Magnetfeldtherapie in der Orthopädie

Kann Magnetfeldtherapie bei Komplikationen mit einem künstlichen Gelenk helfen und was kann sie innerhalb der Orthopädie leisten?

Unlängst haben wir durch eine kleine Umfrage im Raum Frankfurt in Erfahrung bringen können, dass schätzungsweise nahezu 85 % der Orthopäden inzwischen Magnetfeldtherapie anbieten. Das Behandlungsspektrum ist innerhalb dieser Fachgruppe nicht nur auf Knochenbrüche beschränkt, wie manche vielleicht vermuten mögen. Die zu behandelnden Krankheiten, wie beispielsweise die Arthrose, zählen aufgrund ihrer Ursache und Ausprägung eindeutig zu den Primärindikationen, welche für eine ergänzende (adjuvante) Behandlung mit Magnetfeldtherapie in Frage kommen. Auch die Begleitumstände wie beispielsweise Immobilität stellen Einsatzmöglichkeiten für die Magnetfeldtherapie dar. Schmerzen stehen innerhalb der Orthopädie oftmals im Vordergrund und werden als Haupteinsatzgebiet der Magnetfeldtherapie beschrieben. Insbesondere bei der Behandlung von Schmerzzuständen mittels Magnetfeldtherapie ist jedoch die Technik welche zum Einsatz kommt sowie Behandlungsdauer und Behandlungshäufigkeit von entscheidender Bedeutung. Nach einer von uns durchgeführten Patientenbefragung werden häufig unzureichende Behandlungsintervalle empfohlen und es kommt zu einem suboptimalen Behandlungserfolg, der wiederum viele Kritiker bestätigt. Bekannt ist, dass bei einer adjuvanten Behandlung mit Magnetfeldtherapie die Heilung einer Fraktur beschleunigt werden kann. Bei einem „einfachen“ Knochenbruch bestehen daher auch keinerlei Bedenken und im Rahmen von so genannten Selbstzahlerleistungen sind die Patienten gerne bereit eine Behandlung mit Magnetfeldtherapie in Anspruch zu nehmen, anders bei interner Fixation mittels Schrauben, Platten oder bei einer Endoprothese. In solchen Fällen bestehen zum Teil erhebliche Bedenken Magnetfeldtherapie einzusetzen, da man erhebliche Nebenwirkungen befürchtet. Grund genug die Wirkungsweise auf das Knochenwachstum und mögliche Kontraindikation unter die Lupe zu nehmen.

Wie funktioniert die Heilung eines Bruches (Fraktur) ?

Man unterscheidet zwischen einer primären und einer sekundären Frakturheilung. Bei einer primären Frakturheilung handelt es sich um einen präzisen und geraden Bruch, der es ermöglicht die beiden Knochenenden der Bruchstellen aufeinander zu pressen und der Durchbau – also der Aufbau der neuen Knochenstruktur - erfolgt „direkt“. Diese Form der Frakturheilung gelingt jedoch nur unter optimalen Bedingungen wie beispielweise einer optimalen Durchblutung und einer entsprechenden Ruhigstellung.

In der Regel kommt es zu einer so genannten „sekundären“ Heilung. In diesem Fall besteht ein Abstand zwischen den beiden Knochenenden. Dieser Spalt wird innerhalb von 5 Wundheilungs-Phasen wieder geschlossen, welche der embryonalen Knochenbildung gleichen. Man unterscheidet bei einem Embryo zwischen zwei grundsätzlichen Arten der Knochenbildung (Ossifikation). Bei der so genannten „desmalen Ossifikation“ häufen sich die Osteoblasten (Knochen aufbauende Zellen) im embryonalen Gewebe an. Osteoblasten scheiden kollagene Fasern sowie Kalziumsalze aus, die vor und nach der Geburt verkalken (das ist die Kurzform!). Im zweiten Fall, der „chondralen Ossifikation“, wird zunächst eine Art „Übergangsgerüst“ aus Knorpel gebildet, der schrittweise durch Knochengewebe ersetzt wird. Wichtig zu Wissen ist, dass bei einer sekundären Frakturheilung der Knochen nicht von den beiden Knochenenden langsam zueinander wächst, sondern die Bruchstelle komplett neu mit Knochengewebe ausgefüllt wird. Es kommt zunächst zu einer bis zu 6-fach höheren Durchblutung der Frakturstelle und einer Entzündungsphase. Ist diese Entzündungsphase beendet (sie dauert in der Regel 2-3 Tage), wird mit dem Aufbau des Übergangsgerüstes begonnen. Aus sogenannten „undifferenzierten Zellen“ entstehen Osteoblasten, welche mit dem Ausscheiden von Kollagen und Kalziumsalzen beginnen und allmählich das Übergangsgerüst durch Knochengewebe ersetzen (auch das ist die Kurzform!). Osteoblasten entstehen aus undifferenzierten Zellen (Mesenchymzellen). Diese Zellen werden als undifferenziert bezeichnet, weil sie sich noch nicht zu einer mit einer konkreten Aufgabe betrauten Zelle entwickelt haben. Sie werden auch als mesenchymale Stammzellen oder unreifes Bindegewebe bezeichnet, weil sie sich in viele verschiedene Gewebe differenzieren (entwickeln) können.

Für den Forscher unter Ihnen ist sicherlich die Frage interessant: Wie kommt es innerhalb der Bruchstelle zu einer solchen Reaktion – woher kommt die Information, dass an dieser Stelle nun wieder Knochen wachsen soll? Wie gesagt, der Knochen wird nicht von den sich gegenüberliegenden Frakturenden allmählich durch Zellteilung oder ähnlichem aufgebaut! Bevor wir diese Frage versuchen zu klären, schauen wir uns doch einmal an, wie Knochen wächst bzw. wie sich der Knochen auf veränderte Anforderung an Stabilität durch Belastung anpasst.

Je mehr ein Knochen belastet wird, desto stabiler wird er. Davon gehen wir zumindest aus, denn ein Knochen muss in der Lage sein, sich den verschiedenen Körpergewichten, die er tragen soll, anzupassen. Die Knochen des Schlagarmes von Tennisspieler sind anders in der Konstruktion, im Vergleich zu den Armknochen des nicht belasteten Armes. Ein Knochen wird eigentlich nie 100 % gleichmäßig frontal zur Längsachse belastet. Es gibt in der Regel eine Seite, die gestaucht und eine Seite, welche gedehnt wird. Ein Orthopäde namens J. Wolff hat Ende des 19. Jh. das Phänomen entdeckt, das ein Knochen auf Belastungen reagiert, indem er die Form annimmt, die am besten den Anforderungen entspricht, welche durch die Belastung gestellt werden. Wird also ein Knochen ständig gebeugt, so wächst an der Innenseite – also dort wo der Knochen komprimiert wird – Knochengewebe nach, um den Knochen dort zu unterstützen und an der Außenseite wird Knochen abgebaut, der dort nicht zur Stabilisierung benötigt wird. Für den Aufbau sind die Osteoblasten zuständig, welche demnach das Signal „Druck“ zum Anlass nehmen, sich vermehrt zu teilen und Knochenmatrix aufzubauen. Regelmäßige Leser der magnetopress wissen inzwischen, welche komplexen Abläufe sich hinter dem Begriff „Signal“ verstecken können. Der Körper hat vielfache Möglichkeiten entwickelt, um intern zu kommunizieren. Wichtig und interessant ist aber, wie die Information in die Zelle gelangt und was die zellinterne Kommunikation auslöst. 

Worauf beruht das Phänomen des beschleunigten Knochenwachstums durch Einsatz der Magnetfeldtherapie und wie erhalten die Osteoblasten das Signal „Druck“?

Im Fall der Aktivierung der Osteoblasten gibt es noch viele ungeklärten Abläufe, aber auch einige bekannte Zusammenhänge. Die im Zusammenhang mit der Magnetfeldtherapie interessante Form der Aktivierung ist die Piezoelektrizität, die Iwao Yasuda, ein japanischer Orthopäde, bereits 1954 entdeckte und die durch den Physiker Eiich Fukada 1957 und durch Prof. Dr. med. Robert O. Becker bestätigt wurde. (Wer sich für dieses Detail besonders interessiert erhält von der Redaktion entsprechende Buchtipps). Bei einer Sekundärheilung kommt Initial sehr wahrscheinlich ein anderer Wirkmechanismus der Magnetfeldtherapie zum tragen, nämlich der der erhöhten Mikrozirkulation. Wie bei einer primären Wundheilung steht auch bei einer sekundären Wundheilung eine gute Durchblutung zu Beginn. Innerhalb der ersten Phase wird das Wundgebiet mit feinen Kapillaren durchzogen, um eine optimale Durchblutung zu gewährleisten. Innerhalb des Blutergusses, der am Anfang entsteht, bildet sich ein feines Netz von Fibrin und Kollagen, welches durch Granulationsgewebe, Fibroblasten und weiteres Kollagen im Verlauf ersetzt wird und quasi ein erstes Grundgerüst darstellt. Es kann davon ausgegangen werden, dass der mit der Magnetfeldtherapie angehobene Sauerstoffpartialdruck und die damit verbesserte Sauerstoffversorgung im Gewebe ebenfalls unterstützend wirkt. Sind Osteoblasten entstanden, greifen Mechanismen wie der piezoelektrische Effekt und der gezielte Ionentransport. Letzteres können, durch Patente untermauert, nur wenige Geräte leisten. Fragen Sie deshalb diesbezüglich beim Hersteller nach! 

Was bedeutet Piezoelektrizität?

Druck ist neben anderen Effekten verantwortlich für Knochenwachstum. Prof. Dr. med. Robert O. Becker hat in seinem Buch „The Body Electric“ sehr ausführlich beschrieben, wie Druck auf den Knochen in diesem elektrisches Potenzial auslöst. Piezoelektrizität ist ein Begriff, der allgemein die Eigenschaft eines Materials beschreibt, auf Druck elektrisches Potenzial zu entwickeln. Das bekannteste Beispiel ist das elektrische Feuerzeug, dessen Zündmechanismus auf diesem Effekt beruht. Wie kann ein Magnetfeld diesen Effekt nachbilden? Magnetfelder haben die Eigenschaft, dass sie in einem Leiter Strom „induzieren“ können. Das Prinzip ist ebenfalls bekannt, es ist der Dynamo am Fahrrad. An dieser Stelle werden Sie sich sicherlich ebenso wie ich fragen, fließt dann Strom im Knochen? Wenn man den Begriff „Strom“ an dieser Stelle im haushaltsüblichen Kontext verwendet muss diese Frage mit einem klaren Nein beantwortet werden. Wir haben in der Sonderausgabe der magnetopress erklärt, wie Magnetfeldtherapie den Fluss der Ionen – also Ladungsträger – beeinflussen kann. Die entsprechenden Stichworte sind „Lorentzkraft“ und „Halleffekt“. Die Piezoelektrizität entsteht ebenfalls durch Verschieben von Ladungsträger. Extrem vereinfacht kann man also sagen, dass die Magnetfeldtherapie den Piezoeffekt imitiert, indem sie Ionen (Calcium, Natrium etc.) mit Hilfe der Lorentzkraft und des Halleffektes „verschiebt“. Wie immer haben wir an dieser Stelle das Problem, einen Sachverhalt allgemeinverständlich zu erklären, ohne die notwendigen Details zu verschweigen, die einer exakten Darstellung geschuldet sind. Aus diesem Grund erfolgt insbesondere an dieser Stelle unsere Aufforderung: Sie haben Fragen oder sind der Meinung dass ein Sachverhalt anders dargestellt werden muss? – Schreiben Sie uns!

Wie zu Beginn erwähnt gibt es inzwischen noch eine Reihe anderer Signalwege, die diskutiert werden, wenn es um die Aktivierung der Osteoblasten geht. Neben einer hormonellen Aktivierung, wird auch ein sogenanntes Strömungspotenzial oder der hydrostatische Druck erwähnt. So lange wie hierüber noch keine absolute Klarheit besteht, kann kein Erklärungsansatz verworfen oder hervorgehoben werden.

Die Tatsache, dass es sich hier um eine Verschiebung von Ladungsträger (Ionen) und nicht um die Induktion von fließenden Strom handelt, ist ebenfalls Teil der Erklärung, warum Magnetfeldtherapie auch bei Endoprothesen angewandt werden kann und unbedenklich ist.

Kann Magnetfeldtherapie auch bei Endoprothesen angewandt werden?

Die Fragestellung erklärt sich fast vollständig, wenn man die für Endoprothesen verwendeten Materialine auf ihre magnetischen Eigenschaften hin untersucht. Hersteller von Magnetfeldtherapiegeräten haben dies bislang noch nicht explizit untersucht. Aber im Zusammenhang mit dem MRT wurde diese Fragestellung genau unter die Lupe genommen.

Jedes Material hat in Bezug auf Magnetismus spezifische Eigenschaften. Diese Eigenschaften werden in dia-, para-, und ferromagnetisch unterteilt. Mit diesen Einteilungen sind spezifische Verhaltensweisen klassifiziert die z.B. eine Aussage dazu treffen, ob sich das Material magnetisieren lässt oder nicht. Endoprothesen sind in der Regel aus Titan, ein paramagnetischer Stoff der die Eigenschaft besitzt, dass er nicht magnetisch ist. Das bedeutet dass die Lage bzw. die Position durch ein Magnetfeld nicht beeinflusst werden kann. Innerhalb des Stoffes gibt es aber sehr wohl Reaktionen, wenn dieses Material einem Magnetfeld ausgesetzt wird. So wurde beispielsweise untersucht, ob Titan durch eine Untersuchung im Magnet-Resonanz-Tomographen (MRT) mit einer Erwärmung auf das Magnetfeld reagiert. In erster Linie muss man dies positiv beantworten. Allerdings hängt das von der Intensität des Magnetfeldes, seiner Signalform (pulsierend oder statisch) und der Kopplung mit anderen Strahlungen, wie Radiowellen welche beim MRT genutzt werden, ab. MRT-Geräte arbeiten gewöhnlich mit einer Magnetfeldstärke von 1,5 Tesla und im Hochfrequenzbereich. In einer Testreihe, welche Titan-Implantate für den HNO-Bereich bezüglich ihrer Sicherheit bei MRT-Diagnostik untersuchte, hat man bei 1,5 Tesla und 15 Minuten fortwährendem MR-Scan einen Temperaturanstieg von weniger als 2,2 °C gemessen. Magnetfeldtherapie arbeitet mit Magnetfeldstärken von unter 100 µTesla, eine Feldstärke, welche um ein vielfaches weniger intensiv als die des MRT ist. Magnetfeldtherapie bei Endoprothesen ist demnach als völlig unbedenklich einzustufen.

  

Warum ist gerade für immobile Patienten die Magnetfeldtherapie mehr als zu empfehlen?

Es gehört inzwischen zu den Volksweisheiten, dass mangelnde Bewegung ein idealer Nährboden für Erkrankungen ist. Angefangen bei einem erhöhten Thromboserisiko bis hin zur überproportionalen Gewichtszunahme bei gleichzeitig ungebremster Kalorienzufuhr: Das Fehlen von Bewegung hat vielfältige Auswirkungen auf unseren Körper. Nun kann Magnetfeldtherapie die Bewegung nicht ersetzen, aber die grundlegenden Wirkungsweisen können die negativen Auswirkungen bremsen. Mit Hilfe der Magnetfeldtherapie wird die Mikrozirkulation erhöht. Ein Effekt der dafür sorgt, dass im Gewebe ausreichend Nährstoffe ankommen und Schlackenstoffe abtransportiert werden. Der Anstieg des Sauerstoffangebotes im Gewebe ist normalerweise ein Effekt, den wir nur durch sportliche Aktivität auslösen können. Magnetfeldtherapie hat in einer Untersuchung von 6000 Studenten den gleichen Effekt erzielen können. Diese beiden Faktoren können nicht nur für eine beschleunigte Wundheilung verantwortlich gemacht werden, sondern stellen quasi eine bewegungsfreie, auf molekularbiologischer Ebene stattfindende Mobilisation des Patienten dar. 

Fazit

Die Magnetfeldtherapie ist für die Orthopädie durchaus eine adäquate Therapieoption. Allerdings muss sich bei Patient und Behandler die Erkenntnis durchsetzen, das eine oder zwei Anwendungen pro Woche wenig Wirkung zeigt. Insbesondere in der Schmerztherapie müssen täglich 2 bis 3 Anwendungen erfolgen, um eine der Physiologie der Schmerz- bzw. Reizweiterleitung angepasste Behandlung anzubieten. Viele Studien zeigen bei Arthrose, Gonarthrose und Rheuma relevante Vorteile durch die Behandlung mit Magnetfeldtherapie auf. Das Potenzial, dass sich hier andeutet, ist auch für den Bereich der Sportmedizin von Bedeutung und sollte Orthopäden, welche auf diesem Gebiet besonders aktiv sind, dazu auffordern über einen intensiveren Einsatz moderner Magnetfeldtherapiegeräte nachzudenken.