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Beurteilung von Halswirbelsäulenverletzungen aus technischer Sicht

1          Allgemeine Ausführungen

Halswirbelsäulen-Verletzungen (HWS-Verletzungen) werden von Unfallopfern bei den verschiedensten Arten von Unfällen geltend gemacht. Durchaus häufig in der gerichtlichen Praxis ist die Beurteilung bei folgenden Unfalltypen:

Heckkollision, Frontkollision, Seitenkollision, Anprall gegen feste Hindernisse selten auch bei Brems-, Ausweich- und Spurwechsel­vorgängen.

Das technische Gutachten soll nun dem medizinischen Sachverständigen die Beurteilung erleichtern, ob behauptete Verletzungen bzw. Schmerzen mit dem Unfall in kausalem Zusammenhang stehen.

 

Kollision à auf den Insassen einwirkende Kräfte à Verletzung kausal / nicht kausal

 

	Technische Problemstellung		Medizinische Problemstellung

 

 

 

Ob ein Krankheitsbild vorliegt, ist ausschließlich eine Frage, die medizinisch zu klären ist. Ob die Ursache eine durch eine Kollision erlittene Verletzung ist bzw. sein kann, kann meist auch eine rein medizinische Frage bleiben. Wenn, wie dies häufig der Fall ist, die Beantwortung dieser Frage zu einem viel späteren Zeitpunkt, wo kein Befund mehr vorliegt, wird das medizinische Problem ohne Lösung der technischen Problemstellung und deren Umsetzung auf die medizinische nicht möglich sein.

 

Ob eine HWS-Verletzung aus technischer Sicht erklärbar ist oder nicht, wird derzeit daran gemessen, ob die Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs, in dem die zu betrachtende Person sitzt, die mittlere Beschleunigung des Fahrzeugschwerpunkts dieses Fahrzeugs und die Oberkörperbeschleunigung eine bestimmte Größe überschritten haben.

Bei diesen Berechnungen kommen bestimmte physikalische Größen vor, die nachfolgend erläutert werden:

Bezeichnung	Formelzeichen	Erklärung
Geschwindigkeiten vor der Kollision, translatorisch (v) und rotatorisch (v)	v, v	Vor der Kollision kann ein Fahrzeug stehen und das andere fährt, es können aber auch beide in Fahrt sein. Für die Berechnung spielen auch die Richtungen eine Rolle, unter denen sich die Fahrzeuge nähern. Fahrzeuge können vor der Kollision auch schleudern.
Geschwindigkeiten nach der Kollision, translatorisch und rotatorisch	v´, v´	Nach der Kollision haben beide Fahrzeuge Geschwindigkeiten, die sich von den Kollisionsgeschwindigkeiten unterscheiden. Die absolute Geschwindigkeit  einer bestimmten Stelle des Fahrzeugs berechnet sich aus Überlagerung von translatorischer und rotatorischer Geschwindigkeit.
Geschwindigkeitsänderung	Dv	Die Geschwindigkeitsänderung beschreibt den Unterschied der absoluten Geschwindigkeit eines beliebigen Punkts des Fahrzeugs vor und nach der Kollision.
Energy Equivalent Speed	EES	Mit den EES-Werten wird das Ausmaß der Verformung der Fahrzeuge, also der Schadensumfang, beschrieben. Physikalisch betrachtet ist das eine Kenngröße für die Verformungsarbeit oder –energie.
Trenngeschwindigkeit	DvB´	Vor der Kollision nähern sich die Stellen, an denen die Fahrzeuge kollidieren, einander an, nach der Kollision trennen sich diese Stellen mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die als Trenngeschwindigkeit bezeichnet wird.
Mittlere Beschleunigung	am = Dv/Dt	Die Geschwindigkeitsänderung Dv kann berechnet werden, ebenso die Kollisionsdauer Dt. Die Kollisionsdauer ist auch aus Versuchen bekannt, hängt allerdings stark von der Unfallart ab. Aus dem Quotienten Dv/Dt berechnet sich die mittlere Beschleunigung oder Verzögerung.

 

Wenn das nachstehende Bild (Auffahrunfall) betrachtet wird, so wird deutlich, dass die Belastung des/der Insassen im gestoßenen Fahrzeug u.a. von den Struktursteifigkeiten der Karosserien beider Fahrzeuge abhängen. Aus den Fahrzeugverformungen, ausgedrückt durch EES-Werte, werden die Geschwindigkeiten der Fahrzeuge vor der Kollision, die Dauer des Stoßes und die mittlere Beschleunigung/Verzögerung berechnet. Es gilt der allgemeine Zusammenhang „Kraft = Masse mal Beschleunigung“.

Durch die zeitlich veränderliche Kraft in der Kontaktzone der Fahrzeuge wird das vordere Fahrzeug beschleunigt. Der auf dem Sitz befindliche Insasse wird über die Rückenlehne und die Reibungskraft auf dem Sitzkissen mitbeschleunigt / mitgenommen. Die Rückenlehne hat besondere Eigenschaften, die durch eine Feder mit eben diesen Eigenschaften mathematisch beschrieben werden kann. Die Eigenschaft der Rückenlehne hat bedeutsamen Einfluss auf den zeitlichen Verlauf der auf Insassen wirkenden Beschleunigung. Jeder Fahrzeugsitz hat unterschiedliche Eigenschaften, die man durch Messung der Kraft-Weg-Kennlinie ermitteln kann.

Die Oberkörperbewegung wird über die Halswirbelsäule und die Halsmuskeln auf den Kopf übertragen. Dabei kommt es zuerst zu einer lateralen Verschiebung der Wirbelkörper der HWS, das heißt zu einer Verschiebung (= Scherung) zwischen Oberkörper und Kopfachse. Danach tritt eine Rotation des Kopfes mit Biegung der HWS ein, dann erfolgt eventuell ein Aufprall des Kopfes gegen die Kopfstütze.

Der Vorgang ist von mehreren Autoren messtechnisch erfasst und mit Hochgeschwin­digkeitskameras festgehalten worden. Das nachstehende Bild zeigt die Bewegung eines Insassen in signifikanten Zeitschritten bei einem Versuch mit einer Geschwindigkeitsänderung von 7,8 km/h. Er ist der Literaturstelle /3/ entnommen.

Man sieht aus diesem Bild recht gut, dass der Kopf bei 120 ms gerade an der Kopfstütze anliegt und erst danach die Rotation des Kopfes einsetzt (wobei hier die Kopfstütze viel zu tief sitzt, was aber in der Praxis oft der Fall ist). Nach 120 ms ist das Maximum der Oberkörperbeschleunigung bereits erreicht oder überschritten.

 

Bei schweren Unfällen mit Geschwindigkeitsänderungen von mehr als 25 km/h und mittleren Beschleunigungen/Verzögerungen über 10 g spielen die Hyperextension des Halses und das Hochrutschen an der Rückenlehne eine bedeutsame Rolle. In diesen Fällen haben die Stellung und die Festigkeit der Rückenlehne sowie die Anordnung und Gestaltung der Kopfstütze einen bedeutsamen Einfluss.

Bei den Unfällen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich mit Geschwindigkeitsänderungen unter 25 km/h spielen die Härte und Dauer des Stoßes eine große Rolle. Diese Stoßdauer hängt primär von der Strukturfestigkeit der beteiligten Fahrzeuge (z.B. Anhängekupplung ja/nein) und der Härte der Sitzrückenlehne ab. Je härter die Fahrzeugstrukturen sind, desto kürzer wird die Stoßdauer und umso größer wird die mittlere Beschleunigung des Fahrzeuges. Die im gefährdeten Bereich der HWS wirkenden Kräfte sind umso größer, je größer die Beschleunigungsdifferenz zwischen Oberkörper und Kopf ist. Die HWS-Verletzung ist hier bereits eingetreten, bevor der Kopf die Kopfstütze erreicht hat. Die maximale Oberkörperbeschleunigung ist daher ein relevantes Maß für die Insassenbelastung.

 

Der für den Auffahrunfall beschriebene Mechanismus gilt nicht für andere Unfallarten. Dort gibt es teilweise wesentlich komplexere Zusammenhänge, die in einem Merkblatt nicht mehr beschrieben werden können.

 

2       Belastungsgrenzen

Die Mechanismen, die zu den HWS-Beschwerden oder HWS-Verletzungen führen, sind derzeit medizinisch noch längst nicht zuverlässig aufgeklärt. Noch nicht einmal bei dem am einfachsten zu betrachtenden Auffahrunfall ist ganz klar, wie es zu den Beschwerden kommt. Zur Zeit herrscht die Meinung vor, dass Druckwellen in den Blutgefäßen und in der Rückenmarksflüssigkeit kleinste, bisher durch Diagnosegeräte nicht nachweisbare Verletzungen erzeugen. Es ist auch ein Grenzwert (Neck Injury Criterion, NIC) vorgeschlagen worden, über dessen Höhe und Berechnungsweise aber noch Uneinigkeit besteht.

 

Untersuchungen von Castro et al. haben gezeigt haben, dass sogar Personen, denen man einen Auffahrunfall nur durch entsprechende Geräusche und Rollbewegung eines Fahrzeugs ohne Kollision vorgetäuscht hatte, über Beschwerden klagten. Daraus wird geschlossen, dass alleine schon psychosomatische Reaktionen als HWS-Beschwerden reklamiert werden! In diesem Zusammenhang kann darauf verwiesen werden, dass aus der manuellen Medizin bekannt ist, dass eine sogenannte „falsche“ Bewegung, oder „Zugluft“ (beim Autofahren, im Schlaf) ausreicht, HWS-Beschwerden zu erzeugen.

Bei den Versuchen mit vorgetäuschter Kollision waren die auf die Insassen einwirkenden Kräfte nicht von denen, die bei einem normalen Betrieb eines Fahrzeuges auftreten, abweichend. Das heißt die kausale Kette: Kollision à Krafteinwirkung à Verletzung hat gar nicht erst begonnen. Viele Interpretationsmöglichkeiten ergeben sich hier! Bemerkenswert ist die Tatsache, dass bei den vielen tatsächlich durchgeführten Crash-Tests unterhalb den daraufhin definierten Grenzwerten bei gesunden Probanden keine Verletzungen auftraten. Diese Probanden wurden nicht per Zeitungsinserat geworben.

 

Eine weitere Schwierigkeit ist die, dass die bisherigen Untersuchungen von einer „normalen“ Kopfhaltung ausgegangen sind. Zur Zeit sind Einfluss und Auswirkung, wenn z.B. ein Insasse der Kopf um 70 Grad zur Seite gedreht hat, als es zum Auffahrunfall gekommen ist, noch nicht genau genug bekannt.

Trotz alledem kann es nicht so sein, dass man deshalb die bisherigen Untersuchungsergebnisse unbeachtet lässt und auf weitere wissenschaftliche Ergebnisse wartet. Das, was heute bekannt ist, lässt Aussagen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu:

An sinnvollen Belastungsgrenzen, unterhalb derer bei europäischen Fahrzeugen HWS-Verletzungen aus technischer Sicht nicht mehr erklärt werden können, wurden für: normale Sitzhaltung, normale Körperkonstitution, keine krankhaften Veränderungen, folgende definiert:

Unfalltyp	Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs	Mittlere Beschleunigung des Fahrzeugs	Maximale Oberkörperbeschleunigung
Auffahrunfall / Heckkollision	HWS-Verletzung bei weniger als 11 km/h nicht erklärbar, Harmlosigkeitsgrenze 10 km/h	30 m/s² bzw. 3 g	6 – 9 g.
Frontalkollision	15 km/h	50 m/s² bzw. 5 g
Seitenkollision	Seitliche Beweglichkeit der HWS ist am geringsten. Es kommt meist zu einem unmittelbaren Kontakt zwischen Schulter des Insassen und Tür des Fahrzeugs, harter Stoß. Kopfanprall bei stoßzugewandter Seite schon bei 5 km/h, bei stoßabgewandter Seite prüfen, ob Rückschwingen erfolgen kann.	Bisher nichts definiert.

 

Die Bandbreite der Oberkörperbeschleunigung, wenn die Geschwindigkeitsänderung des gestoßenen Fahrzeuges 11 km/h beträgt, reicht, je nach Kombination Fahrzeugsteifigkeit - Lehnensteifigkeit von 6 – 9 g. Mit der Einbeziehung der Oberkörperbeschleunigung kann auch der Einfluss der Lehnensteifigkeit berücksichtigt werden. In zahlreich durchgeführten Crash-Tests traten diese Beschleunigungen auf, ohne, dass bei den gesunden Probanden Verletzungen entstanden sind.

 

Die Umsetzung der technischerseits definierten „Harmlosigkeitsgrenzen“ auf die individuelle Situation bedarf eines medizinischen Gutachtens.

 

Weiterführende Literatur (Auszug):

/1/ Walz, F.: Biomechanische Aspekte der HWS-Verletzungen, Orthopäde (1994) 23, 262-267

/2/ Gratzer, W. und Burg, H.: Analyse von Serienkollisionen und Berechnung der Insassenbeschleunigung im gestoßenen Fahrzeug, Verkehrsunfall und Fahrzeugtechnik, 1994, Heft 9, 1995, Heft 10.

/3/ Whitman, E. et al: Analysis of Human Test Subject Kinematic Response to Low Velocity Rear End Impact. SAE SP-975, 1993

/4/ Moorahrend, U.: Die Beschleunigungsverletzung der Halswirbelsäule. Gustav Fischer Verlag, 1993.

/5/ Kallieris, Rizzetti, Mattern, Thunnissen, Philippens: Cervical Human Spine Loads During Traumatomechanical Investigations. IRCOBI Proceedings 1996.

/6/ Scientific Monograph of the Quebeck Task Force on Whiplash-Associated Disorders. International Journal for the Study of the Spine, 15. April 1995.

/7/ Das „Schleudertrauma“ der Halswirbelsäule. Castro, Kügelgen, Ludolph, Schröter. Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1998.

/8/ Boström et al: A Sled test Procedure Proposal to Evaluate the Risk of Neck Injury in Low Speed Rear Impacts using a new Neck Injury Criterion (NIC), Chalmers University Sweden, Paper Nr. 98-S7-O-07.

/9/ Krafft, M. Folksam Research: A Comparison of Short- and Long-Term Consequences of AIS 1 Neck Injuries in Rear Impacts. July 1998.

/10/ Becke, Castro, Hein, Schimmelpfennig: HWS-Schleudertrauma 2000 – Standortbestimmung und Vorausblick. NZV 2000, Heft 6.

3       Schweregrad der HWS-Verletzung und statistische Ergebnisse

In der Literaturstelle /4/ werden zum Schweregrad von HWS-Verletzungen Ausführungen gemacht. Diese Einstufung wird primär interdisziplinär im medizinischen Fachbereich angewendet. Da in medizinischen Gutachten oft solche Einstufungen vorgenommen werden und bei der technischen Begutachtung Berücksichtigung finden sollen, werden sie in einer Tabelle aufgeführt:

Schweregrad
I	Schmerzsymptomatik nicht über 72 bis 96 Stunden. Keine erfassbaren Veränderungen durch diagnostische Verfahren zu belegen.
II	Symptomdauer bis 3 Wochen nach Schadensereignis. Objektive Feststellung des muskulären Hartspannes und pain release unter Physiotherapie.
III	Radiologisch objektivierbare Fehlstellung bis hin zum Ausmaß einer rever­siblen Subluxation eines Bewegungssegmentes mit oder ohne neurologische Störungen.
IV a	Luxation oder Luxationsfraktur der HWS, ggf. kombiniert mit neurologischen Störungen.
IV b	Tödliches HWS-Beschleunigungstrauma.

Ferner finden sich in /4/ Beschwerden/Symptome, die bei HWS-Verletzungen von den betroffenen Personen berichtet werden, bzw. an ihnen zu beobachten sind (absteigende Reihenfolge):

Körperliche Beschwerden	Psychische Beschwerden
Bewegungseinschränkung des Kopfes	Nervosität / Unruhe
Cephalgie (Kopfschmerzen)	Abnorme Müdigkeit
Nackenschmerzen	Frühes Erwachen wegen Schmerzen
Schulterschmerzen	Durchschlafschwierigkeiten
Schwindel	Innerlich gespannt und unruhig
Parästhesien (Gefühllosigkeit)	Schlafstörungen durch Schmerzen
Lichtempfindlichkeit	Einschlafschwierigkeiten
Benommenheit	Sozialer Rückzug
Sehstörungen	Weniger Initiative
Beklemmungsgefühle in der Brust	Tagsüber traurig/niedergeschlagen
Hörstörungen	Ängstlich/schreckhaft
Kreislaufstörungen	Seelische Schwere
Lärmempfindlichkeit	Plötzliches Weinen
Hitzeempfindlichkeit	Versagensängste
Schluckbeschwerden	Körperliche Schwere
Übelkeit	Suizidgedanken/Minderwertigkeitsgefühle

 

Über die Dauer von HWS-Verletzungen gibt die Literaturstelle /6/ Auskunft. Aushei­lungen dauern teilweise bis zu einem Jahr. Es gibt eine Abhängigkeit vom Alter (siehe nachstehendes Bild) und auch vom Geschlecht. Letzteres ist auch bei der Begutach­tung zu beachten, Frauen haben z.B. meist längere Hälse und schwächere Halsmus­keln als Männer.

Aus der Literaturstelle /9/ folgt, dass bei Fahrzeugen, die ab etwa 1990 gebaut wurden, wegen steiferer Sitzrückenlehnen, das Risiko von HWS-Verletzungen 2,7-fach höher ist als bei älteren Fahrzeugen. Ferner wurde dort u.a. festgestellt, das bei Fahrzeugen, die eine Anhängerkupplung haben, ein 22 % höheres Risiko für HWS-Verletzungen vorliegt.

 

Stand Februar 2001

Dr. Werner Gratzer

 

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