwischen M1-M4

(F3,60=6,365); p=.001) heraus. In der Kontrollgruppe detektierten die

abhängigen post hoc t-Tests signifikante geringer werdende Latenzen von

M1 zu M2 (T(2,508); p=.029), M1 zu M3 (T(2,648); p=.023) und M1 zu M4

(T(3,663); p=.004), wohingegen in der ACL-Gruppe die Latenz nur während

der Winkelreproduktionen mit der unverletzten Seite (M1-M2; T(2,952);

p=.016) signifikant abnahm. Sowohl Zwischen- (Gruppe) als auch

Innersubjekteffekt (Messzeitpunkte) in der zweiten Hälfte der Untersuchung

ergaben nach statistischer Prüfung keine signifikanten Unterschiede.

Ergebnisse 92

6.2.2.2 Neuromuskuläre Aktivität

Die neuromuskuläre Aktivität wurde bei den an der Kniestreckung beteiligten

Muskeln M.rectus femoris, M.vastus medialis und M.vastus lateralis

abgeleitet.

Das absolute integrierte EMG (iEMG für die Dauer von 1000 ms nach

Erreichen der Plateauphase) des M. rectus femoris zeigte sich im

Gruppenvergleich zu allen Messzeitpunkten in der ACL-Gruppe niedriger als

im Vergleich zur Kontrollgruppe (Tab. 4). Es fiel auf, dass die unverletzte

Seite der Kreuzbandgruppe ebenfalls zu den Messzeitpunkten M1-M4

geringere Aktivitäten zeigte. Die statistische Prüfung konnte aufgrund der

individuellen Streuungen weder Zwischen- noch Innersubjekteffekte in den

absoluten iEMG Aktivitäten detektieren.

Tab. 4: Neuromuskuläre Aktivität (iEMG [V]) in MW ± SD der an der Extension

beteiligten Muskeln M.rectus femoris, M.vastus medialis und M.vastus lateralis

Ähnlich sieht das Aktivitätsmuster des M. vastus medialis aus. Hier erreichte

die ACL-Gruppe wiederum eine deutlich geringere Aktivität zu allen

Messzeitpunkten – auch auf der unverletzten Seite (M1 bis M4) - im

Vergleich zur Kontrollgruppe. Die statistische Analyse stützte dies mit

signifikant niedrigeren Aktivitäten zu den Messzeitpunkten M6 (Z(-2,110);

p=.036) und M7 (Z(-2,440); p=.014). Des Weiteren stellt sich ein

Innersubjekteffekt im Verlauf von M1 zu M4 (F3,20=3,104; p=.033) dar, der in

der weiteren Analyse zwischen den Messzeitpunkten M2 und M4 (T(-3,332);

p=.009) sowie M3 und M4 (T(-2,546); p=.031) in der ACL-Gruppe ansteigt

und sich ebenfalls in einem Anstieg von M2 zu M4 (T(-2,566); p=.026) in der

Kontrollgruppe zeigt (Tab.4).

Ergebnisse 93

Bei der Betrachtung des M.vastus lateralis wurde deutlich, dass dieser

während der Winkelreproduktionen die höchsten Aktivitäten in beiden

Gruppen im Vergleich zu den anderen Muskelaktivitäten zu allen

Messzeitpunkten aufwies. Zeigten von M1 bis M4 die Kontrollpersonen noch

eine höhere elektrische Aktivität als die Patienten, hob sich dieser

Unterschied von M5 bis M8 auf. Die Aktivitäten beider Gruppen erreichten

ein ähnliches Niveau.

Abb. 14: Anteilige Beteiligungen [%] der einzelnen Muskeln an der Gesamtaktivität

[100%] während der Winkelreproduktionen zu den Messzeitpunkten M1 bis M8

in der Kontroll- und ACL-Gruppe

Um einen Eindruck der Beteiligung der einzelnen Muskelaktivitäten an der

Gesamtbewegung zu erhalten, zeigt Abb. 14 die prozentualen Anteile an den

Winkelreproduktionen ausgehend von einer Gesamtaktivität aller Muskeln

von 100% (RF + VM + VL = 100%). Es war auffällig, dass insbesondere im

Vergleich zwischen der betroffenen Seite der Kreuzbandpatienten und der

gesunden Extremität der Kontrollgruppe Unterschiede in der prozentualen

Verteilung beim M.vastus medialis und M.vastus lateralis zu bestehen

schienen. Dabei sah es so aus, dass die Kreuzbandpatienten eine niedrigere

Aktivität des M.vastus medialis und dafür eine höhere des M.vastus lateralis

aufweisen. Dies wurde teilweise von der Statisik bestätigt, die im

Ergebnisse 94

Gruppenvergleich einen signifikant höheren prozentualen Anteil des M.

vastus lateralis in der ACL-Gruppe zu den Messzeitpunkten M5 (Z(-2,176);

p=.030) und M6 (Z(-2,308); p=.021) aufwies. Der Gruppenunterschied von

M5-M8 beim M.vastus medialis konnte nur eine Tendenz aufweisen

(F1,20=3,668; p=.069). Zu keinem Messzeitpunkt erreichte der M.rectus

femoris im Gruppenvergleich Signifikanzniveau.

Im Verlauf über die einzelnen Messzeitpunkte konnte des Weiteren auch

keine signifikante Interaktion festgestellt werden.

6.2.2.3 Zentrale Aktivität

Die Analyse zentraler Aktivitäten wurde anhand der vier Frequenzbänder

Theta (4,75-6,75 Hz), Alpha-1 (7,0-9,5 Hz), Alpha-2 (9,75-12,5 Hz) und Beta-

1 (12,75-18,0 Hz) an frontalen (Fz, F3, F4, F7, F8), zentralen (Cz, C3, C4),

parietalen (Pz, P3, P4), temporalen (T3, T4, T5, T6) und okzipitalen (O1, O2)

Elektrodenpositionen ausgewertet. Im Folgenden werden die Ergebnisse

anhand von Frequenzbändern zunächst qualitativ im Überblick anhand von

Brain Maps (Gehirnkarten) beschrieben. Über eine Farbauswahl wird die

spektrale Leistungsdichte [µV2/Hz] in den Brain Maps dargestellt (von rot bis

schwarz = niedrige, über gelb bis hellbläulich = hohe Leistungsdichten). Die

Hirnkarten sind dargestellt mit frontaler Orientierung links. Danach werden

die absoluten Leistungen [µV2] quantitativ dargestellt und statistisch

überprüft. Zur Datenreduktion werden nicht signifikante Ergebnisse nicht

dargestellt.

Theta Frequenz (4,75 – 6,75 Hz)

Die in Abbildung 15 dargestellten Brain Maps (Gehirnkarten) repräsentieren

die beiden Untersuchungsgruppen jeweils zum ersten Messzeitpunkt beider

Extremitäten (M1 und M5). Über die Farbauswahl der Brain Maps (so

genannte Darstellung im Glow mode / „Glühkörper“) zeigten diese quantitativ

topographische Veränderungen anhand der spektralen Leistungsdichte

(Leistung / Bandbreite des Frequenzbereiches). Sowohl in der

Kontrollgruppe, als auch in der Gruppe der Kreuzbandverletzten bildeten sich

die höchsten Leistungsdichten im Theta-Frequenzband jeweils frontal ab. Die

Aktivität in der ACL-Gruppe war dabei deutlich höher in diesem Bereich.

Ergebnisse 95

Abb. 15: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Theta Frequenzband zu Beginn der Winkelreproduktion

mit der jeweiligen Extremität (M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte)

(rot bis schwarz = deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Auch okzipetal fanden sich Aktivitätsregionen, die sich in der Intensität der

Aktivität zu Gunsten der Kreuzbandpatienten darstellten. An den einzelnen

Elektrodenpositionen spiegelte sich das Bild wider (Abb. 15). Man konnte

deutlich die gesteigerte Aktivität in beiden Gruppen in frontalen Hirnarealen

(Fz, F3, F4, F7, F8) erkennen. Im Gruppenvergleich lagen sowohl zum

Messzeitpunkt M1 als auch M5 höhere Leistungswerte auf Seiten der ACL-

Gruppe vor. Die höchsten Aktivitäten lagen in der Kontrollgruppe zu M1 und

M5 jeweils links-frontal an der Elektrodenposition F7, wohingegen die ACL-

Gruppe die höchsten Aktivitäten jeweils an der Elektrodenposition F8 hatte.

Ausnahmslos an allen Positionen waren höhere Leistungswerte bei den

Kreuzbandpatienten im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe existent.

Signifikant sind diese zu beiden dargestellten Messzeitpunkten an den

Elektrodenpositionen F3, F4, F8, O1 und O2, was auch der qualitativen

Beschreibung entspricht. Die weiteren, vereinzelt unsystematisch

auftretenden Signifikanzen sind im Anhang dargestellt (Anhang 11.4).

Ergebnisse 96

Abb. 16: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der

Winkelreproduktionen an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der

Kontroll- und ACL-Gruppe zu den Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte

Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)

[*p<.05, ** p<.01, ***p<.001]

Ergebnisse 97

Die spektrale Leistung lieferte an der Elektrodenposition Fz einen

Innersubjekteffekt (F3,60=3,196, p=.030), der sich post hoc in der ACL-

Gruppe in einer Leistungsabnahme zwischen M2-M3: T(2,711), p=.024 und

einer Zunahme zwischen M1-M4: T(-2,755), p=.022 manifestiert (Abb.15).

Qualitativ liegt die Leistung der Kreuzbandpatienten zu allen acht

Messzeitpunkten höher als die der Kontrollgruppe. Eine weitere statistische

Prüfung ergab keine weiteren Signifikanzen.

Links-frontal an der Position F3 ergab die statistische Prüfung anhand des

nicht parametrischen Mann-Whitney-U Tests in der ersten Hälfte (M1-M4)

einen Effekt mit dem Faktor Gruppe zu M1 (Z(-2,642), p=.008), M2 (Z(-

2,678), p=.007), M3 (Z(-2,180), p=.030) und M4 (Z(-2,343), p=.019). In der

zweiten Hälfte unterschieden sich die Gesunden von der rekonstruierten

Seite der ACL-Gruppe in M5 (Z(-2,673), p=.008), M6 (Z(-2,279), p=.023), M7

(Z(-1,947), p=.050) und M8 (Z(-2,606), p=.009). Hier detektierte die

nichtparametrische Prüfung mittels Friedman-Test einen Innersubjekteffekt

(Chi2=7.867, p=.049), der sich als signifikante Leistungssteigerung in der

Gruppe der Kontrollpersonen von M5 zu M7 (Z(-2,044), p=.041)

herausstellte.

Die Prüfung an der topographisch ebenfalls links-hemisphärisch liegenden

Elektrodenposition F7 wies durchgehend höhere Theta Leistungen in der

ACL-Gruppe auf, die allerdings sowohl im Zwischen- als auch im

Innersubjektvergleich kein Signifikanzniveau erreichten.

Rechts-hemisphärisch (F4) ergab die statistische Überprüfung der Faktors

Gruppe im Frontallappen signifikant höhere Werte in der ACL-Gruppe im

Vergleich zur Kontrollgruppe sowohl in der ersten (M1 (Z(-2,704), p=.007),

M2 (Z(-2,835), p=.005), M3 (Z(-2,607), p=.009), M4 (Z(-3,004), p=.002)), als

auch in der zweiten Phase des Experimentes (M5 (Z(-2,939), p=.003), M6

(Z(-2,408), p=.016), M7 (Z(-2,377), p=.017), M (Z(-3,038), p=.002)).

Vergleiche zwischen den Messzeitpunkten innerhalb der Gruppen konnten

keine signifikanten Unterschiede zeigen.

Ergebnisse 98

Abb. 17: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der fronto-zentralen Elektrodenposition (Fz)

[*p<.05, **p<.01, ***p<.001]

Abb. 18: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der links-frontalen Eleketrodenposition (F3)

[+p<.05, ++p<.01, +++p<.001]

Ergebnisse 99

Abb. 19: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Eleketrodenposition (F4)

[+ p<.05, ++ p<.01, +++ p<.001]

Abb. 20: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Eleketrodenposition (F4)

[+ p<.05, ++ p<.01, +++ p<.001]

Ergebnisse 100

An der Position F8 zeigten beide Seitenvergleiche M1-M4 und M5-M8

signifikant höhere Werte bei den Kreuzbandpatienten. Detailliert wurde das

Signifikanzniveau zu den Messzeitpunkten M1 (Z(-2,345), p=.017), M2 (Z(-

2,845), p=.003), M3 (Z(-2,215), p=.025) und M4 (Z(-2,869), p=.003) erreicht.

Dasselbe Bild zeigte sich im Vergleich der gesunden Seite der

Kontrollgruppe und der rekonstruierten Seite der Untersuchungsgruppe ACL

(M5 (Z(-2,410), p=.016), M6 (Z(-2,638), p=.008), M7 (Z(-2,177), p=.029), M8

(Z(-2,573), p=.010)).

In der qualitativen Betrachtung stellten sich die Aktivitäten im Theta

Frequenzband in den okzipitalen Arealen in der ACL-Gruppe statistisch

abgesichert höher dar, als in der Kontrollgruppe. Die spektralen Theta-

Leistungen der Patientengruppe ergaben an O1 (M1: (Z(-2,641); p<.008);

M2: (Z(-3,003); p<.003); M3: (Z(-2,244); p<.025); M4: (Z(-2,547); p<.011))

und an O2 im jeweiligen Vergleich beider Extremitäten (M1: (Z(-3,108);

p<.002); M2: (Z(-3,336); p<.001); M3: (Z(-2,409); p<.016); M4: (Z(-2,411);

p<.016); M5: (Z(-2,544); p<.011); M6: (Z(-2,279); p<.023); M7: (Z(-2,343);

p<.019); M8: (Z(-2,318); p<.020) signifikant höhere Leistungen im Vergleich

zu den Kontrollpersonen. Der Friedman Test ergab eine Interaktion zwischen

den Messzeitpunkten an der Position O1 (M1-M4: Chi2=12,188 p=.007; M5-

M8: Chi2=9,075, p=.028) und an der Position O2 (M5-M8: Chi2=8.829,

p=.032) im Zeitverlauf. Innerhalb der Gruppen war ein signifikanter Anstieg

der Leistungswerte post hoc an O1 (M1-M2: Z(-2,231), p=.021; M1-M4: Z(-

2,295), p=.022; M5-M6: Z(-2,654), p=.008; M5-M7: Z(-2,041), p=.041)

ausschließlich in der Gruppe der Kreuzbandrekonstruierten existent,

wohingegen an der Position O2 die Kontrollgruppe zwischen M2-M3: Z(-

2,249), p=.025 und M1-M3: Z(-2,033), p=.042 sowie die ACL-Gruppe

zwischen M5-M8: Z(-2,549), p=.011 Unterschiede aufwiesen.

Alpha-1 Frequenz

In der qualitativen Betrachtung der Alpha-1 Frequenz zu den

Messzeitpunkten M1 (erste / unverletzte Extremität) und M5 (zweite /

verletzte Extremität) fiel die geringere spektrale Leistungsdichte

insbesondere in den parietalen und temporalen Hirnarealen in der ACL-

Gruppe im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe auf.

Ergebnisse 101

Abb. 21: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Alpha-1 Frequenzband zu Beginn der Winkelreproduktion

mit der jeweiligen Extremität (M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte)

(rot bis schwarz = deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Dies zeigte sich sowohl in der linken, als auch in der rechten Hemisphäre. Im

Vergleich der der beiden Extremitäten innerhalb der Gruppen konnten zum

Messzeitpunkt M1 geringfügig höhere Aktivitäten festgestellt werden, die sich

fronto-zentral in beiden Gruppen zeigten (Abb. 21).

Der Gruppenunterschied spiegelte sich an den einzelnen

Elektrodenpositionen wider. An allen Elektrodenpositionen war eine höhere

spektrale Leistung in der gesunden Kontrollgruppe zu erkennen (Abb. 22).

Die statistische Analyse war allerdings in keinem Areal des Gehirns

signifikant. Die deutlichsten Gruppenunterschiede zeigten sich konform zu

der qualitativen Bewertung der Brain Maps (parietal: Pz, P3, P4; temporal:

T3, T4, T5, T6). Die geringfügig höheren Leistungswerte zum Messzeitpunkt

M1 im Vergleich zu M5 bestätigten den Eindruck der Brain Maps an der

Elektrodenposition Fz.

Ergebnisse 102

Abb. 22: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der

Winkelreproduktionen an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der

Kontroll- und ACL-Gruppe zu den Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte

Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)

Ergebnisse 103

Die Statistik konnte auch im globalen Alpha-1 Leistungsspektrum (gemittelt

über alle Elektroden) zu den einzelnen Messzeitpunkten keine signifikanten

Unterschiede zwischen den Gruppen ermitteln.

Abb. 23: Globale, über alle 17 Elektrodenpositionen gemittelte, spektrale Leistungen

[µV2] im Alpha-1 Frequenzband. Dargestellt sind jeweils MW ± SD in der

Kontroll- und ACL-Gruppe an den jeweiligen Messzeitpunkten

[* p<.05, ** p<.01, *** p<.001]

Allerdings zeigte sich ein signifikanter Innersubjekteffekt in der GLM von M1

bis M4 (F3,20=13,064, p=.002). Post hoc bestätigte sich dieser Effekt

innerhalb der Kontrollgruppe von M1 zu M2 (T(-2,220); p=.048), M2 zu M3

(T(-2,567); p=.026) und M1 zu M4 (T(-2,734); p=.019). Die durchweg

geringeren spektralen Leistungen der globalen Alpha-1 Frequenz zeigten in

der ACL-Gruppe lediglich ein signifikant höheres Niveau von M4 verglichen

mit M1 (T(-4,362); p=.002), M2 (T(-3,370); p=.008) und M3 (T(-2,689);

p=.025). Eine detaillierte statistische Analyse ergab an verschiedenen

Elektrodenpositionen Innersubjekteffekte, die durch signifikant höhere Alpha-

1 Leistungen in der Kontrollgruppe zustande kamen und im Einzelnen im

Anhang aufgeführt sind (Anhang 11.4). Die Prüfung der anderen/verletzten

Extremität ergab keine Signifikanzen innerhalb der Untersuchungs- bzw. der

Kontrollgruppe.

Alpha-2 Frequenz (9,75-12,5 Hz)

Die Brain Maps des Alpha-2 Frequenzbandes zeigten deutlich höhere

spektrale Leistungsdichten in der Kontrollgruppe, die insbesondere in den

Ergebnisse 104

parietalen und okzipitalen Rindenregionen des Gehirns auffällig waren.

Während man in der Kontrollgruppe im Seitenvergleich zum Zeitpunkt M1

eine höhere Leistungsdichte anhand der helleren Farben erkennen konnte,

zeigte sich eine Zunahme der Alpha-2 Aktivität von M1 zu M5 in der

Untersuchungsgruppe rechts-parietal (Abb. 24).

Die Betrachtung der einzelnen Elektrodenpositionen vermittelte in der

Übersicht ein ähnliches Bild. In der Kontrollgruppe waren die höchsten

Alpha-2 Leistungswerte an den Elektrodenpositionen P3, P4, Pz und T4

existent, wohingegen die höchsten Werte der ACL-Gruppe an den Positionen

O1 und O2 lagen (Abb. 25).

Der nichtparametrische Mann-Whitney-U Test detektierte in der zweiten

Untersuchungshälfte von M5-M8 zwischen der gesunden Extremität der

Kontrollgruppe und der verletzten Seite der Kreuzbandpatienten signifikant

höhere Alpha-2 Aktivitäten an den links-parietalen Elektrodenposition P3

(M7: Z(-2,012); p=.044; M8: Z(-2,608); p=.009) und zu den Messzeitpunkten

M5 (Z(-2,210); p=.027) und M7 (Z(-2,243); p=.025) rechts-parietal (P4).

Abb. 24: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Alpha-2 Frequenzband zu Beginn der Winkelreproduktion

mit der jeweiligen Extremität (M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte)

(rot bis schwarz =deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Ergebnisse 105

Abb. 25: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der

Winkelreproduktionen an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der

Kontroll- und ACL-Gruppe zu den Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte

Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)

Ergebnisse 106

Abb. 26: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der parietalen Eleketrodenposition (Pz)

Des Weiteren ergab die GLM einen Zwischensubjekt an T6 (F1,20=5,118;

p=.035) der sich post hoc zum Messzeitpunkt M8 (T(2,267); p=.035)

manifestierte. Im zentralen parietalen Bereich (Pz) konnte man durchgehend

höhere Alpha-2 Aktivitäten in der Kontrollgruppe erkennen, die aber kein

Signifikanzniveau erreichten.

Bezüglich der Innersubjekteffekte lohnte sich ebenfalls eine genauere

Betrachtung der parietalen und temporalen Elektrodenpositionen, da sich in

diesen Arealen Interaktionen innerhalb der Gruppen zeigten. Links-parietal

(P3) ergab der Friedman Test von M5 bis M8 eine signifikante Interaktion

(Chi2=14,958; p=.002). Die weitere Prüfung wies hier in der Kontrollgruppe

zwischen M5 und M6 (Z(-2.049); p=.040) und M5-M8 (Z(-2.002); p=.045)

sowie in der ACL-Gruppe eine Interaktion zwischen M5 und M8 (Z(-2,552);

p=.011) auf. Darüberhinaus erreichten die Innersubjekteffekte in den

Gruppen kein Signifikanzniveau, haben allerdings in der Kontrollgruppe die

Tendenz, über die Messzeitpunkte anzusteigen, wohingegen die ACL-

Gruppe mit ihren Leistungswerten unterhalb der Kontrollgruppe und zu den

Messzeitpunkten auf ähnlichem Niveau bleibt.

Betrachtet man die Entwicklung der Alpha-2 Leistungen an den temporalen

Positionen fällt zunächst die hohe Variabilität in der Kontrollgruppe an T6 im

Ergebnisse 107

Vergleich zu T3, T4 und T5 auf.

Abb. 27: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der links-parietalen Eleketrodenposition (P3)

[+ p<.05, ++ p<.01, +++ p<.001]

Abb. 28: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-parietalen Eleketrodenposition (P4)

[+ p<.05, ++ p<.01, +++ p<.001]

Ergebnisse 108

Von M5 bis M8 zeigte die Statistik einen signifikanten Unterschied zwischen

den Gruppen von M5 bis M8 (F1,20=5,118; p=.035). Aufgrund der schon

beschriebenen hohen Standardabweichungen war dieser

Gruppenunterschied nur zum Messzeitpunkt M8 (T(2,267); p=.035)

vorhanden.

Prüfte man temporal in beiden Hemisphären auf Interaktionen zwischen den

Messzeitpunkten, so erhielt man rechtshemisphärisch an der

Elektrodenpositionen T4 zwischen M1 und M4 (F3,20=4,579; p=.006; post hoc

nur in der ACL-Gruppe zwischen M1-M2: T(-2,928); p=.017 und M1-M3: T(-

2,415); p=.039) und zwischen M5 und M8 (F3,20=3,424; p=.023; post hoc nur

in der Kontrollgruppe zwischen M5-M6: (T(-2,209); p=.049), M6-M7: T(-

2,808); p=.017 und M5-M7: T(-4,360); p=.001), sowie an T6 zwischen der

gesunden Seite der Kontrollgruppe und der unverletzten Seite der

Untersuchungsgruppe (M1-M4) einen signifikanten Effekt (F3,20=2,783;

p=.003), der sich in einem Anstieg von M2 zu M4 (T(-2,325); p=.045) in der

ACL-Gruppe widerspiegelte.

Abb. 29: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an den temporalen Elektrodenposition (T3, T4, T5, T6)

[* p<.05, ** p<.01, *** p<.001]

Ergebnisse 109

Weiterhin war linkshemisphärisch an T5 zwischen M5 und M8 einen

Innersubjekteffekt ((F3,20=2,370; p=.044) zu finden, der in der weiteren

Analyse in der Gruppe der Kreuzbandpatienten in einem signifikanten

Anstieg von M5 zu M8 (T(3,408); p=.008) deutlich wird.

Beta-1 Frequenz (12,75-18,5 Hz)

Bei der qualitativen Betrachtung der Messzeitpunkte M1 und M5 innerhalb

des Beta-1 Frequenzspektrums fielen keine Unterschiede zwischen beiden

Gruppen auf. In beiden Gruppen spiegelten die gelben Farbtöne eine höhere

Beta-1 Aktivität in den frontalen und besonders in den okzipitalen Hirnarealen

wider. Dies galt sowohl für die erste/unverletzte, als auch für die

zweite/verletzte Extremität.

Bei einer detaillierteren Betrachtung bezüglich der einzelnen

Elektrodenpositionen verfestigte sich das Bild. Hier zeigte sich die deutlich

erhöhte Aktivität insbesondere in den okzipitalen Elektrodenpositionen. Die

höchsten Beta-1 Aktivitäten ließen sich in der Kontrollgruppe an den

Abb. 30: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Beta-1 Frequenzband zu Beginn der Winkelreproduktion

mit der jeweiligen Extremität (M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte)

(rot bis schwarz = deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Ergebnisse 110

Abb. 31: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der

Winkelreproduktionen an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der

Kontroll- und ACL-Gruppe zu den Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte

Extremität) und M5 (zweite/verletzte Extremität)

Ergebnisse 111

Elektrodenpositionen O1 und O2, in der Gruppe der Kreuzbandverletzten an

O1, T4 und T5 erkennen.

Der größte Unterschied zwischen beiden Gruppen fiel zum Messzeitpunkt

M1 links-okzipital mit höheren Werten in der Kontrollgruppe und zum

Messzeitpunkt M5 fronto-zentral (Fz) auf. Die Unterschiede hielten jedoch

keiner statistischen Analyse stand. Auch an den anderen

Elektrodenpositionen konnte im Beta-1 Frequenzband weder ein signifikanter

Zwischen-, noch ein Innersubjekteffekt gezeigt werden.

Zusammenfassend kann man festhalten, dass sich auf kortikaler Ebene die

entscheidenden Ergebnisse im Vergleich zwischen den Gruppen in der

frontalen Theta-Leistung, sowie in der parietalen Alpha-2 Frequenz zeigten.

Wohingegen die Unterschiede in der frontalen Thetafrequenz durchgehend

für beide Extremitäten über alle Messzeitpunkte existent waren, stellten sich

Unterschiede in der parietalen Alpha-2 Leistung nur im Vergleich der

betroffenen Seite der Kreuzbandpatienten im Vergleich zu den gesunden

Kontrollpersonen ein. Bezüglich der Aneignung der Aufgabe zeigten sich

kortikal elektrische Veränderungen insbesondere in einem Anstieg der Alpha-

1 Frequenz weit verteilt über dem Kortex, sowie in den Alpha-2

Leistungswerten an parietal-temporalen Elektrodenpositionen.

6.2.3 Einfluss der Verletzung auf die mentale Vorstellung

Bei der Betrachtung der Brain Maps in den Frequenzen Theta, Alpha-1,

Alpha-2 und Beta-1 waren Unterschiede zwischen den Gruppen der

Kreuzbandpatienten und den gesunden Kontrollpersonen festzustellen.

In der spektralen Theta-Leistung war die Aktivierung in beiden Gruppen

(insbesondere frontal) durchaus vergleichbar. In der Kontrollgruppe war die

okzipitale Leistung größer und reicht bis in die parietalen Bereiche. Die

Alpha-1 Aktivierung wies deutliche Unterschiede zwischen beiden Gruppen

aus. Größere spektrale Leistungsdichten konnte man hier in der

Kontrollgruppe fronto-zentral und okzipital erkennen. Die ACL-Gruppe war in

den temporalen Bereichen beider Hemisphären deutlich geringer aktiviert, als

die Vergleichsgruppe. Die helleren Farben in den Brain Maps der Alpha-2

Darstellung wiesen auf eine höhere frontale Aktivierung bei den Patienten

der Kreuzbandgruppe im Vergleich zu den gesunden Kontrollpersonen hin.

Ergebnisse 112

Auch im Beta-1 Frequenzband waren Unterschiede in der qualitativen

Betrachtung der Brain Maps vorhanden.

Abb. 32: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Theta, Alpha-1, Alpha-2 und Beta-1 Frequenzband

während der mentalen Vorstellung der Winkelreproduktion

(rot bis schwarz =deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Ergebnisse 113

Abb. 33: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der mentalen Vorstellung

der Winkelreproduktionen (M9) und der anschließenden Ruhephase (M10) an

den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe

Ergebnisse 114

Die spektrale Leistungsdichte der gesunden Kontrollgruppe war im frontalen

Hirnbereich deutlicher ausgeprägt, als in der ACL-Gruppe. Zusätzlich reichte

die Aktivierung in der Kontrollgruppe bis in die parietalen Gebiete des Kortex.

Um Unterschiede zwischen den Gruppen und innerhalb der Gruppen im

Vergleich zur auf die mentale Vorstellung der Bewegung folgende

Erholungsphase zeigen zu können, wurde nach Prüfung auf

Normalverteilung eine GLM mit Messwiederholung mit dem Faktor Gruppe

und dem Faktor Messzeitpunkte (M9-M10) durchgeführt. Das Ergebnis der

Überprüfung auf Gruppenunterschiede zeigte signifikant höhere, spektrale

Alpha-2 Leistungen an den okzipitalen Elektrodenpositionen O1 und O2

(Tab. 5). Alle anderen Gruppenvergleiche stellten sich als nicht signifikant

heraus. Eine Überprüfung auf Interaktionen zwischen den Messzeitpunkten

M9 und M10 (Augen zu) ergab signifikante Effekte insbesondere in der

spektralen Beta-1 Bandleistung, die sich im Weiteren als ausschließliche

Veränderung innerhalb der ACL-Gruppe herauskristallisierten (Tab. 5).

Tab. 5: Darstellung der Zwischen- und Innersubjekteffekte während der mentalen

Vorstellung der Winkelreproduktion (M9) sowie der anschließenden

Ruhephase (M10 – Augen geschlossen)

Ergebnisse 115

6.3 Experiment 2: Kraftreproduktion

6.3.1 Anthropometrische und psychometrische Daten

Die Gruppe der Kreuzbandverletzten unterschied sich in Alter, Größe und

Gewicht nicht von der gesunden Kontrollgruppe. Durch Krankheit konnte ein

Patient nicht am Experiment 2 teilnehmen, so dass die ACL-Gruppe während

der Kraftreproduktionen aus 9 Patienten bestand.

Bezüglich des HAKEMP Fragebogens blieb die Verteilung in den einzelnen

Items Lageorientierung nach Misserfolg (LOM), nach Handlungsplanung

(LOP) und nach Tätigkeitsausführung (LOT) gleich und die Gruppen waren

ebenfalls in diesem zweiten Experiment bezüglich der psychologischen

Disposition gleich verteilt.

In der allgemeinen Angstneigung zeigten die Kreuzbandpatienten einen

höheren Score als die Kontrollgruppe, der aber kein Signifikanzniveau

erreichte. Dieser Trend der höheren Scorewerte in der ACL-Gruppe setzt

sich auch bei der Messung der momentanen Angstneigung fort. Die GLM

identifizierte hier einen Gruppeneffekt (F1,19=7,391; p=.014), der sich in der

weiteren Analyse als signifikanter Gruppenunterschied in der Messung nach

dem Experiment herausstellte (T(-2,791); p=.012), mit dem höheren Score

auf Seiten der Kreuzbandpatienten (Abb. 34).

Zieht man die visuelle Analogskala zur Ermittlung des subjektiven

Stressempfindens hinzu, konnte man innerhalb der ACL-Gruppe eine

kontinuierliche Steigerung über die Messzeitpunkte mit dem höchsten Wert in

der Abschlussmessung erkennen. Innerhalb der Kontrollgruppe stiegen die

Werte von der Eingangsmessung (Ruhe) zur Messung nach M4 (höchster

Wert) an, um danach wieder abzufallen (auf das Ausgangsniveau nach Ende

des Experimentes). Allerdings konnten sowohl im Zwischen- als auch im

Innersubjektvergleich keine signifikanten Unterschiede aufgezeigt werden.

Ergebnisse 116

Abb. 34: Psychometrische Daten der durchgeführten Tests STAI (A) und VAS (B)

während des Experimentes Kraftreproduktion in den Gruppen control und ACL

6.3.2 Einfluss der Verletzung auf die Kraftreproduktionen

6.3.2.1 Performance

Die Leistung im Kraftreproduktionsexperiment wurde durch die prozentuale

Abweichung von den mit visuellem Feedback durchgeführten

Kraftreproduktionen von 50% der willentlich aktivierbaren maximalen Kraft

ausgedrückt. Um eine Ermüdung über die einzelnen Messzeitpunkte

auszuschließen, wurde in einem Vorexperiment im gleichen Studiendesign

bei gesunden Probanden (N=10) mittels t-Test für abhängige Stichproben auf

Ergebnisse 117

Unterschiede der Maximalkraft vor und nach den Kraftreproduktionen

geprüft. Die statistische Prüfung zeigte keine signifikanten Unterschiede im

Verlauf der Untersuchung. Die Korrelation der Maximalkraft vor und nach

den Reproduktionen weist mit r=.927 auf einen hohen Zusammenhang hin

(IEMG M.rectus femoris: r=.921; IEMG M.vastus medialis: r=.813; IEMG

M.vastus lateralis: r=.999). Daher wurde angenommen, dass die Ermüdung

während des Experimentes keinen Einfluss auf die Ergebnisse nimmt.

Die Gruppe der Kreuzbandpatienten reproduzierte im Mittel 13 mal die Kraft

innerhalb der vier Minuten eines Messzeitraumes, wohingegen die

Kontrollgruppe durchschnittlich 12 Wiederholungen pro Messzeitraum

durchführte.

Ein Vergleich der beiden Gruppen zeigte im ersten Teil von M1 zu M4, dass

die Kreuzbandpatienten ihre größte Abweichung zum Messzeitpunkt M2

hatten, wohingegen die Kontrollgruppe den größten Fehler im ersten

Durchgang hatte. Beide Gruppen erreichten die besten Leistungen im letzten

Durchgang (M4). Die statistische Prüfung dieser Reihe M1 bis M4 ergab

keine Zwischen- (F1,18=.237; p=.632) und Innersubjekteffekte (F3,54=1,976;

p=.602).

Abb. 35: Ergebnisse der sensomotorischen Leistungen in den Untersuchungsgruppen

zu den Messzeitpunkten M1 – M8 dargestellt anhand der Mittelwerte und

Standardabweichungen des Reproduktionsfehlers [Abweichung vom

Zielwinkel in °]

Ergebnisse 118

Auch von M5-M8 lieferte eine statistische Überprüfung keine Signifikanzen

zwischen (F1,18=.104; p=.751) und innerhalb der Gruppen (F3,54=.625;

p=.602). In beiden Gruppen war die Abweichung darauf zurückzuführen,

dass die eingesetzte Kraft oberhalb der geforderten 50% der Maximalkraft

lag.

Auch bei den Latenzen vom ersten Onset der elektrischen Muskelaktivierung

bis zum Erreichen der Plateauphase, konnten weder Unterschiede zwischen,

noch innerhalb der Gruppen festgestellt werden. Die Latenzen lagen in der

Kontrollgruppe zwischen 0,68 und 1,17 Sekunden und in der ACL-Gruppe in

einem Bereich von 0,81-1,16 Sekunden.

6.3.2.2 Neuromuskuläre Aktivität

Das absolute IEMG des M.rectus femoris der Kontrollgruppe lag im

Gruppenvergleich zu allen Messzeitpunkten – sowohl M1-M4 als auch M5-

M8 – geringfügig höher als das der Untersuchungsgruppe (Tab. 6).

Allerdings erreicht der Gruppenvergleich zu keinem Messzeitpunkt

Signifkanzniveau. Allerdings identifizierte die GLM zwischen den

Messzeitpunkten M5 und M8 einen Effekt (F3,54=3,050; p=.036), der sich in

der folgenden post hoc Prüfung mittels t-Test in der ACL-Gruppe als

signifikant zwischen M5 und M6 (T(3,041); p=.016), sowie M5 und M7

(T(3,464); p=.009) darstellte.

Tab. 6: Neuromuskuläre Aktivität (iEMG [V]) in MW ± SD der an der Extension

beteiligten Muskeln M.rectus femoris, M.vastus medialis und M.vastus lateralis

Die elektrische Aktivität des M.vastus medialis offenbarte größere

Unterschiede zwischen den Gruppen als die des M.rectus femoris, die

Ergebnisse 119

allerdings kein Signifikanzniveau erreichten. Ein Innersubjekteffekt wurde

auch nicht deutlich.

Abb. 36: Anteilige Beteiligungen [%] der einzelnen Muskeln an der Gesamtaktivität

[100%] während der Kraftreproduktionen zu den Messzeitpunkten M1 bis M8 in

der Kontroll- und ACL-Gruppe

Beim Vergleich der Muskelaktivitäten des M.vastus lateralis fiel auf, dass sich

die Aktivitäten von Messzeitpunkt M1 bis M4 nur marginal, allerdings von M5

bis M8 deutlicher unterschieden. Auch hier waren weder im

Gruppenvergleich, noch über die Messzeitpunkte innerhalb der Gruppen

signifikante Unterschiede auszumachen.

Abb. 36 zeigt die anteilige Aktivität der einzelnen Muskeln an der

Gesamtbewegung. Die höchste Aktivität lag dabei beim M.vastus medialis

und der niedrigste Anteil beim M.rectus femoris. Im Gruppenvergleich waren

geringe Unterschiede zwischen den Gruppen beim M.vastus lateralis (M1-

M4; ACL-Gruppe kontinuierlich höher) und beim M.vastus medialis (M1-M4;

Kontrollgruppe kontinuierlich höher) erkennbar. Allerdings stellten sich keine

Signifikanzen ein.

Ergebnisse 120

6.3.2.3 zentrale Aktivität

Theta (4,75 – 6,74 Hz)

In der qualitativen Map-Darstellung waren deutliche Unterschiede in der

zentralen Aktivierung im Theta-Frequenzband zu erkennen. Detailliert

betrachtet, waren die durch gelb /weiß dargestellten hohen spektralen

Leistungsdichten frontal und okzipital in der Kreuzbandgruppe auffällig. In der

Betrachtung der spektralen Leistungen an den einzelnen

Elektrodenpositionen bestätigte sich der Eindruck. In beiden Gruppen waren

die höchsten spektralen Leistungen insbesondere frontal und okzipetal

existent. Des Weiteren ist anzumerken, dass die Theta Leistungswerte der

ACL-Gruppe an allen Elektrodenposition bis auf T6 höher lag als bei den

Kontrollpersonen.

Abb. 37: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Theta Frequenzband zu Beginn der Kraftreproduktion mit

der jeweiligen Extremität (M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte)

(rot bis schwarz = deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Ergebnisse 121

Abb. 38 : Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Kraftreproduktionen

an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe

zu den Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5

(zweite/verletzte Extremität) [*p<.05, ** p<.01, ***p<.001]

Ergebnisse 122

Abb. 39: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Elektrodenposition (Fz)

[+ p<.05, ++ p<.01, +++ p<.001]

Die statistische Überprüfung ergab signifikant höhere Leistungen in der ACL-

Gruppe an den Elektrodenpositionen Fz zu den Messzeitpunkten M1 (Z(-

2,846); p=.004), M2 (Z(-2,593); p=.009), M3 (Z(-1,956); p=.049) und M6 (Z(-

2,046); p=.041) ohne Interaktion zwischen den Messzeitpunkten.

Darüberhinaus stellte sich ein signifikanter Gruppenunterschied im links-

frontalen (F3) Gehirnareal zu den Messzeitpunkten M1 (Z(-2,046); p=.039)

und M2 (Z(-2,418); p=.016) ein. Die Prüfung auf Unterschiede im Verlauf in

den beiden Gruppen ergab eine signifikant größere Theta-Leistung in der

Kontrollgruppe von M7 im Vergleich zu M5 (Z(-2,002); p=.045), die auch in

der ACL-Gruppe identifiziert werden konnte (Z(-1,963); p=.050) (Abb. 40).

Signifikant höhere Aktivitäten im Theta-Frequenzband gab es im rechten

Frontallappen (F4; Abb.41). Diese zeigten sich im ersten Teil des

Experimentes (M1-M4; F1,19=4,756; p=.040), die sich nach weiterer Prüfung

zu den Messzeitpunkten M1 (T(-3,062);p=.006) und M2 (T(-2,106); p=.049)

fanden. Weitere Signifikanzen konnten nicht gezeigt werden.

Die beiden noch fehlenden Elektrodenpositionen im Frontallappen F7 und F8

zeigten in jedem Messdurchgang höhere Aktivitäten in der ACL-Gruppe, die

allerdings nicht statistisch gestützt werden konnten. Die GLM konnte weder

Ergebnisse 123

zwischen M1 und M4, noch zwischen M5 und M8 Interaktionen zwischen den

einzelnen Messzeitpunkten feststellen.

Abb. 40: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Elektrodenposition (F3)

[+ p<.05, ++ p<.01, +++ p<.001]

Abb. 41: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Theta-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-frontalen Elektrodenposition (F4)

[* p<.05, ** p<.01, *** p<.001]

Ergebnisse 124

Alpha-1 (7,0-9,5 Hz)

Im Alpha-1 Frequenzband zeigte sich eine Synchronisation in frontalen und

parieto-okzipitalen Rindenregionen. Diese Synchronisation war in der ACL-

Gruppe sowohl mit der unverletzten, als auch mit der verletzten Seite

deutlicher ausgeprägt, gekennzeichnet durch höhere spektrale

Leistungsdichten als in der gesunden Kontrollgruppe. Im Vergleich der

Alpha-1 Aktivität im Verlauf von M1 zu M5 waren in den Brain Maps qualitativ

keine Unterschiede auszumachen (Abb. 42).

Abb. 42: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Alpha-1 Frequenzband zu Beginn der Kraftreproduktion

mit der jeweiligen Extremität (M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte)

(rot bis schwarz = deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Bei der Ansicht der einzelnen Elektrodenpositionen zeigten sich die höchsten

Werte in beiden Gruppen frontal und okzipetal, wohingegen die größten

Unterschiede der spektralen Leistungswerte zwischen den Gruppen an den

temporalen und frontalen Elektrodenpositionen gefunden wurden.

Ergebnisse 125

Abb. 43: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Kraftreproduktionen

an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe

zu den Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5

(zweite/verletzte Extremität)

[*p<.05, ** p<.01, ***p<.001]

Ergebnisse 126

Im Vergleich der über allen 17 Elektrodenpositionen gemittelten, globalen

Alpha-1 Frequenz (Abb. 44) spiegelten diese deutlich höhere kortikale

Aktivitäten in der Kontrollgruppe verglichen mit denen der ACL-Gruppe wider.

Abb. 44: Globale, über alle 17 Elektrodenpositionen gemittelte, spektrale Leistungen

[µV2] im Alpha-1 Frequenzband. Dargestellt sind jeweils MW ± SD in der

Kontroll- und ACL-Gruppe zu den jeweiligen Messzeitpunkten

Weiterhin waren die individuellen Streuungen in der Kontrollgruppe bei

weitem größer, als in der Gruppe der Patienten. Im Verlauf über die

Messzeitpunkte konnte man in der Kontrollgruppe ein Ansteigen der Alpha-1

Leistungen in beiden Extremitäten erkennen, wohingegen die ACL-Gruppe

auf annähernd gleich bleibendem, niedrigeren Niveau lag. Die statistische

Signifikanzprüfung stützte die Eindrücke jedoch nicht und identifizierte keine

signifikanten Zwischen- und Innersubjekteffekte.

Alpha-2 (9,75 -12,5 Hz)

In der qualitativen Analyse stellte sich das Alpha-2 Frequenzband zu den

jeweiligen Messzeitpunkten in den beiden Gruppen unterschiedlich dar. Man

konnte in der Abb. 45 höhere Leistungsdichten in der Kontrollgruppe in

nahezu allen Hirngebieten (frontal, zentral, parietal, temporal und okzipetal)

erkennen. Insbesondere die deutlich geringeren spektralen Leistungsdichten

in der ACL-Gruppe fielen im parieto-okzipitalen Bereich auf. Im Vergleich der

beiden Seiten (control: erste (M1) und zweite (M5) Extremität; ACL

Ergebnisse 127

unverletzte (M1) bzw. verletzte (M5) Seite) zeigten sich keine offensichtlichen

Unterschiede. Zur detaillierteren Analyse half eine Darstellung an den

einzelnen Elektrodenpositionen (Abb. 46).

Abb. 45: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Alpha-2 Frequenzband zu Beginn der Kraftreproduktion

mit der jeweiligen Extremität (M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte)

(rot bis schwarz = deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Insgesamt konnte man feststellen, dass die Alpha-2 Aktivitäten in der

Kontrollgruppe an allen Positionen außer T3 höher waren, als die der

kreuzbandrekonstruierten Patienten. Die höchsten Aktivitäten zeigte die

Kontrollgruppe wie schon anhand der Brain Maps beschrieben im Parietal-

bzw. Okzipitallappen aber auch im rechten temporalen Bereich (T6). Hier

waren auch die größten Unterschiede zur ACL-Gruppe existent (parietal: Pz,

P3, P4, temporal: T4, T6). Zunächst lohnte sich ein detaillierter Blick auf die

einzelnen Messpunkte des Parietallappens.

Ergebnisse 128

Abb. 46: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Kraftreproduktionen

an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe

zu den Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5

(zweite/verletzte Extremität)

Ergebnisse 129

Im parieto-zentralen Bereich (Pz; Abb.47) lagen die Alpha-2 Leistungen in

der Kontrollgruppe zu allen Messzeitpunkten höher als in der ACL-Gruppe.

Allerdings konnte die GLM weder im ersten, noch im zweiten Teil des

Experimentes signifikante Gruppeneffekte identifizieren.

Abb. 47: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der parieto-zentralen Elektrodenposition (Pz)

[* p<.05, ** p<.01, *** p<.001]

Abb. 48: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2-Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an der rechts-parietalen Elektrodenposition (P3)

[* p<.05, ** p<.01, *** p<.001]

Ergebnisse 130

Die Statistik zeigte eine Interaktion im ersten Teil (F3,57=3,076; p=.047), die

sich in einem signifikanten Anstieg der Aktivitäten von M2 zu M3 (T(-2,332);

p=.040) in der Kontrollgruppe und zwischen M1 und M2 in der ACL-Gruppe

äußerte (T(-2,557); p=.033).

Auch an der Elektrodenpositionen P3 zeigten sich die Alpha-2 Leistungen

der Kontrollgruppe zu allen Messzeitpunkten erhöht gegenüber der

Untersuchungsgruppe. Aufgrund der hohen individuellen Streuung in der

Kontrollgruppe konnten keine Signifikanzen festgestellt werden. Auch

innerhalb der Gruppen konnte nur ein Innersubjekteffekt in der ACL-Gruppe

zwischen dem ersten und dem dritten Messzeitpunkt errechnet werden

(F3,57=2,910; p=.042 / T(-3,908); p=.004). Alle weiteren statistischen

Vergleiche stellten sich als nicht signifikant heraus.

Abb. 49: Entwicklung der spektralen Leistungen [µV2] im Alpha-2 Frequenzbereich der

beiden Gruppen control und ACL von M1-M4 (gesund/unverletzt) und M5-M8

(gesund/verletzt) an den temporalen Elektrodenposition (T3, T4, T5, T6)

[* p<.05, ** p<.01, *** p<.001]

In der qualitativen Analyse fielen außerdem die temporalen

Elektrodenpositionen auf. Betrachtete man diese genauer, konnte man

Ergebnisse 131

feststellen, dass rechts temporal an T4 und T6 die Aktivitäten deutlich höher

liegen als in der Gruppe der Kreuzbandpatienten, dies aber links-temporal

nicht oder nur teilweise für T3 und T5 zutraf. Dies ließ sich allerdings nicht

durch statistische Signifikanzen stützen. Als Innersubjekteffekt zeigte die

GLM einen signifikanten Anstieg in der ACL-Gruppe an Position T3

(F2,386;45,326=3,022; p=.037), von M2 zu M3 (T(-3,105); p=.015) und von M1

zu M4 (T(-2,645); p=.029) und an der Position T5 (F3,57=5967; p=.001)

zwischen M1 und M2 (T(-2,840); p=.022). In der Kontrollgruppe gab es eine

Interaktion rechts-temporal an der Position T4 zwischen M1 und M4

(F3,57=3,661; p=.017 / T(-2,813); p=.017).

Beta-1 (12,75 – 18,5 Hz)

Die qualitative Analyse offenbarte nur geringe Unterschiede zwischen den

Gruppen der Kreuzbandverletzten und der Kontrollpersonen. Die helleren

Farben frontal und parietal (insbesondere ACL: M5) signalisierten in der

ACL-Gruppe eine erhöhte Aktivität in diesen Arealen im Vergleich zu den

Kontrollpersonen.

Abb. 50: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Beta-1 Frequenzband zu Beginn der Kraftreproduktion

mit der jeweiligen Extremität (M1: erste/unverletzte; M5: zweite/verletzte)

(rot bis schwarz = deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Ergebnisse 132

Abb. 51: Übersicht der spektralen Leistungen [µV2] während der Kraftreproduktionen

an den 17 gemessenen Elektrodenpositionen in der Kontroll- und ACL-Gruppe

zu den Messzeitpunkten M1 (erste/unverletzte Extremität) und M5

(zweite/verletzte Extremität)

Ergebnisse 133

Insgesamt waren deutliche Aktivitäten beider Gruppen in den okzipitalen und

temporalen Arealen zu sehen. Ein genauerer Blick anhand der einzelnen

Elektrodenposition bestätigte die Beschreibung anhand der Brain Maps. Die

höchsten Aktivitäten in beiden Gruppen fanden sich okzipital mit höheren

Leistungswerten in der Kontrollgruppe. Links-temporal waren die Aktivitäten

der ACL-Gruppe leicht erhöht gegenüber der Kontrollgruppe, wohingegen

sich das Bild im rechten Temporallappen umkehrt. Allerdings stellte sich

nach statistischer Prüfung an keiner Position ein signifikanter Unterschied

zwischen den Gruppen ein. Nur an einer Stelle gab es einen

Interaktionseffekt: In der ACL-Gruppe zeigte sich ein signifikanter Anstieg an

der Elektrodenposition Cz (F2,421;46,002=3,163; p=.031) zwischen den

Messzeitpunkten M1 und M2 (T(-2,857); p=.021) bzw. M3 (T(3,600); p=.007).

Zusammenfassend läßt sich postulieren, dass nur vereinzelte

Gruppenunterschiede in der elektrischen kortikalen Aktivität auffällig waren.

Diese zeigte sich in den ersten Messdurchgängen zwischen der nicht

betroffenen Extremität der ACL-Gruppe und den Kontrollpersonen. Zwischen

der betroffenen Extremität und der Kontrollgruppe war nur ein Parameter

zum Messzeitpunkt M6 signifikant (Theta Fz). Die Aneignung der Aufgabe

bildet sich fast ausschließlich in den Alpha-2 Leistungswerten der posterioren

Elektrodenpositionen in beiden Gruppen ab. Signifikanzen im Alpha-1

Frequenzband fehlen gänzlich.

6.3.3 Einfluss der Verletzung auf die mentale Vorstellung

Auch im zweiten Experiment sollen die zentralen Veränderungen während

der mentalen Vorstellung in den Frequenzbändern Theta, Alpha-1, Alpha-2

und Beta-1 zunächst anhand der Brain Maps beschrieben werden. Auch hier

zeigten sich Unterschiede in verschiedenen Rindenregionen zwischen den

beiden Untersuchungsgruppen.

Ergebnisse 134

Abb. 52: Quantitative topographische Hirnkarte (Aufsicht) der Veränderung innerhalb

bzw. der Unterschiede zwischen den Gruppen in den spektralen

Leistungsdichten im Theta, Alpha-1, Alpha-2 und Beta-1 Frequenzband

während der mentalen Vorstellung der Winkelreproduktion

(rot bis schwarz = deutliche Abnahme, orange = keine wesentliche Veränderung, gelb = deutliche

Zunahme, hellbläulich = starke Zunahme)

Ergebnisse 135

In der qualitativen Betrachtung der Brain Maps (Abb.52) fielen insbesondere

Unterschiede in den Frequenzbändern Theta, Alpha-1 und Beta-1 auf. Die

frontale spektrale Leistungsdichte im Theta-Frequenzband stellte sich

deutlich ausgeprägter in der ACL-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe

dar. Ähnliches lässt sich auch für die Aktivierung in der Alpha-1 Frequenz

feststellen. Die Leistungsdichte war auch hier in der Gruppe der

Kreuzbandpatienten höher als in der Vergleichsgruppe. Die helleren Farben

in den Brain Maps der Beta-1 Frequenz wiesen auf höhere spektrale

Leistungsdichten in der ACL-Gruppe hin, die sich insbesondere in frontalen

und temporalen Arealen fanden. Bei einer statistischen Überprüfung mittels

GLM mit den Faktoren Gruppe und Messzeitpunkte (M9: mentale Vorstellung

und M10: darauf folgende Ruhephase, beide mit geschlossenen Augen)

zeigte sich ein Zwischensubjekteffekt im Alpha-2 Frequenzband an der

okzipitalen Position O2, der sich aber in der post hoc Überprüfung nicht

bestätigte.

Tab. 7: Darstellung der Zwischen- und Innersubjekteffekte während der mentalen

Vorstellung der Winkelreproduktion (M9) sowie der anschließenden

Ruhephase (M10 – Augen geschlossen)

Auch die Überprüfung der Unterschiede innerhalb der beiden Gruppen

zwischen M9 und M10 zeigte Effekte (Tab. 7), die aber alle der

anschließenden post hoc Überprüfung nicht standhielten.

Diskussion 136

7 Diskussion

In dieser Arbeit wurde anhand einer experimentellen Studie die Veränderung

der zentral kortikalen Aktivität während zweier sensomotorischen Aufgaben

nach der Verletzung des vorderen Kreuzbandes untersucht. Es sollte geprüft

werden, ob sich unter der Annahme eines mit der Verletzung begründeten,

veränderten Informationsflusses in zwei unterschiedlichen propriozeptiven

Modalitäten (dem Stellungssinn und dem Kraftsinn in sensomotorischen

Aufgaben) eine zentrale Veränderung anhand kortikaler Aktivitäten mit Hilfe

der Elektroenzephalographie zeigen lässt. Dies wurde anhand von zwei

Experimenten realisiert, deren Ergebnisse im Folgenden detailliert diskutiert

werden. In den nachfolgenden Schlussfolgerungen sollen die Ergebnisse der

Diskussionen der Einzelexperimente vor dem Hintergrund der

Ausgangsfrage nach zentraler Veränderung nach Rekonstruktion bzw.

während der Aneignung einer sensomotorischen Aufgabe abschließend

zusammengeführt und diskutiert werden.

Die Integration propriozeptiv-afferenter Informationen aus der

Körperperipherie ist wichtiger Bestandteil einer adäquaten

Bewegungsausführung. Insbesondere nach Verletzungen oder

Schädigungen des Bewegungsapparates (zum Beispiel der Rekonstruktion

des vorderen Kreuzbandes) ist oft auch noch nach langer Zeit ein

Bewegungsdefizit von Außen sichtbar. Dabei wird die Beteiligung

verschiedener Rezeptorstrukturen unterschiedlich bewertet. Einige wenige

Autoren weisen darauf hin, dass Ihrer Meinung nach der Zerstörung der

Rezeptoren auf dem vorderen Kreuzband kaum Bedeutung beizumessen ist

(Harter et al. 1988; Jensen et al. 2002; Fisher-Rasmussen et al. 2001),

wohingegen der größere Teil dies gegensätzlich sieht und davon ausgeht,

dass der propriozeptive Informationsfluss aus den beteiligten Strukturen

verändert ist und dies eine Veränderung in der Verarbeitung im

Zentralnervensystem nach sich zieht (Johansson et al. 1991; Barrett 1992;

Wojtys et al. 1994; Valeriani et al 1996; Ochi et al. 1999; St. Clair Gibson et

al. 2002; Fremerey et al. 2000; Ageberg 2002; Sjölander et al. 2002; Bonfirm

et al. 2003; Reider et al. 2003; Barthel et al. 2004; Kapreli et al. 2006).

Diskussion 137

Bislang liegen über eine veränderte zentralnervöse Informationsverarbeitung

kaum Ergebnisse vor.

7.1 Experiment I: die Winkelreproduktion

Winkelreproduktionstests nach Kniegelenksschädigungen (z.B. nach

Verletzung oder Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes oder nach

Implantation einer Kniegelenksendoprothese) werden in der Literatur als

adäquates Mittel beschrieben, sensomotorische Defizite, die auf eine

veränderte propriozeptive Information zurückgehen, aufzudecken.

Die Ergebnisse dieser Tests werden kontrovers diskutiert. Dabei liegt das

Hauptaugenmerk dieser Diskussion auf der Methodenvielfalt, die in diesem

Zusammenhang angewandt wird. Diese reine Außenansicht in Form der

Genauigkeit der Reproduktion reicht anscheinend nicht aus, um valide

Aussagen über die Unterschiede zwischen Kreuzbandpatienten und

gesunden Kontrollpersonen machen zu können. In der vorliegenden

Untersuchung lag der Schwerpunkt auf der Detektion möglicher

unterschiedlicher zentraler Verarbeitungsstrategien der propriozeptiven

Informationen. Dabei wurden zwei Ziele verfolgt. Auf der einen Seite sollte

der Einfluss der Rekonstruktion, auf der anderen der Aneignungsprozess im

Übungsverlauf gezeigt werden.

Um die Vergleichbarkeit beider Untersuchungsgruppen zu gewährleisten,

wurden beide sowohl in anthropometrischen, als auch in den

psychometrischen Daten anhand von Fragebögen verglichen. Beide

Gruppen unterscheiden sich nicht in den vorliegenden Daten zu Größe,

Gewicht, allgemeiner und augenblicklicher Angstneigung, Lage- bzw.

Handlungsorietierung und subjektivem Stressempfinden.

Vorausschauende Entscheidungen und Erwartungen (z.B. hinsichtlich Erfolg

oder Misserfolg) beeinflussen die Ergebnisse sensomotorischer Leistungen

und stellen somit als psychologische Disposition einen potentiellen

Einflussfaktor dar (Kuhl 1994; Semmler 1992; Semmler-Ludwig 2001). So

fanden Semmler et al. (1994), dass Handlungsorientierte in einem

sportmotorischen Handballtest im Mittel schneller, aber auch mit einem

größeren Fehler agierten als die lageorientierten Spieler. Dies zeigte sich

auch in einer unterschiedlichen Grundaktivität im EEG. Um diesen Faktor

Diskussion 138

auszuschließen, wurde bezüglich der Lage-/Handlungsorientierung Wert

darauf gelegt, dass eine gleiche Verteilung innerhalb der Gruppen in den

gemessenen Subitems HOM (Handlungsorientierung nach Misserfolg), HOP

(Handlungsorientierung bei der Handlungsplanung) und HOT

(Handlungsorientierung bei der Tätigkeitsausführung) vorliegt. Auch in der

allgemeinen und augenblicklichen Angstneigung gleichen sich die Gruppen.

In der Literatur ist bekannt, dass sich psychische Faktoren zum

Entscheidungsverhalten und zur Angstneigung auf die zentralen Parameter

auswirken (Knott 1990; Ray & Cole 1985; Cole & Ray 1985). Mit der

Gleichverteilung der Gruppen hinsichtlich dieser Items sollte dem Einfluss

dieser Faktoren auf die Ergebnisse in der Untersuchung vorgebeugt werden.

Einzig und allein in der Messung zum Ende der Untersuchung zur

Winkelreproduktion unterscheiden sich die beiden Gruppen in der

momentanen Angstneigung mit schwach signifikant höheren Werten in der

ACL-Gruppe, was auf eine erhöhte emotionale Beteiligung schließen lässt.

Möglicherweise empfinden die Kreuzbandpatienten während der

Untersuchung einen höheren emotionalen Stress aufgrund ihrer Verletzung

als die gesunde Kontrollgruppe. Diese Sichtweise wird unterstützt von den

Ergebnissen der Befragung zum subjektiven Stressempfinden anhand einer

visuellen Analogskala. Die Kreuzbandpatienten fühlen sich am Ende der

Untersuchung deutlich mehr „gestresst“. Hinweise auf subjektiv

empfundenen Stress bei Patienten mit rekonstruiertem vorderen Kreuzband

findet man in der Literatur (Barthel et al. 2004; Tripp et al. 2003).

Auf die inhaltliche Diskussion der psychometrischen Daten soll an dieser

Stelle verzichtet werden, da die Erhebung nur vor dem Hintergrund der

Gruppenvergleichbarkeit durchgeführt wurde und nicht psychologisch

diskutiert werden soll.

7.1.1 Einfluss der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf

periphere und zentrale Parameter während der Winkelreproduktion

Performance

Die ACL-Gruppe reproduzierte mit der betroffenen Extremität den

vorgegebenen Winkel signifikant ungenauer als die externe Kontrollgruppe.

Vergleicht man die gesunde Seite der Kreuzbandpatienten mit der

Diskussion 139

Kontrollgruppe, stellt man fest, dass die ACL-Gruppe sich zwar nicht

signifikant von den Kontrollpersonen unterscheidet, aber in jedem Durchgang

mindestens um 1° schlechter reproduzierte. Dies könnte als möglicher

Hinweis darauf gewertet werden, dass die Bewegungsregulation eine

grundsätzliche Veränderung durch ein/das propriozeptive Defizit erfahren

hat. Vor dem Hintergrund scheint es richtig und wichtig zu sein, nicht die

gesunde Seite der Patienten als Referenz zu nehmen, sondern eine externe

Kontrollgruppe, wie in dieser Untersuchung geschehen. Unterstützt wird

diese Forderung u.a. von Konishi et al. (2003) und Jerosch et al. (1996), die

bei ihren Untersuchungen Auswirkungen auch auf der nicht betroffenen Seite

der Kreuzbandpatienten fanden.

Die geringere Genauigkeit in der Winkelreproduktion nach Rekonstruktionen

des vorderen Kreuzbandes wird von vielen Autoren im Zusammenhang mit

Winkelreproduktionen als Ausdruck der veränderten afferenten Information

angesehen (Barrett 1992; Valeriani et al 1996; Fremerey et al. 2000; Bonfirm

et al. 2003; Reider et al. 2003). Diese veränderte sensorische Information ist

auf die Schädigung der Rezeptoren bei der Verletzung und in der Folge auf

den Ersatz des Kreuzbandes zurückzuführen (Valeriani et al. 1999). Dabei

scheint der Anzahl der geschädigten Rezeptoren keine große Bedeutung

zuzukommen. Nach Macefield et al. (1990) ist sogar anzunehmen, dass ein

einziger Gelenkrezeptor in der Lage ist, eine spezielle und sinnvolle

Information zu liefern. Damit wäre es nicht entscheidend, wie viele

Rezeptorstrukturen geschädigt sind, sondern dass überhaupt Rezeptoren

Schaden genommen haben. Daher kann aufgrund einer Schädigung eine

Veränderung im sensomotorischen System angenommen werden, die sich –

wie in diesem Fall – in einer ungenaueren Reproduktionsfähigkeit äußert.

Einige Autoren weisen darauf hin, dass in einem Winkelbereich von 40°

(volle Extension bei 0°), der reproduziert werden sollte, vornehmlich die

Muskelspindel Informationen über die Position des Kniegelenkes bereitstellt

(Clark et al. 1985) und die Gelenkrezeptoren nur in Extrempositionen

Afferenzen über den Hinterstrang an supraspinale Zentren schicken (Quante

& Hille 1999). Es scheint allerdings so, dass innerhalb des sensomotorischen

Systems die Informationen aller beteiligten Rezeptoren (Muskelspindel,

Ruffini-Körperchen, Vater Pacini-Körper, Golgi-Organ, Nozizeptoren,

Diskussion 140

Hautsensoren, Vestibularapparat etc.) im Gehirn zu einer motorischen

Antwort integriert werden (Wilke 2000; Hofmaier 2005). Wird eine

Schädigung im System detektiert, scheint dies auch zu den beschriebenen

Veränderungen im motorischen Output – in diesem Fall in eine ungenaue

Winkelreproduktion - zu münden. Vor diesem Hintergrund kann man

postulieren, dass die entwickelte Methode in der Lage ist, zwischen

Patienten nach Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes im Zeitraum von

ungefähr einem Jahr nach der Operation von gesunden Kontrollpersonen zu

unterscheiden.

Die vielen unterschiedlichen Methoden, die die Auswirkung einer

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes aufgrund propriozeptiver Defizite

messen, machen es schwierig, die Ergebnisse mit denen anderer

Arbeitsgruppen zu vergleichen (Quante & Hille 1999; Wilke 2000; Hofmaier

2005). Die vorliegenden signifikanten Unterschiede in der Winkelreproduktion

zwischen beiden Gruppen werden auch von anderen Autoren sowohl bei

passiven, als auch bei aktiven Winkelreproduktionen beschrieben (Barrett

1991; Jerosch & Prymka 1996; Fremerey et al. 1998; Fisher-Rasmussen et

al. 2000; Wilke 2000) und auf eine defizitäre afferente Information aus dem

betroffenen Kniegelenk zurückgeführt.

Im Gegensatz dazu konnten Reider et al. (2003) in einer sehr umfassenden

und nach eigener Aussage der einzigen Längsschnittuntersuchung nach

Rekonstruktion unter Zuhilfenahme von externen Kontrollpersonen signifikant

bessere Genauigkeiten in der Winkelreproduktion vor, sowie sechs Monate

nach der Rekonstruktion im Vergleich zu einer externen Kontrollgruppe

messen. Diese Untersuchung soll beispielhaft für andere Untersuchungen

Kritikpunkte beschreiben, warum sich die Ergebnisse möglicherweise nicht

einheitlich darstellen.

Bei der Betrachtung der benutzten Methode fällt auf, dass die Teilnehmer -

aus einer Vollstreckung heraus (hier definiert mit 0°) - Winkel mit einer

Flexionsbewegung reproduzieren sollten. Dies stellt im Vergleich zur sonst

angewandten Methode einen Gegensatz dar. Zumeist wird aus einer 90°

Flexion in die Extension reproduziert. Bei der von Reider beschriebenen

Methode müssen aufgrund einer anderen Aufgabenstellung andere

Informationen integriert werden (die in der Flexion im übrigen nicht erwarten

Diskussion 141

lassen, dass sich die Ergebnisse der Kreuzbandpatienten von denen der

gesunden Kontrollgruppe unterscheiden) (Davies et al. 1984; Seto et al.

1988; Elmquist et al. 1988). Als zusätzlicher Kritikpunkt fällt auf, dass zufällig

zehn unterschiedliche Winkelstellungen reproduziert werden müssen (von 0

– 90 °). Da unterschiedliche Winkelstellungen verschieden große

Abweichungen in der Reproduktion nach sich ziehen, also der ausgewählte

Winkel durchaus einen Einflussfaktor darstellt (Jerosch et al. 1996), bedeutet

eine zufällige Wahl der Winkelstellungen schon Unterschiede in der

Winkelreproduktion. Außerdem wurde die externe Kontrollgruppe nur einmal

gestestet (10 Winkelreproduktionen) und die Patientengruppe vor, sowie zu

vier Messzeitpunkten nach der Rekonstruktion (50 Reproduktionen). Die

Autoren selbst merken an, dass ein möglicher Lerneffekt hier wohl eine Rolle

spielen könnte. Vor diesem Hintergrund könnte darüber spekuliert werden,

ob die Methode von Reider et al. (2003) überhaupt geeignet ist, Unterschiede

zwischen den Untersuchungsgruppen festzustellen.

Des Weiteren wurde in der vorliegenden Arbeit die Zeit vom

Bewegungsanfang bis zum Erreichen des Zielwinkels erhoben. Diese Latenz

ist in beiden Gruppen über alle Messzeitpunkte relativ gleich. Das bedeutet,

dass die Kreuzbandpatienten nicht mehr Zeit zum „Finden“ des Winkels

benötigen. Möglicherweise spielen hier noch andere psychologische

Dispositionen eine Rolle (z.B. Entscheidungsverhalten), so dass sich der

Parameter im Rahmen einer Winkelreproduktion scheinbar nicht eignet,

Einflüsse einer Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes darzustellen.

Es wurde schon darauf hingewiesen, dass die Außenansicht allein nur

Spekulationen bezüglich der Veränderungen des sensomotorischen Systems

zulässt. Als erster Schritt zur Innenansicht wurde die neuromuskuläre

Aktivität während der Winkelreproduktionen analysiert.

Neuromuskuläre Aktivität

Die Patienten mit rekonstruiertem vorderen Kreuzband unterschieden sich in

der mittleren integrierten EMG Aktivität des M.rectus femoris, M.vastus

medialis und M.vastus lateralis sowohl in der betroffenen, als auch in der

nicht-betroffenen Extremität nicht signifikant von der gesunden

Kontrollgruppe. Allerdings ist erkennbar, dass die integrierte elektrische

Diskussion 142

Aktivität der Muskulatur in der Kreuzbandgruppe in allen drei abgeleiteten

Muskeln geringer ausfällt. Dies ist insbesondere im Vergleich des M.vastus

medialis der betroffenen Seite im Vergleich zu den Kontrollpersonen

erkennbar (M5-M8).

Die von Fink et al. (1994) beschriebene besonders starke, signifikante

Verminderung der elektrischen Aktivierung des M.vastus medialis konnte

bestätigt werden. Dieser Muskel wies in der Untersuchung den deutlichsten

Unterschied in der Aktivierung zu den gesunden Kontrollpersonen auf, die im

Vergleich des betroffenen Seite und der gesunden Kontrollgruppe zu zwei

Messzeitpunkten Signifikanzniveau erreichte.

Die vorliegenden Ergebnisse stimmen nur teilweise mit den publizierten

Messungen in diesem Bereich überein. Häufig wird über eine

Minderaktivierung der Kniegelenksstrecker berichtet, die allerdings kein

Signifikanzniveau erreicht. Einen weiteren möglichen Einflussfaktor

untersuchten Cooper et al. (1999). Sie erhoben die elektrische Aktivität

während isometrischer Kontraktionen im Längsschnitt nach der Operation zu

verschiedenen Messzeitpunkten. In den Ergebnissen zeigt sich, dass die

Kreuzbandpatienten signifikant geringere elektrische Aktivierungen der

Streckergruppe zu den Zeitpunkten drei und fünf Monate postoperativ

aufweisen. Dieser signifikante Unterschied lässt sich sechs Monate nach der

Rekonstruktion nicht mehr nachweisen. Die Autoren schließen daraus, dass

auch der Faktor Zeit nach Operation hier eine Rolle spielt. Freiwald et al.

(1993) schreiben im Zusammenhang mit einer Minderaktivierung der

Kniegelenksstrecker einer vom zentralen Nervensystem induzierten

Hemmung eine große Bedeutung zu. Spekulationen führen zu der Annahme,

dass diese Hemmung möglicherweise evolutionär bedingt ist (Freiwald et al

1999) und dem Schutz der betroffenen Strukturen dienen könnte (Engelhardt

2001; Baumeister 2002; St Clair Gibson 2002).

Um mögliche Veränderungen im Zusammenspiel der beteiligten Muskeln

aufzudecken, wurde der jeweilige prozentuale Anteil der einzelnen

Muskelaktivitäten an der Gesamtbewegung berechnet. Dabei ist die

signifikant höhere prozentuale Beteiligung während der ersten beiden

Durchgänge des M.vastus lateralis der betroffenen Seite der ACL-Gruppe

(M5 und M6) auffällig. Die weiteren Durchgänge weisen einen ähnlichen

Diskussion 143

Unterschied zwischen den Gruppen auf, erreichen aber kein

Signifikanzniveau. Dieser Unterschied stellt eine deutlich höhere

Muskelaktivierung in der ACL-Gruppe dar, wohingegen die Aktivität des

M.vastus medialis vermindert ist. Es scheint, als ob hier ein

Kompensationsmechanismus vorliegen könnte, der eine Verminderung der

Aktivität des M.vastus medialis mit einer Aktivitätssteigerung des M.vastus

lateralis und damit mit einer Stabilisierung beantwortet. Möglicherweise

deuten die erhobenen Ergebnisse diese veränderte Strategie der

Muskelaktivierung nur an, da auch hier dem Faktor vergangene Zeit seit der

Operation Bedeutung beizumessen ist.

Engelhardt (1998) weist in diesem Zusammenhang darauf hin, dass nur ein

akutes Trauma bzw. eine zusätzliche Immobilisation zu einer deutlichen

Reduzierung der Aktivität führt. So konnte die Arbeitsgruppe um den Autor zu

frühen Zeitpunkten nach vorderer Kreuzbandplastik eine Minderaktivierung

feststellen (Engelhardt et al. 1994; Engelhardt et al. 1997; Freiwald et al.

1994), die längere Zeit nach der Rekonstruktion nicht mehr auffällt. Hier

könnten stabilisierte Kompensationsmechanismen, die möglicherweise auch

die nicht betroffene Extremität beeinflussen, eine Rolle spielen (Konishi et al.

2003; Papadonikolakis et al. 2003), bei denen der Organismus gelernt hat,

die Funktionalität des Kniegelenkes aufrecht zu erhalten und beide

Extremitäten in der Strategie der elektrischen Muskelaktivierung mit der Zeit

anzupassen.

Zentrale Parameter

Die zentrale Verarbeitung während der sensomotorischen Aufgabe der

Winkelreproduktion stellt sich nach Rekonstruktionen des vorderen

Kreuzbandes im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen verändert dar.

Anhand der Ergebnisse kristallisieren sich insbesondere im

Gruppenvergleich das frontale Theta-Leistungspektrum und die parietale

Alpha-2 Frequenz als sensitive Indikatoren heraus.

In der vorliegenden Untersuchung liegt während der Winkelreproduktion eine

signifikant höhere Theta-Leistung (F3, F4, F8 und O2) in der ACL-Gruppe zu

allen Messzeitpunkten vor.

In Lehrbüchern wird das Theta-Frequenzband oft im Zusammenhang mit

Diskussion 144

Tiefschlaf oder dösigem Wachzustand beschrieben (Birbaumer & Schmidt

2006; Lutzenberger 1985; Cooper 1984). Ein solcher Zusammenhang kann

an dieser Stelle für die vorliegenden Ergebnisse mit Hilfe der Literatur

widerlegt werden. Der beschriebene „dösige Wachzustand“ wird durch den

niedrigen Anteil der Theta Frequenz (4-5 Hz) abgebildet (Makeig et al. 1995)

und zeigt sich vermehrt in parietalen Elektrodenpositionen (Davies et al.

1937; Gevins et al. 1977). Abgesehen davon, dass bei der vorliegenden

Untersuchung das Theta Frequenzspektrum mit 4,75 – 6,75 Hz festgelegt

wurde und somit den für diesen Zustand charakteristischen Anteil von 4-5 Hz

fast nicht erhebt, zeichnen sich die höchsten Theta-Leistungen und die

Gruppenunterschiede in frontalen Hirnarealen ab. Somit kann der in

Lehrbüchern postulierte Zustand des „Dösens“ das oben beschriebene

Phänomen nicht erklären. Es muss also noch einen anderen Zusammenhang

geben.

In kognitiven und visuomotorischen Studien wurde die frontale Theta-

Leistung als Ausdruck fokussierter Aufmerksamkeit bzw. der Beanspruchung

des Arbeitsgedächtnisses beschrieben. Gevins et al. (1997) konnten anhand

eines kognitiven Arbeitsgedächtnistestes (3-back Test) zeigen, dass ein

Anstieg der frontalen Theta-Frequenz (insbesondere fronto-zentral) mit einer

höheren Beanspruchung des Arbeitsgedächtnisses einhergeht. Diese

Ergebnisse werden von anderen Autoren unterstützt (Schacter et al. 1977,

Yamaguchi et al. 1981, Wilson et al. 1999), so dass angenommen werden

kann, dass ein positiver Zusammenhang zwischen Arbeitgedächtnis-

beanspruchung und frontaler Theta-Leistung besteht. Im Bezug auf

sensomotorische Aufgaben (insbesondere Trackingaufgaben) fanden Smith

et al. (1999), Fournier et al. (1999) und Slobounov et al. (2001) ebenfalls den

oben beschrieben Zusammenhang zwischen steigender

Aufgabenkomplexität und dem damit einhergehenden Anstieg der spektralen

Theta-Leistung. Smith et al. fanden bei der Durchführung eines Videospiels

(„Space Fortress“: ein Spiel, bei dem der Proband mit dem Joystick

ausweichen muss und das eine simultane Aufmerksamkeit auf verschiedene

Subitems erfordert) signifikant höhere frontale Theta-Leistungen, wenn die

Probanden das komplexe Gesamtspiel (whole task) trainierten im Vergleich

zur Übung einzelner Teile des Spiels (part task). Zu ähnlichen Ergebnissen

Diskussion 145

kamen Slobounov et al. (2001). Sie ließen eine Probandengruppe das

Videospiel „Frustrated Maze“ spielen, ein Spiel, bei dem ein Ball mit dem

Joystick durch ein Labyrinth an Gängen zum Ausgang geführt werden muss.

Der Schwierigkeitslevel wurde dadurch erhöht, dass die Probanden unter

Zeitdruck gesetzt wurden. Auch hier fanden die Autoren in der schwierigeren

Situation unter Zeitdruck die höheren spektralen Theta-Leistungen, die sich

auch hier im frontalen Kortex abbildeten. Die Aufgabe bei Fournier et al.

(1999) bestand darin, mit Joystick und Maus eine Multi-Attribute-Task-Battery

(MATB, bestehend aus vier Tasks) zu steuern Dabei wurde die

Aufgabenkomplexität durch die Durchführung einzelner im Gegensatz zu

allen vier Aufgaben gemeinsam manipuliert. Auch hier zeigte sich bei der

komplexeren Multitasking Aufgabe eine erhöhte Theta-Leistung. Allerdings

stellte sich diese topographisch nicht frontal sondern in zentralen, parietalen

und okzipitalen Kortexarealen ein. Die Autoren führen dies in ihrer

Diskussion auf die Aufgabenspezifität zurück.

Andere Autoren beschreiben den Anstieg der Theta-Leistung mit fokussierter

Aufmerksamkeit während der Aufgaben (Smith et al. 1999, Slobounov et al.

2000, Grunwald et al. 2003). Die Anwendung von Dipol-Analysen bei Theta-

Entladungen anhand des EEG bei gleichzeitigen fMRI Messungen konnten

die Region isolieren, die als Quelle der Theta-Bursts in Frage kommt: das

Areal des anterioren cingulären Cortex (ACC Brodmann Area 24 und 32;

Gevins et al. 1997; Ishii et al. 1999). Verschiedene Neuroimaging-

Untersuchungen, sowie Studien zu Gehirnläsionen, konnten diese Region als

wichtige Komponente des menschlichen Aufmerksamkeitssystems

ausweisen (Janer et al. 1990; LaBerge et al. 1990; Posner et al. 1990; Vogt

et al. 1992). So wurde eine erhöhte Theta-Leistung immer dann gemessen,

wenn es in den Aufgabenstellungen inhaltlich um fokussierte Aufmerksamkeit

und Konzentration ging. Zusammen mit dem angenommenen Generator der

Theta-Entladung deutet viel darauf hin, dass hier ein Indikator für den Einsatz

aufgabenspezifischer Aufmerksamkeitsressourcen gefunden wurde. Vor

diesem Hintergrund kann man postulieren, dass in der vorliegenden

Untersuchung die fokussierte Aufmerksamkeit der ACL-Gruppe höher ist, als

die der gesunden Kontrollgruppe. Dies trifft nicht nur auf die betroffene

Extremität zu. Hier scheint ein übergreifender Mechanismus existent zu sein,

Diskussion 146

der die Theta-Leistung auch während der Winkelreproduktion mit der

gesunden Seite als Folge höherer Aufmerksamkeit ansteigen lässt. Somit

konnte gezeigt werden, dass auch die gesunde Extremität der

Kreuzbandverletzten bei Winkelreproduktionen „betroffen“ ist.

Eine weiterer zentraler Parameter zeigt einen Einfluss einer Rekonstruktion

des vorderen Kreuzbandes: die parietale Alpha-2 Frequenz. Das Alpha-

Frequenzband wird in der Literatur üblicherweise in zwei Komponenten

unterteilt: einen langsamen (Alpha-1: 7,0-9,5 Hz) und einen schnellen Anteil

(9,75 -12,5 Hz). Die Gruppenunterschiede zeigen sich in signifikant

geringeren Leistungen ausschließlich in der betroffenen Extremität der ACL-

Gruppe verglichen mit den Kontrollpersonen im Alpha-2 Frequenzband in

den parietalen Arealen (Pz, P3, P4), die den somatosensorischen Kortex

repräsentieren und für die sensorische Verarbeitung zuständig sind

(Birbaumer & Schmidt 2006). Die Aktivität des Alpha-Frequenzbandes wird in

ausgedehnten Arealen des Kortex generiert und durch thalamo-kortikale und

kortiko-kortikale Interaktionen moduliert (Lopes da Silva et al. 1991). Eine

Aktivierung der Alpha Frequenz wird in der Literatur häufig mit einem

„kortikalen Leerlauf“ („cortical idling“; Gevins 1980; Pfurtscheller 1992; Smith

1999; Shaw 2003) umschrieben. Im Vergleich zur langsamen Alpha-1

Frequenz, die sich im Zusammenhang mit unspezifischer Aufmerksamkeit

und Erwartung eher in parieto-zentralen Hirnregionen zeigt, ist die schnelle

Alpha-2 Frequenz aufgabenspezifisch sensitiv für variierende kognitive und

sensorische Anteile in occipito-parietalen Regionen (Klimesch et al. 1993;

Klimesch et al. 1994). Dabei äußert sich eine Aktivierung kortikaler

Neuronenpopulationen in einem Absinken der Alpha Frequenz, ist also

umgekehrt proportional (Steriade 1981; Shaw 2003). Bezogen auf die

vorliegenden Ergebnisse bedeutet dies zunächst einmal, dass die

betroffenen Seite der Kreuzbandpatienten eine signifikant höhere neuronale

Aktivierung in den für sensorische Verarbeitung zuständigen Arealen bei den

Winkelreproduktionen erfährt als die gesunde Kontrollgruppe. Dieser

Zusammenhang würde darauf hindeuten, dass die gesunden

Kontrollpersonen ökonomischer mit ihren Ressourcen umgehen (können)

und dahingehend aufgabenspezifische Strategien entwickelt haben.

Möglicherweise ist dies ein Hinweis darauf, dass die angenommenen

Diskussion 147

veränderten propriozeptiven Informationen (Johansson et al. 1991; Wojtys et

al. 1994; Valeriani. et al 1996; Fremerey et al. 2000; Ageberg 2002;

Sjölander et al. 2002; Kapreli et al. 2006), die im somatosensorischen Kortex

einlaufen, eine höhere neuronale Aktivität erfordern (gekennzeichnet durch

eine niedrigere Alpha-2 Aktivität), als die „bekannten“ Informationen der

gesunden Kontrollgruppe. Zu ähnlichen Ergebnissen anhand einer

sportmotorischen Zielbewegung kommen auch Häufler et al. (2000). Sie

fanden beim Zielen im Schießsport ebenfalls signifikante höhere Leistungen

im Alpha-2 Frequenzband in parietalen Arealen bei Könnern im Vergleich zu

Anfängern. Sie diskutieren ihre Ergebnisse mit einer relativen Ökonomie in

der kortikalen Verarbeitung der Könner während des Zielens. Auch hier

gehen die bekannten sensorischen Informationen bei den Könnern im

Gegensatz zu den Anfängern mit einer „effektiveren“

Informationsverarbeitung (gekennzeichnet durch geringere

Neuronenaktivität) einher. Damit unterstützen die Autoren die Ergebnisse der

vorliegenden Untersuchung.

In der Literatur, wie auch in dieser Untersuchung zeigen sich immer wieder

Veränderungen in ähnlichen kortikalen Parametern. Gibt es einen

Zusammenhang von frontaler Aufmerksamkeitsintensität in Form von

Variationen der Thetafrequenz und der Ressourcenbeanspruchung der

sensorischen Informationsverarbeitung in Form der parietalen Alpha-2

Frequenz? Aufgrund des Vorhandenseins von Assoziationsbahnen zwischen

diesen Arealen wäre ein Zusammenhang durchaus denkbar.

Nach Birbaumer & Schmidt (2006) sind sowohl der frontale, als auch der

parietale Kortex in die Prozesse des Arbeitsgedächtnisses involviert.

Sauseng et al. (2005) konnten mit EEG Kohärenzanalysen nachweisen, dass

die beiden Frequenzen Theta und Alpha-2 in einem fronto-parietalen

Netzwerk agieren, die exekutive Funktionen des Arbeitsgedächtnisses

darstellen. Traditionell wurde diese Entscheidungsmodalität des

Arbeitsgedächtnisses („central executive“), die ein Aufmerksamkeits-

Kontrollsystem zur Strategieauswahl und Kontrolle der Aufgabenverarbeitung

darstellt, immer im frontalen Kortex angesiedelt (für ein Review siehe Collette

et al. 2002). Eine wachsende Zahl an Publikationen unterstützen aktuell die

Ansicht, dass diese beschriebenen exekutiven Funktionen auf ein fronto-

Diskussion 148

parietales Netzwerk zurückzuführen sind, das im weitesten Sinne den visuell-

räumlichen Zweig des Arbeitsgedächtnisses repräsentiert (Baddeley et al.

1998; Collette et al. 1999; Kondo et al. 2004; Osaka et al. 2004; Sauseng

2005). Diese Beteiligung des frontal-parietalen Netzwerkes am visuell-

räumlichen Arbeitsgedächtnis wurde anhand unterschiedlicher Methoden,

der Elektroenzephalographie (McEvoy et al. 2001; Sauseng et al. 2004), der

funktionellen Magnetresonanz-Tomographie (Kondo et al. 2004; Osaka et al.

2004) und der Positronen-Emmissions-Tomographie (Collette et al. 1999),

meist bezüglich kognitiver Arbeitsgedächtnistests nachgewiesen.

Dies kann für die vorliegende Untersuchung nur den theoretischen Rahmen

bilden, da keine EEG-Kohärenzen, sondern nur Funktionszustände auf

kortikaler Ebene erfasst wurden. Bezogen auf die Ergebnisse der

Winkelreproduktion könnte dies bedeuten, dass beide Teile des

Arbeitsgedächtnisses bei der Winkelreproduktion beteiligt sind und sich

anhand der in diesen Hirnregionen gemessenen Parametern eine höhere

Beanspruchung des Arbeitsgedächtnisses zeigen lässt.

Die während der Winkelreproduktion einlaufenden afferenten Informationen

stehen nur sehr kurze Zeit zur Verfügung und müssen vor ihrer

Bewusstwerdung auf Neuheit bzw. Bekanntheit untersucht werden. Damit die

Neuheit einer Information erkannt werden kann, muss diese mit bekannten

oder ähnlichen Inhalten aus dem Langzeitgedächtnis verglichen werden

(Klimesch 1997; Birbaumer & Schmidt 2006). Dieser Vergleich von aktueller

und erwarteter (gespeicherter) Information im Langzeitgedächtnis wird dem

parietalen Gehirnareal zugeschrieben („long term memory system (LTMS)

retrieval“; Klimesch 1997; Klimesch 1998; Sauseng 2002). Die „Neuheit“ der

afferenten Informationen lässt die neuronale Aktivität beim Vergleich der

Inhalte mit dem Langzeitgedächtnis im parietalen Kortex ansteigen, was sich

in einem Abfall der parietalen Alpha-2 Leistung äußert.

Im Moment des Vergleichsprozesses zwischen ankommenden und

gespeicherten Reizmustern spielt die Aufmerksamkeit eine Rolle. Die

Intensität der Aufmerksamkeitszuwendung und der Reaktionsvorbereitung

hängt nach Birbaumer & Schmidt (2006) offensichtlich vom Resultat des

Vergleiches ab. Jede Abweichung von der „Erwartung“ – der sogenannte

´mismatch´ (das, was wir subjektiv als Grad der Neuheit empfinden) - löst

Diskussion 149

dabei eine Orientierungsreaktion aus, deren Intensität proportional zum

Ausmaß des ´mismatch´ ist. Für das Beispiel der Winkelreproduktion könnte

das bedeuteten, dass bei den Patienten nach Rekonstruktion des vorderen

Kreuzbandes im Vergleich zu den Gesunden veränderte afferente

Informationen im Arbeitsgedächtnis einlaufen, die einen ´mismatch´ beim

Vergleich des einlaufenden Reizmusters zum Erwarteten erzeugt. Aufgrund

dieses mismatches ist die Intensität der Aufmerksamkeitszuwendung höher.

Wird eine bekannte Information identifiziert, wird sie kodiert, zur

Handlungsvorbereitung überführt und im Langzeitgedächtnis gespeichert

(Shiffrin et al. 1974; Klimesch 1997; Birbaumer & Schmidt 2006).

Bezogen auf die vorliegende Untersuchung könnte die geringere Alpha-2

Leistung im Zusammenhang mit der höheren frontalen Theta-Leistung

innerhalb dieses fronto-parietalen Netzwerkes auf eine höhere

Beanspruchung des Arbeitsgedächtnisses bei den Patienten nach

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes hindeuten. Damit würde sich der

Einfluss der Schädigung des Kniegelenkes in einer erhöhten Beanspruchung

des Arbeitsgedächtnisses niederschlagen. Die Ergebnisse deuten darauf hin,

dass diese Beanspruchung über die Messung der frontalen Theta und

parietalen Alpha-2 Frequenz messbar ist.

Zusammenfassend kann man postulieren, dass die in dieser Untersuchung

eingesetzte Methode den Einfluss einer Rekonstruktion des vorderen

Kreuzbandes auf die Ergebnisse einer Winkelreproduktion als Ausdruck von

bestehenden Defiziten im sensomotorischen System sichtbar macht und für

den Einsatz in der Therapie geeignet scheint. Der Vergleich der

neuromuskulären Aktivitäten deutet auf unterschiedliche Strategien zur

Ausführung der Aufgabe (Winkelreproduktion) hin. Hier scheint der M.vastus

lateralis in der Kreuzbandgruppe eine stabilisierende Funktion nach der

Rekonstruktion des Kreuzbandes einzunehmen. Die diskutierten zentralen

Einflüsse der Rekonstruktion zeigen, dass sowohl die frontale Theta-Leistung

als Aufmerksamkeitsindikator, als auch der für den Vergleich der afferenten

Information mit dem Langzeitgedächtnis zuständigen parietalen Hirnregionen

(sichtbar im Alpha-2 Frequenzband) als Teile des visuell-räumlichen

Arbeitsgedächtnisses beeinflusst werden. Dies kann mithilfe der

Elektroenzephalographie gemessen werden. Damit können die

Diskussion 150

Spekulationen anderer Autoren über zentrale Veränderungen nach

Kreuzbandrekonstruktion experimentell bestätigt werden.

7.1.2 Einfluss von Übung im Zeitverlauf auf die peripheren und zentralen

Parameter während der Winkelreproduktionen

Innerhalb dieser Untersuchung wurde Wert darauf gelegt, den Probanden die

Möglichkeit zu geben, die Winkelreproduktionen zu üben und dadurch ihre

Performance zu verbessern. Die in der Literatur beschriebenen

sensomotorischen Tests in den drei propriozeptiven Modalitäten

Stellungssinn, Kraftsinn und Bewegungssinn legten ihre Priorität immer auf

den Vergleich unterschiedlicher Gruppen insbesondere nach Verletzungen /

Schädigungen des Bewegungssystems (Sprunggelenk, Knie, Schulter etc.).

Der Aneignungsprozess selbst wurde in diesem Themenzusammenhang nie

beschrieben, hat aber doch eine große Bedeutung für die Therapie.

Innerhalb der Untersuchung wurde die Konstellation der Aufgabe so gewählt,

dass ein gleich bleibender Winkel (40°) nach vorheriger kurze Übungsphase

mit visuellem Feedback mit geschlossenen Augen reproduziert werden sollte.

Dies sollte für jede Extremität innerhalb von drei Minuten in vier Messblöcken

geschehen. Damit war den Probanden eine standardisierte Gelegenheit

gegeben, sich die Winkelreproduktion anzueignen.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich beide Gruppen jeweils vom ersten bis zum

vierten Messblock mit beiden Extremitäten verbesserten. Die Verbesserung

in der Leistung war sowohl für die Kontrollgruppe zu Beginn der

Untersuchung (M1-M4), als auch für die ACL-Gruppe während der

Reproduktionen mit der betroffenen Seite (M5-M8) signifikant. Aufgrund der

Ergebnisse kann man annehmen, dass sich der Aneignungsprozess in

beiden Gruppen gleich darstellt und sich in einer verbesserten Leistung zeigt.

Nach Schmidt & Lee (2000) bildet sich motorisches Lernen in einer

veränderten Leistung ab. Wird diese Leistung durch einen Fehler

ausgedrückt, verkleinert sich dieser im Übungsverlauf. Während der

Winkelreproduktion trifft dies für beide Untersuchungsgruppen zu. Im

Übungsverlauf nimmt die Abweichung vom Zielwinkel ab. Damit wäre das

erste in der Zielstellung geforderte Kriterium für motorisches Lernen –

Leistungsverbesserung - in beiden Gruppen mit beiden Extremitäten

Diskussion 151

bestätigt. Zur Überprüfung des zweiten aufgestellten Kriteriums – der

Ökonomisierung, werden nun die neuromuskulären und kortikalen Aktivitäten

in den Focus gerückt.

Bei der Durchführung einer neuen Bewegung kommt es vor, dass die

beteiligten Muskeln nicht typischerweise von Beginn an effektiv koordiniert

zusammenarbeiten. Falls dies der Fall wäre, würde man erwarten, das sich

im Verlauf des Übens der Bewegung die für das Ziel effektivste

Muskelaktivierung und intermuskuläre Koordination herauskristallisiert

(Carson et al. 2001). In den vorliegenden integrierten EMG Daten während

der Winkelreproduktion sind im Übungsverlauf in beiden Gruppen keine

Trends in der Muskelaktivierung zu erkennen. Das bedeutet, dass sich der

angedeutete Aneignungseffekt, der sich in einem geringer werdenden Fehler

über die Messzeitpunkte in der Performance äußert, in der gegebenen

Konstellation während der Winkelreproduktion nicht in der neuromuskulären

Aktivität äußert.

Kann man demgegenüber eine Ökonomisierung der kortikalen Aktivität

erkennen? Betrachtet man die Aneignungsphase der Extremitäten beider

Gruppen stellen sich in den Frequenzbändern Theta, Alpha-1 und Alpha-2

Veränderungen ein.

Das Theta-Frequenzband zeigt in den frontalen Elektrodenpositionen in

beiden Extremitäten der Gruppen geringfügige Erhöhungen der

Leistungswerte vom ersten bis zum letzten Messzeitpunkt, die sich in der

ACL-Gruppe an Fz (M1-M4) und in der Kontrollgruppe an F3 (M5-M8)

signifikant darstellen. Diese Ergebnisse werden von Smith et al. (1999)

unterstützt, die eine Erhöhung der Theta-Leistung im Verlauf des Übens

einer visuomotorischen Aufgabe (joystickgesteuertes Videospiel) fanden.

Dies scheint unabhängig davon zu sein, welche Art Aufgabe bearbeitet wird.

Die Autoren konnten dies sowohl in der beschriebenen visuomotorischen, als

auch in einer kognitiven Aufgabe nachweisen. Auch scheint die

Aufgabenkomplexität bzw. –schwierigkeit dabei keine Rolle zu spielen. Die

Autoren argumentieren, dass eine mit der Theta-Leistung in proportionalem

Zusammenhang stehende Aufmerksamkeitssteigerung nötig ist, um die

Aufgaben adäquat zu bewältigen. Mentale Ermüdung könnte in diesem

Zusammenhang eine Rolle spielen. Es müssten vermehrt

Diskussion 152

Aufmerksamkeitsressourcen zur Verfügung gestellt werden, um eine

adäquate Aufgabenbearbeitung zu gewährleisten. Genaueres ist über die

zugrunde liegenden Mechanismen bisher nicht bekannt.

Auch in der Alpha Frequenz ist mit zunehmender Übung in beiden

Komponenten, der langsamen Alpha-1 Frequenz und dem schnellen Alpha-2

Frequenzband, eine Zunahme der Leistungswerte festzustellen. Ein

Ansteigen beider Komponenten zeigt eine geringer werdende, neurale

Aktivierung in der betreffenden Region an (Gevins et al. 1997; Smith et al.

1999; Shaw 2003). Dabei zeigt sich die Alpha-1 Frequenz verteilt über den

gesamten Kortex im Zusammenhang von unspezifischer Aufmerksamkeit,

wohingegen sich die Alpha-2 Frequenzen aufgabenspezifisch in parieto-

okzipitalen Kortexregionen finden (Klimesch 1997 ; Shaw 2003). Während

die Probanden die Winkelreproduktion über die Messzeitpunkte wiederholt

durchführen, steigen nicht nur zwischen M1 und M4 die globalen über alle

Elektrodenwerte gemittelten Alpha-1 Leistungen, sondern als auch die an

verschiedenen Elektrodenpositionen in beiden Untersuchungsgruppen an.

Zunächst einmal deutet dies Ergebnis darauf hin, dass mit der Aneignung der

Winkelreproduktion die neurale Aktivität geringer wird. Dies kann im Sinne

einer Ökonomisierung gesehen werden, so dass die Versuchspersonen im

Übungsverlauf mit geringerem neuralem Aufwand bessere oder gleiche

Leistungen erzielen. Smith et al. (1999) beschreiben, dass die langsame

Alpha-1 Frequenz als Indikator für allgemeine Aufmerksamkeitsprozesse

gesehen werden kann. Halsband & Lange (2006) weisen darauf hin, dass die

Aneignung einer neuen motorischen Aufgabe bei sensomotorischen

Aufgaben einen engen Zusammenhang zur Aufmerksamkeit aufweist. Eine

Steigerung der Alpha-1 Leistungswerte würde demnach für einen Rückgang

der Aufmerksamkeit sprechen und auf eine Stabilisierung des Lernzustandes

hindeuten.

Die zweite Alpha-Komponente (die schnelle Alpha-2 Frequenz) zeigt

während der Winkelreproduktionen in parietalen und temporalen Arealen

eine Erhöhung der Leistungswerte, die mit der wiederholten Übung der

Aufgabe auftreten. Dieser Anstieg der Leistungswerte tritt vermehrt in der

zweiten Hälfte der Untersuchung (M5-M8) auf (P3, T4, T5, T6). Es ist

bekannt, dass die Alpha-2 Frequenz vermehrt aufgabenspezifisch in der

Diskussion 153

sogenannten parietal-temporal-okzipetalen Region (PTO; Gevins et al. 1997;

Smith et al. 1999) auftritt. Parallel zur Alpha-1 Frequenz ist die Aktivität in

diesem Frequenzband umgekehrt proportional zu der neuronalen Aktivität in

diesen Gehirnregionen (Gevins et al. 1997; Klimesch 1997; Smith et al. 1999;

Shaw 2003). Eine Steigerung bei wiederholter Übung ist als Abnahme der

neuronalen Aktivität in diesen Gebieten zu werten, was ebenfalls für eine

Ökonomisierung der informationsverarbeitenden Prozesse auf zentraler

Ebene spricht. Auch Etnier et al. (1996) konnten zeigen, dass bei der

Aneignung einer neuen Aufgabe nicht nur mit fortlaufender Übung die

Performance von Schützen immer besser wurde, sondern damit auch ein

Anstieg der Alpha Frequenz verbunden war. Allerdings unterschieden die

Autoren nicht zwischen einer schnellen und einer langsamen Alpha

Frequenz. Sie schlossen daraus, dass ein Anstieg in der spektralen Alpha-

Leistung mit der Aneignung einer neuen Aufgabe in Zusammenhang steht.

Auch Smith et al. (1999) bestätigen die Ergebnisse, dass mit zunehmender

Übung bei visuomotorischen Aufgaben die Alpha-2 Frequenz ansteigt. Bei

kognitiven Aufgaben konnten sie feststellen, dass sich mit Übung einer

Aufgabe die Performance verbessert und die Alpha-2 Frequenz ansteigt. Die

genannten Autoren erklären dieses Phänomen damit, dass mit der

Stabilisierung der Fertigkeit weniger kortikale Ressourcen benötigt werden.

Der Anstieg der parietalen Alpha-2 Leistung könnte spekulativ darauf

zurückzuführen sein, dass im Zusammenhang mit dem das visuell-räumliche

Arbeitsgedächtnis abbildende fronto-parietalen Netzwerk (Sauseng et al.

2002; Kondo et al. 2004; Osaka et al. 2004; Sauseng et al. 2005) der

Vergleich der einlaufenden Information aus der Körperperipherie mit den

erwarteten Inhalten durch Wiederholung weniger Ressourcen benötigt.

Temporal wurden ebenfalls Anstiege der spektralen Leistungswerte

gefunden, die häufig im Zusammenhang mit dem Lernzustand („skill level“;

Häufler et al. 2000; Crews et al. 1993; Übersicht bei Hatfield et al. 2004)

diskutiert wurden. Spekulationen führen zu einem Zusammenhang mit dem

Langzeitgedächtnis (Ruchkin et al. 2003; Campo et al. 2005), die aber an

dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden sollen.

Die Ergebnisse deuten grundsätzlich darauf hin, dass sich während der

Winkelreproduktionen im Übungsverlauf ein Aneignungsprozess abbildet, der

Diskussion 154

sich in einer besseren Leistung (Abweichung vom Zielwinkel wird mit

wiederholter Übung geringer) und einer Ökonomisierung der

Gehirnaktivitäten zeigt. Da sowohl die Leistungsverbesserungen, als auch

die Veränderungen der elektrischen Aktivitäten in beiden Gruppen nach

denselben Mustern abzulaufen scheinen, deutet vieles darauf hin, dass der

grundsätzliche Aneignungsprozess von einer Rekonstruktion des vorderen

Kreuzbandes nicht beeinflusst wird und denselben Regeln unterliegt.

7.1.3 Einfluss der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf die

mentale Vorstellung der Winkelreproduktion

Obwohl die statistische Analyse der mentalen Vorstellung der

Winkelreproduktion einen signifikanten Unterschied in der Alpha-2 Frequenz

an der Elektrodenpositionen O1 und O2 – und nur dort – ermittelte, ist es

anhand der Messkonstellation nicht möglich, die beiden Gruppen

voneinander zu unterscheiden. Die Idee, eine Erweiterung der

diagnostischen Möglichkeiten bei Kreuzbandpatienten anhand der rein

mentalen Vorstellung einer sensomotorischen Aufgabe muss damit leider

verworfen werden. Betrachtet man den oben genannten Befund isoliert,

könnte dies auf eine höhere Beteiligung des visuellen Systems in den

okzipitalen Rindenregionen hindeuten. Roland & Friberg (1985) wiesen mit

PET Messungen während mentaler Vorstellungsphasen nach, dass der

visuelle Kortex während visueller Vorstellungen aktiv ist. Da dieser

Unterschied allerdings auch in der anschließenden Ruhephase auftritt,

spricht vieles dafür, dass sich die Gruppen schon in der Ausgangsbedingung

unterscheiden oder sich aber in der anschließenden Ruhephase Situationen

vorstellen, die nicht bekannt sind. So können die Faktoren, die für den

statistischen Unterschied verantwortlich sind, nicht eindeutig identifiziert

werden und lassen so auch nur Spekulationen zu.

Die Problematik in der Messung einer mentalen Vorstellung ergibt sich immer

aus dem Umstand, dass es schwierig erscheint, zu kontrollieren, ob die

gestellte Aufgabe – in diesem Fall die Winkelreproduktion – auch vom

Probanden wie gewünscht durchgeführt wird. Scheinbar reicht eine einfache

Aufgabenstellung nicht aus, die Bedingungen so zu kontrollieren, dass die

Diskussion 155

Ergebnisse Aussagekraft erhalten. Hansen (1992) versuchte, über die

Messung des Hautleitwertes während der mentalen Vorstellung, die

tatsächlichen Vorstellungsphasen von den Ruhephasen dazwischen zu

unterscheiden. Dies gelang dadurch, dass sich der Hautleitwert während der

Vorstellung erhöhte, um nach der Beendigung der Vorstellungsphase wieder

zurückzugehen. So entstand ein Muster, welches es der Autorin

ermöglichte, die Vorstellungsphasen relativ genau zu extrahieren.

Zur Kontrolle der Bedingungen während der mentalen Vorstellungsphase

untersuchten Marks et al. (1995) die mentale Vorstellungsfähigkeit von 16

Probanden anhand der Frage, ob sie sich die Bewegung visuell vorstellen

oder die Bewegung erfühlen („vivid or non-vivid imagers“). Dabei fanden sie

heraus, dass sich die beiden Vorstellungsarten in der kortikalen Aktivierung

unterschieden. Die Autoren schließen daraus, dass diese Unterscheidung,

die anhand eines Fragebogens (VVIQ, VMIQ) vorgenommen wurde, wichtig

für die Interpretation der Ergebnisse kortikaler Aktivitäten während mentaler

Vorstellungsphasen ist. Unterstützt werden sie mit ihrer Ansicht von Neuper

et al. (2005), die herausfanden, dass die „visuelle“ Vorstellung mit einer

unsystematischen Veränderung in den EEG Parametern einherging, die

„kinästhetische“ demgegenüber Aktivitäten in Regionen der

sensomotorischen Verarbeitung zeigte. Neuper et al. schließen daraus, dass

die Untersuchungsgruppen im Zusammenhang mit der Frage mentaler

Vorstellungen homogen im Sinne einer kinästhetischen Vorstellung

zusammengestellt werden sollten. Damit wäre die Frage nach der Art der

Vorstellung im Vorfeld eine weitere Möglichkeit, die

Untersuchungsbedingungen zu kontrollieren.

Abschließend weist Hansen (1992) darauf hin, dass spezifische

Aktivierungen in motorischen Arealen erst bei wiederholter Ausübung der

Vorstellung eintreten. Sie fand Veränderungen – insbesondere im Beta-1

Frequenzband – erst nach mehrmaliger Wiederholung der Aufgabe.

Da außer an den okzipitalen Elektrodenpositionen keinerlei signifikante

Unterschiede auftraten, könnte dies zu Spekulationen führen, dass die

Diagnostik im Rahmen einer Kreuzbandrekonstruktion auf die tatsächlichen

sensorische Informationen aus der Körperperipherie während der realen

Bewegung angewiesen ist, um die Gruppen erfolgreich identifizieren zu

Diskussion 156

können.

Vergleicht man die mentale Vorstellung der sensomotorischen Aufgabe

beider Gruppen mit der anschließenden Erholungsphase, stellt man fest,

dass die Beta-1 Frequenz nur in der ACL-Gruppe an verschiedenen

Positionen (frontal, zentral und temporal) signifikant zunimmt. In einem

Experiment, in dem sich in mentalem Training geübte Personen das

Durchschwimmen einer 100m Strecke vorstellen sollten, fand Hansen (1992)

signifikante Abnahmen im Beta-Frequenzbereich im Vergleich zu der

davorliegenden Ruhephase. Die Autorin beschreibt dieses Phänomen mit

einer Beta-Desynchronisation, die nach ihrer Ansicht einen

Aktivierungsprozess an den jeweiligen Positionen repräsentiert. Demnach

könnte der im vorliegenden Experiment gefundene Anstieg der Beta-1

Frequenz von der Vorstellungsphase zur anschließenden Erholungsphase

auf ein solches Aktivierungsphänomen in der ACL-Gruppe hinweisen.

Abschließend kann festgehalten werden, dass die mentale Vorstellung der

Winkelreproduktion in der vorliegenden Konstellation nicht in der Lage ist, die

Untersuchungsgruppen zu unterscheiden. Spekulationen könnten dahin

führen, dass eine Diagnostik in diesem Rahmen das tatsächlich (veränderte)

Feedback aus dem Kniegelenk benötigt. In diesem Zusammenhang müssen

zukünftig Methoden gefunden werden, die die Bedingungen während der

Vorstellungsphase möglichst eng kontrollieren.

7.2 Experiment II: die Kraftreproduktionen

Zur propriozeptiven Modalität des Kraftsinnes liegen in der Literatur kaum

Ergebnisse vor. Verschiedene Autoren weisen auf diesen Umstand hin und

merken an, dass es sich bei Kraftreproduktionstests durchaus um eine

potentiell erfolgreiche Methode handeln könnte, propriozeptive

Veränderungen aus der Peripherie aufzudecken (Pfeifer 2003; Héroux et al.

2005).

Auch in diesem Experiment lag der Schwerpunkt – parallel zu den

Winkelreproduktionen – auf den zentralen und peripheren Veränderungen im

Gruppenvergleich zwischen den Patienten mit rekonstruiertem vorderen

Kreuzband und gesunden Kontrollpersonen sowie in der Detektion von

Diskussion 157

Aneignungsstrategien im Übungsverlauf.

Mit denselben Instrumenten wie bei der Winkelreproduktion (VAS, STAI X1,

STAI X2, HAKEMP) wurde die Vergleichbarkeit der Gruppen sichergestellt.

Es konnten keine Unterschiede zwischen den Gruppen in den

anthropometrischen Daten und den subjektiven Befindlichkeiten gemessen

werden. In der erhobenen psychologischen Disposition zur

Handlungskontrolle weisen beide Gruppen eine gleiche Verteilung auf.

In diesem zweiten Experiment tritt bezüglich des momentanen

Angstempfindens ein der Winkelreproduktion vergleichbares Phänomen auf.

Auch hier unterscheiden sich die Werte in der momentanen Angstneigung

signifikant zum Ende der Untersuchung. Dies lässt sich anhand des

subjektiven Stressempfindens (VAS) stützen. Die Kreuzbandpatienten fühlen

sich zum Ende hin deutlich gestresster als die gesunden Kontrollpersonen.

Der Einfluss einer Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf die

momentane Angstneigung und die subjektive Befindlichkeit wurde schon

zuvor in der Literatur beschrieben (Barthel et al. 2004; Tripp et al. 2003) und

ist bekannt.

7.2.1 Einfluss der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes auf

periphere und zentrale Parameter während der Kraftreproduktion

Performance

Der Kraftsinn wird als Sinnmodalität der Propriozeption dargestellt, die uns

Kräfte sehr gut abschätzen lässt. Birbaumer & Schmidt (2006) zufolge

zeichnet sich der Kraftsinn durch große Genauigkeit und präzise

Reproduzierbarkeit aus. Aus diesem Grunde wurden in der Vergangenheit

Kraftreproduktionstests als durchaus aussichtsreich in der Unterscheidung

von traumatologisch geschädigten Patienten verglichen mit gesunden

Personen angesehen (Pfeiffer 2003; Héroux et al. 2005). Der

Forschungsstand (Kap. 2.1.3) zu diesem Thema hat gezeigt, dass es kaum

Untersuchungen in diesem Bereich gibt und damit ein deutliches

Forschungsdefizit vorliegt. Diese Lücke sollte anhand der vorliegenden

Untersuchung geschlossen werden. Leider konnten die Erwartungen in den

Kraftreproduktionstest nicht erfüllt werden. In der Konstellation, 50% der

Diskussion 158

willkürlich aufwendbaren Maximalkraft zunächst mit visuellem Feedback zu

üben und daraufhin mit geschlossenen Augen zu reproduzieren konnte die

Methode die untersuchten Gruppen nicht unterscheiden. Der Ansatz der

Untersuchung gab den Probanden die Möglichkeit, mit jeder Extremität

wiederholt zu üben und anhand des visuellen Feedbacks einen Sollwert

herzustellen, der mit der Reproduktion ohne Feedback (Istwert) verglichen

werden kann. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Gruppen sich nicht

signifikant unterscheiden, mehr noch, dass in den Vergleichen der

Extremitäten keine klaren und aussagekräftigen Systematiken erkennbar

waren. In drei von vier Messzeiträumen ist die betroffene Seite der ACL-

Gruppe sogar besser.

Wie sind die Abweichungen von im Mittel 8-14 % im Hinblick auf die von

Birbaumer & Schmidt beschriebenen präzisen Reproduktionsleistungen

einzuordnen? West et al. (2005) konnten zeigen, dass Probanden ohne

jegliche vorherige Orientierung (z.B. eine Maximalkraftmessung) in der Lage

waren, eine Testanweisung – „mit 50% der maximalen isometrischen Kraft zu

drücken“ (im Sitzen in einem Kniegelenkswinkel von 60°) – mit einer im Mittel

nur 10%igen Abweichung umzusetzen. In diesem Bereich liegt auch die

Abweichung beider Gruppen in der vorliegenden Untersuchung, allerdings

mit vorherigem Üben unter visuellem Feedback.

Diese Ergebnisse zeigen, dass der Kraftsinn in der gegeben Konstellation

nicht von einer Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes beeinflusst wird.

Allerdings wurde in der Reproduktionsaufgabe mit 90° ein Winkel gewählt,

der für das vorderen Kreuzband keine potentielle Gefahr darstellt, da es nicht

unter Spannung steht (Brinckmann et al. 2003). Spekulationen könnten nun

dahin führen, dass in einem Winkel, der das Kreuzband unter Spannung

setzt (z.B. streckungsnah), Gruppenunterschiede in der Kraftreproduktion

aufgrund einer bedrohlichen Situation für das Kreuzband auftreten könnten.

Weitere Untersuchungen müssten dies zeigen.

Neuromuskuläre Aktivität

Die neuromuskuläre Aktivität in Form des integrierten EMG´s zeigt zwischen

den beiden Gruppen keine signifikanten Unterschiede. Ein Blick auf die

Diskussion 159

einzelnen Werte während der acht Messzeitpunkte zeigt auf Seiten der

Patienten sowohl im M.rectus femoris, als auch im M.vastus medialis und im

M.vastus lateralis jeweils eine verminderte elektrische Aktivierung im

Vergleich zu den gesunden Kontrollpersonen. Dabei treten die höchsten

neuromuskulären Aktivitäten im M.vastus medialis, gefolgt vom M.vastus

lateralis und dem M.rectus femoris auf. Aufgrund des hohen

Knieinnendruckes bei isometrischen Kontraktionen, ist die Methode der Wahl

in der Therapie häufig die dynamisch isokinetische Testung. Trotzdem gibt

es einige Untersuchungen, die die neuromuskuläre Aktivierung nach

Rekonstruktionen des vorderen Kreuzbandes untersucht haben. Engelhardt

(1998) unterstützt die vorliegenden Ergebnisse. Er untersuchte die

isometrische Maximalkraft in einer Kniewinkelstellung von 30° der

betroffenen und nicht betroffenen Extremität von Kreuzbandpatienten. Er

fand keine signifikanten Unterschiede zwischen den Extremitäten, wies aber

darauf hin, dass der M.vastus lateralis der betroffenen Seite eine erhöhte

Aktivität gegenüber der unverletzten Seite zeigten. Damit deuten sich

mögliche Kompensationsmechanismen an, ohne jedoch Signifikanzniveau zu

erreichen. Möglicherweise spielt auch hier die vergangene postoperative Zeit

eine Rolle. Cooper et al. (1999) fanden im Gruppenvergleich von ACL-

Patienten und Gesunden bei isometrischen Kontraktionen Unterschiede in

der muskulären Aktivierung 3 bzw. 5 Monate nach der Operation, die aber

schon 6 Monate nach Rekonstruktion kein Signifikanzniveau mehr erreichten.

Schaut man sich die prozentuale Beteiligung der einzelnen Muskeln an der

Gesamtbewegung an, kann man keine Unterschiede feststellen. Die

Beteiligungen der Muskeln in beiden Gruppen sind nahezu exakt gleich und

deutet somit nicht auf einen Einfluß der Rekonstruktion auf die

neuromuskuläre Aktivität hin.

Zentrale Aktivität

Während der Kraftreproduktionen zeigen sich Unterschiede zwischen den

Kreuzbandpatienten und der gesunden Kontrollgruppe nur in frontalen

Gehirnregionen bezüglich der spektralen Theta-Leistung zu den ersten

beiden (F3, F4) bzw. den ersten drei (Fz) Messzeitpunkten. Gemeinsam mit

den nicht existenten Unterschieden in der Performance und der

Diskussion 160

neuromuskulären Aktivierung während der Kraftreproduktionsaufgabe deutet

dies darauf hin, dass es sich bei den Gruppenunterschieden um einen

Gewöhnungseffekt handelt. Zwar sind die spektralen Theta-Leistungen in der

ACL-Gruppe durchgehend höher, erreichen aber nur zu Beginn und zum

Messzeitpunkt M6 Signifikanzniveau.

Wie schon beim Experiment Winkelreproduktion diskutiert, führen viele

Autoren eine erhöhte Theta-Leistung in frontalen Gebieten auf eine

gesteigerte Aufmerksamkeit bzw. Beanspruchung des Arbeitsgedächtnisses

zurück. Im Zusammenhang mit einem das Arbeitsgedächtnis

repräsentierenden fronto-parietalen Netzwerkes, selektiert der frontale Teil

diese Netzwerkes die sensorischen Informationen (Birbaumer & Schmidt

2006; Klimesch 1997; Sauseng 2005). Dies ist zu einer zum Grad der

Neuheit der Information einhergehenden Aufmerksamkeitserhöhung

proportional (Birbaumer & Schmidt 2006), die durch die im anterioren

cingulären Cortex (ACC; Gevins et al. 1997; Ishii et al. 1999) generierte

Theta Frequenz ausgedrückt wird. Diese Theta-Leistung ist nur zu Beginn

der Untersuchung in der ACL-Gruppe signifikant erhöht. Man kann an dieser

Stelle über eine erhöhte Vorsicht auf Seiten der Kreuzbandpatienten

spekulieren, die sich in einer gesteigerten Aufmerksamkeit zeigt.

Die kortikalen Alpha-2 Aktivitäten sind zwar in der ACL-Gruppe zu allen

Messzeitpunkten etwas niedriger als die der gesunden Kontrollpersonen

erreichen aber kein Signifikanzniveau. Eine signifikant unterschiedliche

Aktivierung in parietalen Alpha-2 Kortexarealen würde auf eine

unterschiedliche, neuronale Aktivität (Shaw 2003) und damit auf veränderte

sensorische Verarbeitungsressourcen hinweisen. Dies ist bei den

Kraftreproduktionen nicht der Fall. Innerhalb des das visuell-räumliche

Arbeitsgedächtnis repräsentierenden fronto-zentralen Netzwerkes (Collette et

al. 1999; Sauseng et al. 2002; Kondo et al. 2004; Osaka et al. 2004;

Sauseng et al. 2005) findet nach Birbaumer & Schmidt (2006) im parietalen

Areal der Vergleich zwischen der einlaufenden sensorischen Information und

den „erwarteten“ Informationen aus dem Langzeitgedächtnis statt. Die

vorliegenden Ergebnisse weisen darauf hin, dass der Grad der Veränderung

bzw. Neuheit der aus der Peripherie einlaufenden propriozeptiven

Information keine erhöhte neuronale Aktivität nach sich zieht und somit im

Diskussion 161

frontalen Anteil des beschrieben Netzwerkes / Arbeitsgedächtnisses nicht zu

einer erhöhten fokussierten Aufmerksamkeit führt.

Zusammenfassend kann man sagen, dass die peripheren und zentralen

Ergebnisse darauf hindeuten, dass der Kraftsinn als Modalität der

Propriozeption von einer Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes nicht

beeinflusst wird. Dies zeigt sich auf peripherer Seite durch sich nicht

unterscheidende Ergebnisse in der Leistung und der neuromuskulären

Aktivierung. Auf zentraler Seite kann über einen Gewöhnungseffekt in der

frontalen Theta-Leistung der ACL-Gruppe spekuliert werden. In der

parietalen Alpha-2 Frequenz sind keine Unterschiede zwischen den Gruppen

existent.

7.2.2 Einfluss von Übung auf die peripheren und zentralen Parameter

während der Kraftreproduktionen

Performance

Im Hinblick auf die Aneignungsphase der Bewegung kann man feststellen,

dass bei jeder Extremität die Leistung vom ersten bis zum vierten Durchgang

gleich bleibt oder sich verbessert. Auch hier findet die Aneignung der

Bewegung - wie in der Literatur beschrieben - durch eine Verbesserung bzw.

Stabilisierung des Ergebnisses entlang eines Übungsprozesses statt

(Schmidt & Lee 1999). Dabei verbessert sich die Leistung im Übungsverlauf

in beiden Gruppen nicht, sondern stabilisiert sich. Schmidt & Lee (1999)

weisen auf die unterschiedlichen Phasen während des motorischen Lernens

hin. Dabei wird die erste Phase als kognitive Phase charakterisiert, in der die

Versuchsperson versucht, sich geeignete Strategien zur Problemlösung

zurechtzulegen. Dies impliziert, dass die Phase durch wechselnde Strategien

geprägt ist, was sich natürlicherweise nicht zwingend in einer Verbesserung

der Leistung widerspiegelt. Des Weiteren kann man feststellen, dass sich die

Gruppen in diesem grundsätzlichen Aneignungsprozess (der möglichen

„Strategiesuche“) nicht unterscheiden. Allerdings deuten die Stabilisierung

der Leistung in der Kontrollgruppe auch in der zweiten Hälfte des

Experimentes (M5-M8) und die hohen Standardabweichungen

möglicherweise darauf hin, dass es sich bei dieser sensomotorischen

Diskussion 162

Aufgabe um einen Schwierigkeitsgrad handelt, der auch die gesunde

Kontrollgruppe vor eine Herausforderung stellt.

Auch die Aneignung der exakten isometrischen Kraftreproduktion zeigt mit

wiederholter Übung der Aufgabe keine Veränderungen innerhalb der

Gruppen, was auf gleiche neuromuskuläre Strategien zur Problemlösung

schließen lässt. Die nahezu exakt gleiche Beteiligung der Muskeln M.rectus

femoris, M.vastus medialis und M.vastus lateralis an der Gesamtbewegung

konnte so nicht erwartet werden. Die Ergebnisse entsprechen den

biomechanischen Kraftdaten, in denen auch keine tendenziellen

Entwicklungen mit wiederholter Übung gefunden wurden.

Nachdem Performance und neuromuskuläre Aktivierung in beiden Gruppen

keine Entwicklungsunterschiede zeigten, wurde auch die zentrale

Steuerungsebene einer Analyse bezüglich der Aneignungsmechanismen im

Übungsverlauf unterzogen. Dabei stellten sich ebenfalls signifikante

Entwicklungstendenzen ein, die den Aneignungsprozess auf kortikaler Ebene

abbilden. Erste Anzeichen dafür findet man in der spektralen Theta-Leistung.

Insbesondere in der frontalen Elektrodenposition F3 erhöht sich die Theta-

Leistung signifikant sowohl mit der betroffenen Extremität der ACL-Gruppe,

als auch mit der zweiten gesunden Seite der Kontrollpersonen. Eine

Erhöhung der Thetafrequenz, die nach Gevins et al. (1997) im anterioren

cingulären Cortex generiert wird, einer wie schon mehrfach beschriebenen,

wichtigen Komponente des Aufmerksamkeitssystems des Menschen (Posner

1993), spricht für eine Erhöhung der Aufmerksamkeitsintensität im zweiten

Teil der Untersuchung. Diese Entwicklung der Thetafrequenz wird von Smith

et al. (1999) bestätigt, die sie während kognitiver und visuomotorischer

Aufgaben im Vergleich Anfang und Ende der Untersuchung gefunden haben.

Interessanterweise findet man während der gesamten Aufgabenbearbeitung

keine signifikante Erhöhung der Alpha-1 Frequenz, die im Zusammenhang

mit unspezifischer Aufmerksamkeit zu erwarten gewesen wäre. Diese

Erhöhung der Alpha-1 Frequenz zeigt sich in den über allen

Elektrodenpositionen gemittelten Leistungswerten tendenziell aber nicht

signifikant in der Kontrollgruppe, allerdings ist dieser Trend nicht in der

Gruppe der Kreuzbandpatienten zu erkennen. Möglicherweise ist dies ein

Hinweis auf einen unterschiedlich schnellen Lernfortschritt. Dies kann aber

Diskussion 163

nur als Spekulation gesehen werden, da die Daten dies nur andeuten und

nicht erhärten.

Eine signifikante Erhöhung der Alpha-2 Leistungswerte ist in den

vorliegenden Daten der deutlichste Hinweis auf eine Ökonomisierung und

damit auf einen Lernprozess. Dieser findet in den parietal-temporalen

Bereichen des Kortex statt. Dieser Anstieg findet gleichermaßen in beiden

Untersuchungsgruppen statt, so dass die Ergebnisse im Alpha-2

Frequenzband auf einen Lernfortschritt hinweisen. Dieser Lernfortschritt

verfestigt sich durch eine geringere neuronale Aktivität, ausgedrückt durch

einen Anstieg der Alpha-2 Leistungen (Shaw 2003). Die neuronal geringere

Aktivität deutet bei gleichbleibender Leistung und neuromuskulärer

Aktivierung auf einen geringeren Einsatz neuronaler Ressourcen hin, was als

Ökonomisierung gesehen werden kann (Häufler 2000; Hatfield 2001).

Insgesamt weisen die Ergebnisse in der Aneignungsphase der

Kraftreproduktionen darauf hin, dass sich aufgrund der möglichen

Aufgabenschwierigkeit keine Performanceverbesserung in der Entwicklung

über die Messzeitpunkte in beiden Gruppen zeigt. Allerdings deuten die

vergleichbaren Entwicklungstendenzen auch bei der Kraftreproduktion darauf

hin, dass die Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes im Übungsverlauf

der Aneignung einer sensomotorischen Aufgabe nicht beeinflusst wird und

scheinbar denselben Regeln unterliegt.

7.2.3 Einfluss der Rekonstruktion auf die mentale Vorstellung der

Kraftreproduktionen

Bislang wurde der Einfluss möglicher veränderter afferenter Informationen

aus der Körperperipherie am Beispiel der Rekonstruktion des vorderen

Kreuzbandes auf die Vorstellung einer sensomotorischen Aufgabe nicht

untersucht. Eine Unterscheidung schon in der mentalen Vorstellung der

beiden Gruppen könnte neue diagnostische und auch therapeutische

Möglichkeiten eröffnen.

Die Probanden hatten die Aufgabe, sich nach den realen Kraftreproduktionen

diese Aufgabe mental vorzustellen. Dabei konnten weder im

Diskussion 164

Gruppenvergleich, noch im Vergleich mit einer sich anschließenden

Erholungsphase Unterschiede detektiert werden. Dabei ist nicht klar, welche

Faktoren diese Messung beeinflussen. Verschiedene Unterschuchungen

deuten darauf hin, dass unterschiedliche Vorstellungsarten existieren, die

sich auch in der kortikalen Aktivität abbilden (Marks et al. 1995; Neuper et al.

2005). Beide unterscheiden zwischen einer visuellen und einer

kinästheischen Vorstellung. Hansen (1992) deutet darüber hinaus an, dass

sich Ergebnisse in der kortikalen Aktivierung erst nach wiederholten

Vorstellungsphasen einstellen.

Da aber auch während der realen Durchführung der Kraftreproduktionen

keine Unterschiede aufgefallen sind, die den Schluss nahe legen, dass in der

vorliegenden Konstellation die Gruppen zu unterscheiden sind, konnten auch

in der mentalen Vorstellung keine Unterscheidungsmerkmale erwartet

werden. Dazu kommen noch – wie oben beschrieben – verschiedene

Faktoren wie die Art der Vorstellung oder wiederholte Vorstellung, die eine

Einordnung der Ergebnisse erschweren. Leider lässt sich auch in diesem

Rahmen über die Notwendigkeit eines realen sensorischen Feedbacks nur

spekulieren. Letztendlich müssen zukünftige Forschungsansätze zur

mentalen Vorstellung sensomotorischer Aufgaben bei Kreuzbandpatienten

die Untersuchungsbedingungen enger fassen, um aussagekräftige

Ergebnisse zu erhalten. Mit den vorliegenden Ergebnissen muss die Idee,

eine diagnostische Möglichkeit bei Kreuzbandpatienten nicht verworfen

werden, allerdings sollten die Anmerkungen in zukünftige

Forschungsprojekte integriert werden.

Schlussfolgerungen 165

8 Schlussfolgerungen – das große Ganze

Ausgangspunkt der Arbeit war die Frage, ob sich nach der Rekonstruktion

des vorderen Kreuzbandes unter der Annahme veränderter Afferenzen aus

dem Kniegelenk eine messbare Veränderung der zentralen

Informationsverarbeitung ergibt.

Anhand der vorliegenden Ergebnisse kann man postulieren, dass das

entwickelte Messinstrument in der Lage ist, diese, wie auch periphere

Veränderungen, anhand der Messkette „kortikale Aktivierung (EEG) –

neuromuskuläre Aktivierung (EMG) – biomechanischer Output“ differenziert

abzubilden. Um die Veränderungen vor dem Hintergrund veränderter

Afferenzen aus der Körperperipherie zeigen zu können, ist es notwendig, die

gesamte Messkette in die Analyse einfließen zu lassen. Einzelne Ergebnisse

auf den verschiedenen Messebenen sind nur schlecht interpretierbar.

Daraus ergibt sich die Forderung, dass die zentralen und peripheren

Veränderungen aufgabenspezifisch differenziert betrachtet werden müssen.

In der vorliegenden Untersuchung wurden zwei propriozeptive Modalitäten,

der Stellungssinn und der Kraftsinn, anhand von Winkel- und

Kraftreproduktionen untersucht. Dabei zeigt die Winkelreproduktion

Unterschiede auf allen drei Messebenen. Die Patienten nach

Kreuzbandrekonstruktion reproduzieren die Winkel mit signifikant größerer

Ungenauigkeit, ändern das Aktivierungsmuster ihrer Muskulatur und die

kortikale Aktivierung in Form der parietalen sensomotorischen Verarbeitung

und der frontalen Aufmerksamkeitsintensität war signifikant höher. Das

ermöglicht den Schluss, dass es erstmals gelungen ist, während einer

sensomotorischen Aufgabe den Einfluss einer Rekonstruktion des vorderen

Kreuzbandes auf zentrale Veränderungen experimentell nachzuweisen.

Bislang wurde der Begriff „propriozeptive Veränderungen nach

Kreuzbandrekonstruktion“ synonym benutzt. Die Testung einer zweiten

Modalität – des Kraftsinnes – konnte zeigen, dass dieser Begriff in dieser

Form nicht länger haltbar ist. Auf keiner der drei Messebenen manifestierte

sich in der getesteten Konstellation bei Kraftreproduktion ein Unterschied

Schlussfolgerungen 166

aufgrund des Einflusses der Kreuzbandrekonstruktion. Einzig in der frontalen

Thetafrequenz deutet sich ein Einfluss an, der aber nur in den ersten beiden

Messdurchgängen mit der gesunden Seite existent ist und im

vorhergehenden Teil als eine durch erhöhte Aufmerksamkeit ausgedrückte

„Vorsichtsmaßnahme“ des Organismus dargestellt wird, die sich im Verlauf

der Messung (nach zwei Durchgängen) schnell verliert.

Möglicherweise ist die Unterscheidung der propriozeptiven Modalitäten in

diesen beiden Experimenten ein zusätzlicher Hinweis darauf, dass die

Gelenkrezeptoren doch eine nicht unwesentliche Rolle bei der

Wahrnehmung der Winkelstellung spielen. Bei der Kraftreproduktion stehen

in diesem Zusammenhang eher die Muskelspindeln und Golgi-

Sehnenorgane im Vordergrund. Hier ist die zentrale Verarbeitung nicht

verändert. Diese ändert sich erst mit den veränderten Afferenzen bei der

Winkelreproduktion. Es scheint so zu sein, dass neben „extremen

Winkelstellungen“, bei denen die Gelenkrezeptoren aktiv sein sollen, auch

eine Schädigung ein mögliches „Extrem“ darstellt.

Die Ergebnisse der Untersuchung der beiden propriozeptiven Modalitäten

lassen also den Schluss zu, dass in der getesteten Konstellation der

Stellungssinn von der Rekonstruktion beeinflusst wird, der Kraftsinn

demgegenüber nicht. Damit muss auch der Begriff „veränderte

Propriozeption nach Kreuzbandverletzung / -rekonstruktion“ zukünftig

differenzierter betrachtet werden.

Eine zweite Forschungsfrage sollte bezüglich der Aneignungsphase dieser

für alle Probanden neuen, sensomotorischen Aufgabe beantwortet werden.

Man legt zugrunde, dass sich eine Aneignung in einer (1) Verbesserung bzw.

Stabilisierung der Performance und durch eine Optimierung der Bewegung

charakterisiert und sich diese Bewegungsoptimierung in einer (2)

Ökonomisierung manifestiert, die sowohl äußerlich sichtbar (z.B.

Ökonomisierung von Bewegungsamplituden, Krafteinsatz etc.), als auch auf

der inneren Ebene des Gehirns stattfinden kann. Dabei wird Lernen als

Ökonomisierung auf kortikaler Ebene bezeichnet, das sich in weniger

benötigten Ressourcen für dieselbe Aufgabe darstellt (Hatfield et al. 1999;

Häufler et al. 2000; Halsband et al. 2006). Innerhalb der vorliegenden

Untersuchung kann man für beide Experimente – sowohl für die Winkel- , als

Schlussfolgerungen 167

auch für die Kraftreproduktion – postulieren, dass in beiden Fällen die

definierten Kriterien für motorisches Lernen in der Aneignungsphase

eingehalten werden. Diese unterscheiden sich weder in den Extremitäten

einer Gruppe, noch zwischen den gesunden Kontrollpersonen und den

Patienten nach Kreuzbandersatz. Daher lässt sich übergreifend schließen,

dass sich die Aneignungsphase in beiden Gruppen durch eine verbesserte

bzw. stabilere Performance und eine Ökonomisierung in Form von geringerer

neuronaler Aktivierung (ausgedrückt insbesondere durch das Alpha-

Frequenzband) im parietalen Kortex äußert.

Des Weiteren sollte anhand der dritten Untersuchungsfrage geklärt werden,

ob auch die mentale Vorstellung der vorher durchgeführten jeweiligen

Aufgabe zu einer Unterscheidung der beiden Untersuchungsgruppen führt. In

verschiedenen Publikationen wird darauf hingewiesen, dass die Methode des

mentalen Trainings sehr vielversprechend für die Therapie zu sein scheint,

da ähnliche Gehirnregionen dabei involviert sind, wie bei der tatsächlichen

Bewegung. Auf dieser Grundlage würde eine Differenzierung der beiden

Gruppen anhand eines mentalen Testes die Diagnostik erweitern. Allerdings

konnten in der Untersuchung keine relevanten Gruppenunterschiede

statistisch belegt werden. Das könnte darauf hindeuten, dass der

tatsächliche sensorische Informationsfluss wichtig für die Unterscheidung zu

sein scheint. Man muss allerdings zugeben, dass auch verschiedene andere

Faktoren hier eine Rolle spielen könnten, so dass diese dritte

Forschungsfrage bezüglich der mentalen Vorstellung nicht abschließend

beantwortet werden kann. Ein Vergleich zwischen der tatsächlichen realen

Aufgabenbearbeitung und der mentalen Vorstellung konnte aus

methodischen Gründen (die realen Bewegungen wurden mit offenen, die

mentalen mit geschlossenen Augen durchgeführt) nicht erhoben werden.

Zusammenfassend kann man sagen, dass die mentale Vorstellung der

Aufgaben nicht in der Lage waren, die Gruppen zu unterscheiden und dass

zur Unterscheidung möglicherweise die sensorische Information in der realen

Situation notwendig ist.

In der neueren Literatur beschreiben verschiedene Autoren ein fronto-

parietales Netzwerk als Komponente des visuell-räumlichen

Arbeitsgedächtnisses (Sauseng et al. 2002; Kondo et al. 2004; Osaka et al.

Schlussfolgerungen 168

2004; Sauseng et al. 2005). Es scheint, als ob die sich sensitiv in dieser

Arbeit zeigenden kortikalen Parameter (frontal Theta und parietal Alpha-2) in

der Lage sind, die Beanspruchung des Arbeitsgedächtnisses abzubilden und

somit den theoretischen Rahmen dafür zu liefern, dass Kreuzbandpatienten

während sensomotorischer Aufgaben wie der Winkelreproduktion eine

höhere Beanspruchung des Arbeitsgedächtnisses aufweisen als gesunde

Kontrollpersonen. Die in dieser Arbeit angewandte Methodik ist in der Lage,

dieses theoretische Konstrukt weiter zu entwickeln, wobei ein Transfer auf

sportmotorische Bewegungen an dieser Stelle durchaus möglich scheint. Zur

Überprüfung des Modells müssen zusätzlich noch andere Methoden wie z.B.

ERS/ERD und EEG Kohärenzanalysen eingesetzt werden.

Abschließend zusammengefasst kristallisieren sich drei Punkte aus der

Diskussion heraus, die Grundlage für kommende Untersuchungen sein

können:

1. Anhand einer Messkette „kortikale Aktivierung (EEG) –

neuromuskuläre Aktivierung (EMG) – biomechanischer Output“ ist es

möglich, aufgabenspezifische Veränderungen nach der

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes zu detektieren.

2. Die Propriozeption muss nach den einzelnen Modalitäten

Stellungssinn, Kraftsinn und (möglicherweise auch) Bewegungssinn

(dies bleibt zu überprüfen) differenziert werden. Eine allgemeine

Aussage über eine „gestörte“ oder „veränderte“ Propriozeption kann

nicht länger aufrechterhalten werden.

3. Das theoretische zentrale Modell eines fronto-parietalen Netzwerkes

(Arbeitsgedächtnis) scheint ein Ansatz zu sein, der in der Lage ist, die

zentralen Einflüsse einer Rekonstruktion erklärbar zu machen.

Weitere Untersuchungen müssen dies Theoriegebilde auf seine

Tauglichkeit prüfen.

Für die therapeutische Praxis bedeuten die Ergebnisse dieser Arbeit eine

Erweiterung des diagnostischen Inventars, die es möglich machen könnten,

Therapieerfolge zu evaluieren. Der Ansatz über die durch veränderte

sensorische Informationen messbare unterschiedliche Beanspruchung des

Arbeitsgedächtnisses kann hier einen Forschungsweg eröffnen, der es

Schlussfolgerungen 169

zukünftig ermöglichen könnte, sogar einzelne Übungen in der Therapie

mithilfe eines online Neuromonitorings zu steuern. Die einzelnen sich aus

dieser Arbeit ergebenen Forschungsfragen und –ansätze sollen

abschließend im Ausblick dargestellt werden.

Ausblick 170

9 Ausblick

Zum Abschluss dieser Arbeit sei ein Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten

und Erfordernisse erlaubt. Dieser Ausblick erstreckt sich im ersten Teil auf

die konkrete Weiterführung der in der vorliegenden Untersuchung

bearbeiteten Fragestellung. Im zweiten Teil soll versucht werden, mögliche

inhaltliche wie methodische Erfordernisse zu beschreiben, die es

ermöglichen würden, das theoretische Modell der Beanspruchung des

Arbeitsgedächtnisses zu verifizieren oder zu verwerfen.

Eine systematische Fortführung der zentralen Forschungsfrage würde

zunächst bedeuten, neben den zwei bisher untersuchten Modalitäten der

Propriozeption (Stellungssinn, Kraftsinn) die dritte Modalität, den

Bewegungssinn auf mögliche kortikale Veränderungen zu untersuchen. Des

Weiteren müssten in der konsequenten Fortführung Fragen anhand des

Therapieverlaufes von Kreuzbandpatienten geklärt werden. Erst dann wäre

man in der Lage, verlässliche Aussagen über den motorischen Lernprozess

und seine kortikalen Abbildungen während der Rehabilitation nach der

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes machen zu können. Auch das

Wissen über das periphere und kortikale Abbild in unterschiedlichen

Konstellationen innerhalb der Untersuchungsparadigma hinsichtlich

verschiedener zu reproduzierender Winkel und unterschiedlicher

Winkelstellungen bei der Kraftreproduktion würde hinsichtlich der Frage nach

aufgabenspezifischen oder generellen Abbildungen innerhalb eines

Experimentes Auskunft geben und eine Systematik im Abbild der

Propriozeption darstellen.

Ein weiteres, neu zu erschließendes Forschungsfeld ist die Entwicklung und

Überprüfung des theoretischen Modells der Beanspruchung des visuell-

räumlichen Arbeitsgedächtnisses anhand der ausgewählten kortikalen

Parameter. Zur tatsächlichen direkten Messung im aus der Literatur

hergeleiteten fronto-zentralen Netzwerk (als Teil des visuell räumlichen

Zweiges des Arbeitsgedächtnisses) wäre es notwendig, die Mess- und

Analysemethodik zu erweitern. Sowohl kortiko-kortikale (Mima et al. 2004)

als auch kortiko-muskuläre Kohärenzanalysen (Schnitzler & Gross 2005)

Ausblick 171

wären in der Lage, bestehende Netzwerke und das Zusammenspiel

unterschiedlicher Komponenten zu untersuchen. Insbesondere im fronto-

parietalen Netzwerk könnte die Annahme überprüft werden, ob hier während

der sensomotorischen Aufgaben tatsächlich frontale und parietale

Gehirnareale in einem Netzwerk zusammenarbeiten. Dieses Modell bleibt

nicht nur auf die Rehabilitation nach Kreuzbandrekonstruktionen beschränkt,

auch im Sport wäre es anhand unterschiedlicher Lernstadien und komplexer

Aufgaben durchaus überprüfbar.

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Anhang I

11 Anhang

Anhang II

11.1 Fragebögen

Händigkeitsfragebogen (Oldfield 1971)

Anhang III

State-Trait Angstinventar (Laux et al. 1971)

Anhang IV

Handlungskontrollfragebogen HAKEMP (Kuhl 1990)

Anhang V

Anhang VI

Lysholm Knie-Score (Lysholm & Gillquist 1982)

Anhang VII

Tegner Knie-Score (Tegner & Lysholm 1985)

Anhang VIII

11.2 Probandeninformationen

Anhang IX

11.3 Deskription

Experiment 1: Winkelreproduktion

Anhang X

Anhang XI

Anhang XII

Experiment 2: Kraftreproduktion

Anhang XIII

Anhang XIV

Anhang XV

Anhang XVI

11.4 Ergebnisse Prüfstatistik

Winkelreproduktion

Anhang XVII

Anhang XVIII

Anhang XIX

Kraftreproduktion

Anhang XX

Eidesstattliche Erklärung XXI

Publikationen

Aus dem Inhalt der vorgelegten Arbeit wurden bislang Daten in

Abhandlungen folgender Quellen publiziert:

1) Originalarbeiten

Baumeister J, Reinecke K, Weiss M: Changed cortical activity after anterior

cruciate ligament reconstruction in a joint position paradigm: an EEG

study. Scand J Med Sci Sports 2007 (in press)

Baumeister J, Ries C, Liesen H, Weiss M: Influence of lateral leg

dominance on a functional muscle balance ratio after ACL

reconstruction. 2007 (submitted to J Athl Training – ID:JAT 0184-06)

Baumeister J, Herbarth B, Liesen H, Weiss M: Neurophysiological

strategies in a golf putting task. 2007 (submitted to Int J Sports Med –

ID: ISJM-11-2006-0356-bs)

2) Abstracts / Kongressbeiträge

Baumeister J, Ries C, Weiß M: Influence of limb dominance on knee

flexor:extensor ratio of ACL reconstructed patients. Isokin Exerc Sci 12

(1) (2004), 59-60

Baumeister J, Ries C, Weiß M: Einfluß der Seitigkeit auf die funktionelle

Kraftbalance bei Patienten mit rekonstruiertem vorderen Kreuzband. Dt

Z Sportmed 56, 8 (2005), 284

Baumeister J, Barthel T, Reinecke K, Koplin S, Weiss M: Zentrale

Aktivierung während einfachen motorischen, motorisch-mentalen und

kognitiven Aufgabenstellungen. Gibt es charakteristische Merkmale ?

Dt Z Sportmed 56, 8 (2005), 300

Eidesstattliche Erklärung XXII

Baumeister J, Reinecke K, Liesen H, Weiss M: Changes in brain activity

patterns during a sensorimotor task due to ACL-reconstruction. Med Sci

Sport Exerc 39 (5), (Suppl), 2007 (presentation at the 54th Annual

Meeting - American Congress of Sports Medicine, New Orleans, USA

30.5.-1.6. 2007)

Herbarth B, Baumeister J, Herwegen H, Liesen H, Weiss M: Complex

Neuromonitoring in a Golf Putting Task. Med Sci Sport Exerc 39 (5),

(Suppl), 2007 (poster presentation at the 54th Annual Meeting -

American Congress of Sports Medicine, New Orleans, USA 30.5.-1.6.

2007)

Baumeister J, Reinecke K, Weiss M: Different cortical activation patterns

due to two different proprioceptive modalities in ACL reconstructed

patients. In: Beek P, van de Langenberg R (Ed.): European Workshop

On Movement Science – Mechanics, Physiology, Psychology.

Sportverlag Strauß, Köln 2007 (poster presentation at the 3. European

Workshop of Movement Science in Amsterdam, Niederlande 31.5.-

1.6.2007)

Herbarth B, Baumeister J, Herwegen H, Liesen H, Weiss M:

Neuromonitoring in a Golf Putting Task: Discrimination of skill level due

to different conditions. In: Beek P, van de Langenberg R (Ed.):

European Workshop On Movement Science – Mechanics, Physiology,

Psychology. Sportverlag Strauß, Köln 2007 (poster presentation at the

3. European Workshop of Movement Science in Amsterdam,

Niederlande 31.5.-1.6.2007)

Baumeister J, Reinecke K, Weiss M: Classification of proprioceptive

modalities after ACL reconstruction: an EEG study. (oral presentation at

the 12th Annual Congress of the European College of Sports Science,

Jyväskylä, Finnland 11.7.-14.7. 2007)

Baumeister J, Reinecke K, Weiss M: Kortikale Veränderungen bei

sensomotorischen Aufgaben nach Rekonstruktion des vorderen

Kreuzbandes. (Vortrag beim 40. Deutschen Sportärztekongress, Köln,

27.9.-29.9. 2007)

Eidesstattliche Erklärung XXIII

Eidesstattliche Erklärung

Hiermit erkläre ich, dass ich die dem Department Sport & Gesundheit der

Universität Paderborn vorgelegte Dissertation mit dem Titel

„Zentralnervöse und motorische Auswirkungen einer Verletzung und

Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes bei sensomotorischen

Aufgaben“

selbständig verfasst und keine anderen als die in der Dissertation

angegebenen Hilfsmittel verwendet habe. Die geltende Promotionsordnung der

Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Paderborn ist mir bekannt.

Paderborn, Weihnachten 2006 ……………………………………

(Jochen Baumeister)