Forschen

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Das Ziel der Forschung in der Medizin ist die Entwicklung einer neuen oder die Verbesserung einer bestehenden Behandlung. Unabhängig davon, ob es um die Entwicklung neuer Medikamente, Diagnosegeräte oder technischer Eingriffe geht – die neuen Verfahren müssen oft am Tier und immer am Menschen getestet werden. Verläuft der Test an einer grösseren Anzahl von Patienten und Patientinnen erfolgreich, gilt das Verfahren als sicher: Dann kann es sich als neuer Standard etablieren. Der Weg dahin ist meist lang und beschwerlich. Ein besonders prägnantes Beispiel für eine solche Entwicklung ist eine neue Form der Knochenbruchbehandlung, die eine Gruppe von Ärzten, Forschern und Ingenieuren rund um den Berner Chirurgen Maurice E. Müller ab den 1950er-Jahren entwickelt hat. Sie nennt sich Osteosynthese und ist heute der weltweite Standard in der Behandlung von Frakturen.

Ausgangslage

Forschung wird vor allem dann vorangetrieben, wenn man mit der verfügbaren Therapie generell nicht zufrieden ist. Wer in den 1950er-Jahren beim Autofahren oder Skifahren verunfallt und sich dabei einen Arm oder ein Bein bricht, wird meist konservativ behandelt: Der verletzte Körperteil wird ruhiggestellt. Dies gelingt, indem ein Gipsverband angelegt wird. Patientinnen und Patienten sind häufig lange arbeitsunfähig und müssen oft wochenlang im Spital liegen. Trotzdem treten auch schwere Dauerschäden, wie Verkürzungen, Fehlstellungen und steife Gelenke, auf. Dies gefällt weder der boomenden Wirtschaft noch der modernen, dynamischen Gesellschaft. Das Interesse an einer raschen Wiederherstellung einer vollen Funktion nimmt zu: Chirurgische Lösungen sind gefragt …

Der Standard um 1950

Lorenz Böhler, oft als «Vater der modernen Unfallchirurgie» bezeichnet, veröffentlicht 1929 sein Werk «Technik der Knochenbruchbehandlung». Böhler systematisiert darin die Behandlung verschiedener Knochenbrüche. Zuvor hat er in Wien ein neues, genau geregeltes Verfahren entwickelt, um Ober- und Unterschenkelbrüchen mittels Zug ruhigzustellen. Die neue Technik basiert auf seiner langjährigen, praktischen Erfahrung, und Böhler dokumentiert die Fälle ausführlich. Dabei stellt sich heraus: Diese Behandlung zeigt deutlich bessere Resultate als ältere Methoden. Der Nachteil? Die Erkrankten müssen wochenlang im Spital liegen und auch danach noch mehrere Wochen einen Gips tragen.

Die unbefriedigenden Alternativen

Einige Chirurgen entwickeln unterschiedliche Verfahren, um den gebrochenen Knochen durch Schrauben und Platten zu stabilisieren (Osteosynthese). So gelingt es ihnen zwar, die Knochenheilung zu beschleunigen, es kommt jedoch auch zu Infektionen. Die Ärzteschaft bleibt skeptisch, zumal die Verfahren und Instrumente noch nicht standardisiert sind. Sobald ein anderer Chirurg als der «Meister der Methode» die Operation durchführt, gibt es Komplikationen. Maurice E. Müller ist insbesondere von der Methode der direkten Fixierung am Knochen beeindruckt und studiert sie bei ihrem Erfinder Robert Danis in Brüssel. Danis weist allerdings jegliche Verantwortung zurück, falls andere seine Methode anwenden.

Die Zusammenarbeit

Die moderne Medizin ist komplex. Sie verlangt die Zusammenarbeit von Personen mit unterschiedlichen Spezialkenntnissen. Dennoch sind es oft einzelne Figuren, die besonders hervortreten und eine Entwicklung prägen. Die Entwicklung der Osteosythese wird vor allem durch den Berner Chirurgen Maurice E. Müller vorangetrieben, der gemeinsam mit Martin Allgöwer, Hans Willenegger, Robert Schneider und Walter Bandi eine Gruppe weiterer Ärzte um sich schart. Sie sind der Ansicht, dass das Prinzip der Verbindung durch Schrauben und Platten (Osteosynthese) grundsätzlich funktionieren kann, und setzen auf eine wissenschaftliche und systematische Überprüfung der Technik. Also gründen sie 1958 die Arbeitsgruppe für Osteosynthesefragen (AO), um das Problem zu erforschen und eine Lösung zu entwickeln.

Das Netzwerk

Müller und seine Kollegen kennen sich teilweise von der Schule, dem Sport oder dem Militär. Daher ist die Gruppe stark im Kanton Bern vertreten. Sie sind zu Beginn ihrer Forschungen nicht Universitätsprofessoren, sondern Chefärzte an Regionalspitälern. Dort haben sie mehr Freiheit, die neuen Methoden auszuprobieren. Es herrscht ein kollegialer Austausch, der kritische Kommentare fördert, auch wenn Müller der unbestrittene Kopf des Unternehmens ist. Er ist es auch, der die Instrumente entwickelt. Er reist von Klinik zu Klinik und demonstriert in Operationen seine neusten Entwicklungen. Man kennt ihn in Medizinerkreisen als den «Köfferli-Doktor».

Forschung und Industrie

Müller benutzt in den Anfangsjahren Material unterschiedlicher Firmen. Sein langfristiges Ziel ist aber die Standardisierung des Verfahrens. Dazu benötigt er ein einheitliches Set an Instrumenten und Materialien. Deshalb sucht er nun einen Hersteller, der für ihn die Schrauben und Platten nach seinen Bedürfnissen entwickelt. Müller schwebt ein ganz neues Instrumentarium vor Augen, das bei hoher Qualität einheitlich aufgebaut ist. Kein einfaches Unterfangen: Schliesslich ist mit einer längeren Entwicklungs- und Testphase zu rechnen, bevor man etwas verkaufen kann.

Mit Robert Mathys findet er im Frühjahr 1958 einen interessierten Ingenieur, der in Grenchen eine kleine Firma zur Herstellung von Schrauben und Maschinen leitet. Mathys hat ein intuitives Verständnis dafür, was der Chirurg genau benötigt. Zwischen den beiden entsteht eine fruchtbare Zusammenarbeit. Bis 1960 werden den AO-Mitgliedern alle Grundinstrumentarien und Instrumente ausgeliefert.

Die neue Methode

Bei der Plattenosteosynthese der AO wird die angelegte Platte durch einen Spanner unter Zug gebracht, wodurch die Fraktur unter Druck gesetzt wird. Die dadurch erzielte Stabilität führt dazu, dass der Knochen ohne Bildung von Zwischengewebe direkt zusammenwächst. Die Plattenosteosynthese erlaubt eine gipsfreie Nachbehandlung. Patientinnen können ihre Gelenke bewegen und müssen nicht wochenlang liegen. Bewegungsübungen bei Knochenbrüchen sind nicht ganz neu - bereits Danis hat sie eingeführt. Neu ist, dass die Schrauben, Platten und Instrumente vereinheitlicht sind und dass genau beschrieben wird, wie Operationen durchgeführt werden müssen. Das langjährige Engagement des «Köfferli Doktors» hat sich also gelohnt: Müllers grosse chirurgische Erfahrung, das technische Know-how der Firma Mathys und die metallurgischen Kenntnisse des Institutes Straumann in Waldenburg haben einen entscheidenden Beitrag zum Gelingen der neuen Operationstechnik geleistet.

Das Prinzip von Zugplatte und Zugschraube

In der ersten Abbildung ist zu sehen, wie die Platte mit einer Schraube auf der einen Seite fixiert und am anderen Ende ein Loch für den Spanner gebohrt wird (a). Dann wird der Spanner montiert, und die ergänzenden Schrauben jenseits der Fraktur werden gesetzt (b, c). Darauf wird der gebrochene Knochen fest zusammengedrückt, indem die Platte gespannt wird (d). Schliesslich werden die restlichen Schrauben gesetzt und der Spanner entfernt (e, f). Nach rund 18 Monaten können die Platten wieder entfernt werden, falls sie stören.

Die zweite Abbildung zeigt die Zugschraube, die nur im gegenüberliegenden Knochen greift und im nahen Knochen gleitet. Wird die Schraube festgedreht, wird die Fraktur unter Druck gesetzt.

Die dritte Abbildung zeigt ein Modell mit den ursprünglichen Instrumenten und Implantaten. In der Filmsequenz von 1981 sehen wir zudem das Prinzip des asymmetrischen Schraubenlochs, das allerdings später entwickelt worden ist.

Erklären und beweisen

Nicht jede neue Methode ist besser als die alte. Die Mehrheit der neuen Entwicklungen setzt sich nicht durch, weil die Anwenderinnen und Anwender die alte Technik für besser halten. Auch die neue Osteosynthese-Technik stösst auf Widerstände. Die AO muss auf zwei Ebenen überzeugen. Sie muss erstens im Labor und in Tierversuchen zeigen, dass das Grundprinzip wissenschaftlich erklärbar ist und im Experiment auch funktioniert. Zweitens muss sie sowohl in klinischen Studien nachweisen als auch in wissenschaftlichen Publikationen belegen, dass die Technik auch in der Praxis zuverlässig funktioniert.

Tradition und Innovation

Am 24.11.1960 stellen Müller und seine AO-Kollegen die neue Methode erstmals vor einem grösseren Publikum vor. Zahlreiche Schweizer Chirurgen versammeln sich im Berner Inselspital. Müller berichtet von 800 durchgeführten Operationen. Der Berner Professor Karl Lenggenhager und andere Kollegen äussern sich kritisch: Wächst der Knochen tatsächlich direkt ohne Zwischengewebe zusammen? Langjährige Erfahrung habe gezeigt, dass die Osteosynthese nur beschränkt erfolgreich und überdies unsolide und gefährlich sei. Auch Müller muss zugeben, dass nicht alle Operationen erfolgreich verlaufen seien. Es gebe auch Probleme und Risiken. Die AO argumentiert aber, dass ihre Patienten und Patientinnen bezüglich Arbeitsunfähigkeit und Invalidität besser abschneiden als konservativ behandelte. Während des Treffens von 1960 stehen sich Tradition und Innovation gegenüber – es ist noch unklar, auf welche Seite das Pendel ausschlägt …

Der Tierversuch: das Prinzip funktioniert

In dieser Phase werden Tierversuche unumgänglich, um herauszufinden, welche Veränderungen an der Platte und im Knochen über mehrere Wochen hinweg stattfinden. Die gebrochenen Knochenteile werden also mit Platte stabilisiert. Anschliessend misst man die Spannung im Knochen und stellt fest, ob die Heilung gut fortschreitet oder ob Entzündungen entstehen. Die Versuche zeigen, dass die Spannung unter der Platte mit der Zeit abnimmt: Der Knochen wächst also stabil zusammen. Mikroskopische Untersuchungen belegen, dass der Knochen tatsächlich direkt und ohne Zwischengewebe zusammenwächst. Die systematischen Versuche der 1960er-Jahre tragen dazu bei, dass die Methode ab 1970 zunehmend akzeptiert wird.

Erfahrung dokumentieren

Müller und seine Kollegen legen besonderen Wert auf die sorgfältige Dokumentation aller Operationen. Sie verwenden Kontrollblätter und Lochkarten für die systematische Auswertung. Wichtig sind auch die Verlaufskontrollen, also die Nachweise des langfristigen Heilerfolgs. 1961 kann die AO bereits auf 2000 dokumentierte Fälle mit 20 000 Röntgenbildern zurückgreifen. Diese Daten widersprechen den Mutmassungen der Skeptiker, die Infektionen und schlechte Heilung befürchten. Die AO weist nach: Sorgfältig durchgeführte Operationen haben fast keine Komplikationen zur Folge.

Klinische Forschung: die Statistik stimmt

Mit dem Aufkommen der sogenannten evidenzbasierten Medizin (Englisch: evidence-based medicine) steigen ab den 1980er-Jahren die Anforderungen. Die Chirurgen und Chirurginnen müssen präziser zwischen einzelnen Operationen unterscheiden. Sie müssen zudem den Heilungserfolg der gewählten Methode statistisch mit anderen Verfahren vergleichen. Nur so können sie begründen, warum eine Methode einer anderen vorzuziehen ist. Die AO begegnet diesen Ansprüchen, indem sie eine detaillierte Klassifikation der unterschiedlichen Knochenbrüche entwickelt, die entsprechenden Operationsverfahren präzisiert und in klinischen Studien deren Überlegenheit nachweist. So können sich die verschiedenen AO-Verfahren als bewährte Methode (Englisch: best practice) etablieren, die von den Chirurgen und Chirurginnen befolgt werden müssen.

Publizieren: geprüftes Wissen

Forschungsresultate werden in der Gemeinschaft der Forschenden nur anerkannt, wenn sie veröffentlicht sind. So können alle Interessierten nachprüfen, wie die Ergebnisse zustande gekommen sind. Müller und seine Kollegen machen ihre Resultate in zahlreichen Zeitschriftenartikeln und auch in Büchern bekannt. Zu Beginn werden solche Beiträge häufig noch in deutscher und französischer Sprache veröffentlicht. Für die internationale Anerkennung sind aber zunehmend Publikationen in angesehenen englischen Fachzeitschriften wie derjenigen der Royal Society of Medicine wichtig. Über die Annahme einer Publikation entscheidet in den 1960er-Jahren noch eine kleine Gruppe von Redaktoren. Erst ab den 1970er-Jahren setzt sich langsam eine Prüfung durch unabhängige externe Experten und Expertinnen durch (Englisch: peer review). Nicht nur eine kleine Redaktion, sondern ein viel breiteres Netzwerk von Spezialisten und Spezialistinnen soll die Qualität der Forschung garantieren.

Lehren und Lernen

Wie lernt man eine neue Operationstechnik? Ähnlich wie Fahrradfahren: durch Anleitung und Übung. Man spricht von einem «stillen Wissen» (Englisch: tacit knowledge) – einem Wissen, das man nicht genau beschreiben und nicht aus Büchern lernen kann. Angehende Chirurgen eignen sich dieses Wissen traditionellerweise an, indem sie die erfahrenen und bedeutenden Chirurgen und Chirurginnen besuchen. Die AO ist einen neuen Weg gegangen und hat Kurse angeboten: Dies hat zu einer viel rascheren und grösseren Verbreitung der Technik geführt – heute ein ganz selbstverständliches Angebot, aber 1960 noch eine Neuheit.

Der Meister macht's vor

Theodor Kocher entwickelt in Bern eine neue Form des sehr sorgfältigen, kontrollierten Operierens: So geht er insbesondere auch in der Schilddrüsenchirurgie vor. Jedes Jahr kommen Dutzende Chirurgen, vor allem aus den USA, um seine Technik im Operationssaal zu studieren. Der Vorteil? Der angehende Chirurg kann dem Meister beim Operieren am lebendigen Körper beobachten. Die Nachteile? 1. Nur wenige sehen wirklich alle Schritte der Operation im Detail. 2. Sie können nicht selbst Hand anlegen und das Verfahren unter Aufsicht üben.

Der Kurs: eine neue Lehr- und Lernform

Die Frühgeschichte der Osteosynthese hat Müller und seinen Kollegen gezeigt: Die Operation lässt sich nur erfolgreich wiederholen, wenn man das Verfahren ganz genau kennt und dies auch praktisch einüben kann. Die alte Form der Anleitung im Operationssaal eignet sich dafür nicht. Also bietet die AO Kurse an. Der erste Kurs findet schon im Dezember 1960 statt. 80 Personen nehmen teil – weit mehr als geplant. Die Möglichkeit, die neue Operationstechnik selbst ausprobieren zu können, gibt vielen Chirurgen das Vertrauen, die Methode selbst erfolgreich anwenden zu können. Die Organisatoren fühlen sich durch den Erfolg bestätigt. Der Kurs etabliert sich als zentrales Merkmal der AO.

Eine neue Gemeinschaft

Im Operationssaal herrschen strenge Hierarchien. Der Kurs schafft hingegen eine ganz neue Umgebung. Hier treffen sich Jüngere und Ältere, diskutieren Lehrende und Lernende miteinander, sodass die Hierarchie verflacht. Beim mehrtägigen Kurs kommen sich die Teilnehmer auch persönlich näher. Die AO fördert und pflegt diesen Austausch ganz bewusst. Sie organisiert gemeinsame Essen, Ausflüge und Ski-Rennen. Dies fördert das gegenseitige Vertrauen und schafft die Basis für den kontinuierlichen Austausch. Die Kurse sind zentral, um eine Gemeinschaft zu etablieren, die sich durch die AO-Methode verbunden fühlt.

Technologie verkaufen

Forschung produziert nicht nur kostenlos verfügbares Wissen, sondern auch Heilmittel und Technologien, die Spitäler erwerben müssen. Vor hundert Jahren war die Technik noch relativ einfach und günstig, seit dem Zweiten Weltkrieg werden aber immer komplexere Geräte und Instrumente produziert. Diese sind oft nicht miteinander kompatibel. Das Spital muss sich für ein System entscheiden und das gesamte Material für ein bestimmtes Verfahren vom selben Hersteller beziehen.

Jedem Chirurg sein eigenes Instrument

Generationen berühmter Chirurgen haben aufgrund ihrer langjährigen praktischen Erfahrung ihre eigenen Instrumente entwickelt. So auch Theodor Kocher. Das Berner Sanitätsgeschäft Schaerer verkauft das umfangreiche «Original-Instrumentarium» Kochers. Es bietet aber nicht nur Kochers berühmte Arterienklemme an, sondern gleichzeitig die Klemmen einer ganzen Reihe anderer «Meister». Jeder Chirurg kann sich sein Instrumentarium nach Bedarf selbst zusammenstellen. Es herrscht keine Einheitlichkeit.

Eine Gesamtlösung

Bei der AO sind Schrauben, Platten und Instrumente genau aufeinander abgestimmt. Nur so sind Genauigkeit und Wiederholbarkeit garantiert. Die AO verkauft einzelne Sets für unterschiedliche Operationsverfahren in fünf farbigen Kassetten. Das System der farbigen Kassetten hat lange Bestand. Solche Gesamtlösungen sind bei Chirurgen und Spitälern beliebt. Sie sind auch im Interesse der Hersteller: Wer sich für das System entscheidet, wird nicht so schnell das gesamte Instrumentarium wechseln. Schon bald sind die Operationssets der AO auf dem Markt derart dominant, dass den meisten Konkurrenzfirmen nichts anderes übrigbleibt, als die Grundstandards der AO zu übernehmen.

Der neue Standard

Eine neue Methode etabliert sich dann als Standard, wenn die Mehrheit der Gemeinschaft sie anwendet. Dieser Prozess verläuft nicht überall gleich und nicht überall im selben Tempo. Es gibt nicht nur wissenschaftliche, sondern auch gesellschaftliche und kulturelle Gründe, weshalb sich eine Methode durchsetzt oder nicht. Gelingt jedoch der Durchbruch, so lässt sich auf dem heutigen internationalen Markt sehr viel Geld verdienen.

Kontrolle ist Trumpf …

Für den Erfolg der AO-Methode sind die Kontrolle und Standardisierung der Instrumente und Abläufe ganz zentrale Voraussetzungen. In der Aufbauzeit kann nur derjenige die Instrumente kaufen, der auch den Kurs absolviert hat. Auch verpflichtet er sich damit, die eigenen Operationen zu dokumentieren und die Resultate an die AO in Davos weiterzuleiten. So entsteht ein einzigartiges, weltweites Netzwerk kontrollierten Operierens. Das zentrale Dokumentations- und Forschungszentrum in Davos wächst entsprechend.

Die DDR: eine Vorreiterin

Die Gesundheitsbehörden in der DDR betrachten die Häufung von Frakturen durch Autounfälle als soziales Problem, das der Staat lösen muss. Also beauftragen die Behörden den Chirurgen Eberhard Sander, sich darum zu kümmern. Sander besucht AO-Kurse und lässt das System in der DDR durch eine kleine Gruppe von Spezialisten erproben. Die Erfolge führen dazu, dass das System schon Mitte der 1960er-Jahre unter staatlicher Kontrolle eingeführt wird. Es setzt sich allerdings nur beschränkt durch, da das Geld für die Anschaffung der Instrumente fehlt.

Die USA: späte Akzeptanz

In den USA gibt es keine Pionier-Gruppe wie in der Schweiz oder der DDR, die sich für die neue Methode starkmacht. US-amerikanische Chirurgen beharren auf ihrer Unabhängigkeit und betrachten die Schweizer AO als dogmatisch und freiheitseinschränkend. Manche sprechen gar von einer «Invasion» einer fremden Methode. Erst als die AO in den späten 1970er-Jahren Tierversuche und grössere klinische Studien durchführt, wird die neue Technik zunehmend akzeptiert. Mit ihrer Verbreitung in den USA wird die AO-Methode relativ rasch internationaler Standard. Nun setzt auch der grosse kommerzielle Erfolg ein.

Big business

Die AO ist keine gewinnorientierte Organisation. 1960 produziert die Firma Mathys im Lizenzauftrag der AO, 1963 kommt die Firma Straumann dazu, 1974 Synthes USA. Die Firmen liefern Geld an die AO ab, die damit Forschung und Entwicklung finanziert. Der Aufschwung des US-amerikanischen Markts ist nicht zuletzt dem Geschick von Hansjörg Wyss, dem CEO und Hauptaktionär von Synthes, zu verdanken. Die Firma dominiert das AO-Geschäft zunehmend. Die AO verkauft ihr 2006 die Patente für eine Milliarde Franken. Wyss verkauft Synthes 2011 für 21 Milliarden Dollar an Johnson & Johnson. Das grosse Geld macht also nicht der Erfinder, sondern der Geschäftsmann.

Die Forschung geht weiter …

Forschung und Entwicklung stehen nie still. Wer am Ball bleiben will, muss seine Produkte laufend verbessern oder grundlegend neu entwickeln. Die AO und zunehmend auch Firmen entwickeln laufend neue Verfahren für sämtliche Knochen. Allein der Katalog von Synthes (heute DePuy Synthes) umfasst aktuell mehrere Tausend Schrauben, Platten und Instrumente. Die AO gilt als anerkannte Autorität auf diesem Gebiet. Deshalb prüft sie neue Techniken und vergibt das Gütezeichen «AO approved» (Deutsch: von der AO genehmigt). Um weiterhin als Standard akzeptiert zu werden, müssen diese Verfahren dokumentiert und weltweit in Kursen gelehrt werden.

Neue Lösungen

Der menschliche Körper hat über 200 Knochen. Sie alle können auf sehr unterschiedliche Weise brechen – das bedeutet Schmerzen für die Verletzten und eine Herausforderung für den Chirurgen oder die Chirurgin. Jeder Knochenbruch ist anders und entsprechend unterschiedlich können die Knochen verschraubt werden. Die AO und die mit ihr verbundenen Firmen entwickeln mit der Zeit für alle diese Frakturen eine Technik. Dabei stellen sich immer wieder neue Fragen, beispielsweise wie man möglichst schonend oder bei Knochenschwund (Osteoporose) operieren kann.

Den Standard sichern

Neue Methoden müssen nicht nur entwickelt und wissenschaftlich dokumentiert, sondern auch vermittelt werden. Ab den 1970er-Jahren werden zunehmend auf der ganzen Welt AO-Kurse angeboten. Heute besuchen jährlich 58 000 Teilnehmerinnen und Teilnehmer über 800 Kurse. Das Verfahren am künstlichen Knochen selbst üben zu können, ist weiterhin zentral. Daneben hat sich in den letzten Jahren aber auch das Online-Learning etabliert. Dass es einer Organisation wie der AO gelingt, über Jahrzehnte hinweg den Standard zu setzen, ist eher ungewöhnlich. Häufig treten neue Forscher und Firmen mit Innovationen auf, die den alten Platzhirsch verdrängen.

Auswahlbibliografie

  • Heim, Urs F.A (2001).: Das Phänomen AO. Gründung und erste Jahre der Arbeitsgemeinschaft für das Studium der Osteosynthese, Bern.

  • Jeannet, Jean Pierre (2018): Leading a surgical revolution. The AO Foundation – Social Entrepreneurs in the treatment of bone trauma, Cham.

  • Schatzker, Joseph (2018): Maurice Edmond Müller – in his own words, Davos.

  • Schlich, Thomas (2002): Surgery, science and industry: a revolution in fracture care, 1950s – 1990s, Houndmills.