Was vor einigen Jahren noch bloße Fiktion in Action- und Phantasiefilmen war, wurde durch innovative Medizintechnik zur Realität: die Verschmelzung von Mensch und Maschine durch computergesteuerte Exoskelette. Wie so oft fanden Forscher den Grundbaustein in den Geheimnissen der Natur. Gliederfüßer bilden den größten Stamm im Tierreich und zeichnen sich primär durch ein stabilisierendes Außenskelett aus.

Ein Exoskelett ist vereinfacht gesagt sehr ähnlich aufgebaut und eigentlich gar kein klassischer Roboter. Am Unterkörper wird eine Art Gerüst angebracht, dass den menschlichen Körper unterstützt und entlastet. Gemäß dem Vorbild aus der Natur liegt das tragende Skelett damit nicht innerhalb, sondern auf der Außenseite des Körpers.

Medizintechnik findet Anwendung

In der Medizintechnik findet das Exoskelett vor allem in der Gangrehabilitation bei Lähmungserscheinungen Anwendung. Die Ursachen für Lähmungen reichen von Rückenmarksverletzungen und Schlaganfällen bis hin zum Schädel-Hirn-Trauma. Denn weltweit erleiden hunderttausende Menschen pro Jahr alleine durch Unfälle eine Querschnittslähmung. Allgemein gesprochen zählen Muskel-Skelett-Erkrankungen zur Hauptursache für Arbeitsunfähigkeit.

Therapie verzeichnet Erfolge

Im Therapiebereich werden Exoskelette bereits erfolgreich als maßgeschneiderte Gangrehabilitation eingesetzt. Das Gerät wird unter therapeutischer Anleitung wie eine zweite Hose getragen. Stabile Seitenelemente können auf die individuelle Körpergröße angepasst werden und geben den Beinen sicheren Halt. Durch eine komplexe Steuerung wird die Funktion der Muskeln an den Hüft- und Kniegelenken von Motoren übernommen.

Ein therapeutisches Exoskelett kann mit allen Bestandteilen rund 30 Kilogramm wiegen. Da das Gewicht jedoch durch eine Vorrichtung, die einer Schuhsohle ähnelt, direkt auf den Boden geleitet wird, ist die Konstruktion vollkommen selbsttragend. Der Patient spürt neben seinem Körpergewicht also keine zusätzliche Belastung. Ist das Exoskelett einmal korrekt angelegt, richtet es sich per Knopfdruck auf, sodass der Patient von einer sitzenden in eine stehende Position gebracht wird.

Damit der Anzug einen normalen Bewegungsablauf mit zwei bis drei Kilometern pro Stunde nachahmt, kann die Geschwindigkeit reguliert werden. Mit einer vollständigen Akkulandung wird der Anzug für eine Strecke von 10 Kilometern mit Strom versorgt. Die weitere Steuerung variiert je nach Modell und Hersteller, geschieht aber meist durch Gewichtsverlagerungen oder mittels Joystick.

Unterstützung in Echtzeit

PatientInnen, die nicht vollständig querschnittsgelähmt sind, sondern noch eine Restmuskelfunktion haben, können diese auch weiterhin einsetzen und trainieren. Durch eine spezielle Software wird es sogar möglich, die beiden Körperhälften unabhängig voneinander anzusteuern. Dazu werden kleine Elektroden an Oberschenkeln, Waden und Hüften angebracht, die Impulse der Muskelfunktion 500 Mal pro Sekunde messen und weiterleiten. Die Software verarbeitet diese Muskelzuckungen in Echtzeit und berechnet die nötige Unterstützung der Gehbewegung.

Schritt für Schritt

Im mehrmonatigen Training üben die PatientInnen meist zweimal pro Woche. Eine Einheit dauert dabei eine Stunde, während unter therapeutischer Begleitung ein Fuß vor den anderen gesetzt wird. Sensorische und motorische Fähigkeiten werden so laufend verbessert, damit PatientInnen rascher in den Alltag zurückfinden. Nach etwa 30 Trainingseinheiten stabilisiert sich der Effekt und eine Reihe positiver Begleiteffekte treten ein.

Sobald das Exoskelett korrekt angelegt ist, richtet es sich per Knopfdruck auf, sodass der Patient von einer sitzenden in eine stehende Position gebracht wird.

Sauerstoffverbrauch und Atemfrequenz normalisieren sich, der Puls wird schneller und je nach Krankheitsbild erhöht sich die Muskelaktivität in den unteren Beinmuskeln messbar. Der positive Einfluss auf neuropathische Schmerzen, sowie Blasen- und Darmfunktion spiegeln sich nicht zuletzt in der mentalen Stärke wider.

Denn die Ergebnisse machen sich auch an der Stimmung bemerkbar, wenn PatientInnen, die oftmals mehrere Jahre im Sitzen verbracht haben, ihrer Umwelt wörtlich wieder auf Augenhöhe gegenübertreten können.

Exoskelett im Alltag

Neben dem therapeutischen Bereich finden sich auch Möglichkeiten, um Exoskelette als maschinelle Fortbewegung im Alltag einzusetzen. Dies ist vor allem bei irreparablen Störungen der Motorik sinnvoll. Das Training in der Klinik fungiert in diesem Fall als Schnittstelle, um PatientInnen auf die tägliche Unterstützung  vorzubereiten.

Die Entwicklungsarbeit läuft ständig und lässt hoffen, dass PatientInnen durch Exoskelette künftig nicht mehr permanent auf den Rollstuhl angewiesen sind. Die finanzielle Unterstützung der Krankenkassen und Förderungseinrichtungen stellen dabei ein entscheidendes Kriterium dar, um die Innovation für den Hausgebrauch finanziell erschwinglich zu gestalten.

Mit Exoskeletten ist in der modernen Medizintechnik längst nicht die Grenze des Möglichen erreicht. Mechatroniker tüfteln derzeit beispielsweise an computergesteuerten Prothesen für Arme und Beine.