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Niemeyer, Iris (2003): Zur Biomechanik des traumatischen diffusen Axonschadens. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Der diffuse Axonschaden (DAI) ist Thema der vorliegenden Arbeit. Diese spezielle Form des Schädelhirntraumas wurde biomechanisch im Hinblick auf die Entstehungsmechanismen analysiert, mit dem Ziel Toleranzgrenzen zu ermitteln. Eine insbesondere dafür entwickelte, bisher in der Literatur nicht beschriebene, neuropathologische Darstellung des DAI wurde erstmals zugrunde gelegt, womit vor allem traumatische Läsionen in den Bahnsystemen sowohl qualitativ als auch quantitativ aufgezeigt werden können. Aus dem Sektionsgut des Instituts für Rechtsmedizin der Ludwig-Maximilians-Universität München wurden 16 Fälle analysiert, für die am Institut für Neuropathologie zusätzlich auch eine neuropathologische Untersuchung des Gehirns durchgeführt wurde. Es handelt sich um tödliche Unfälle unterschiedlicher Art, bei denen es möglich war, z.B. anhand der Ermittlungsakten der Polizei und der Staatsanwaltschaft, eine hinreichend genaue Unfallrekonstruktion vorzunehmen und die biomechanisch relevanten Belastungsparameter für das Gehirn zu bestimmen. Kürzlich entwickelte Computerverfahren zur Unfallrekonstruktion wurden dabei angewandt, z.B. PC-CRASH mit integrierten MKSSystemen und dem MADYMO® - Verfahren. Zwei Fälle mit schwersten Kopfverletzungen, wo entgegen den Erwartungen kein DAI eingetreten ist, wurden in das Untersuchungsgut einbezogen. Sie dienen als Beispiele dafür, daß bei hoher Stoßbelastung des Gehirns nicht in jedem Fall DAI auftreten muß. Um festzustellen ob DAI auch als primärer Schaden auftritt, wurden mehrere Fälle ohne Überlebenszeit betrachtet. Entgegen bisher vorherrschender Auffassungen, konnte gezeigt werden, daß sich DAI auch als primäre Erscheinung, d.h. bei sofortigem Todeseintritt, manifestiert. Eine längere Überlebenszeit, z.B. von 6 Stunden wie verschiedentlich genannt, ist zur Ausbildung von DAI nicht unbedingt notwendig. Die Einzelfallanalyse zeigt, daß DAI im Hirnstamm bei hoher axialer Krafteinwirkung in z- Richtung, vor allem bei Zugkräften, wahrscheinlich ist. Für Stoßbelastungen ohne relevante axiale Kraftkomponente, wie z.B. bei einem frontalen Aufprall in der Gesichtsregion, scheint DAI im Hirnstamm nicht aufzutreten. DAI im Balken (Corpus callosum) erscheint charakteristisch für aufgetretene höhere Rotationsbeschleunigungen um die Vertikalachse (z- Achse). DAI in den Hemisphären kann im Falle einer starken Deformation und Fraktur des knöchernen Schädels den dabei wirksamen Scherkräften zugeschrieben werden, womöglich auch, besonders parietal, durch lokale „interne“ Zugkräfte infolge Lageänderung des Gehirns in der Schädelkapsel. Weiter zeigt sich, daß DAI selbst bei extremer Stoßbelastung des Kopfes mit der Folge von ausgedehnten Schädelbrüchen (z.B. einem Scharnierbruch) und Hirnläsionen nicht zwingend auftreten muß. Die quantitative Auswertung relevanter biomechanischer Belastungsparameter des Gehirns ermöglichte die Ableitung erster Annäherungen der bisher nur unzulänglich bzw. zum Teil überhaupt nicht bekannten unteren Toleranzgrenzen für den DAI. Im Hinblick auf die lineare (translatorische) Kopfbeschleunigung läßt sich ein ähnlicher Verlauf erkennen, wie für die bekannte Grenzkurve für die Gehirnerschütterung (Wayne State University Tolerance Curve WSTC). Im Vergleich zur WSTC wird die Toleranzkurve für den DAI, abhängig von der Stoßzeit, von etwa 20 – 50 g höheren Belastungswerten gekennzeichnet. Beispielsweise entspricht dann dem häufig zitierten Grenzwert für die Gehirnerschütterung von 80 g aus der WSTC bei 10 ms Einwirkzeit eine Toleranzgrenze für den DAI von 130 g. Für die Rotationsgeschwindigkeit kann ein unterer Grenzwert von 38 rad/s bei einer Rotationsbeschleunigung um 7.500 rad/s abgeleitet werden, welcher in etwa mit nur sehr vereinzelt verfügbaren Literaturdaten übereinstimmt. Für die Rotationsbeschleunigung wurde ein erster Vorschlag für die untere Toleranzkurve des DAI in Abhängigkeit von der Einwirkzeit aufgezeigt, welche z.B. auf einen Grenzwert von 5.500 rad/s bei 10 ms Einwirkzeit hinweist. Bislang gänzlich unbekannt sind dazu Vergleichsdaten aus der Literatur, so daß weitere Untersuchungen zur Bestätigung oder Präzisierung speziell dieser neuen Toleranzkurve angezeigt sind. Generell sollten die in der vorliegenden Arbeit erstellten ersten Annäherungen von Toleranzkurven für den DAI als Grundlage für notwendige weitere Untersuchungen verwendet werden. Ähnlich wie die WSTC die in einem langjährigen Prozeß durch unterschiedliche Beiträge immer weiter präzisiert wurde, sollten auch die Toleranzgrenzen für den DAI durch weitere Daten ergänzt werden.