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In der operativen Medizin ist das Erlernen chirurgischer Fertigkeiten von zentraler Bedeutung. Während früher die chirurgischen Basisfertigkeiten wie Naht und Knoten im Operationssaal am Patienten erlernt wurden, erfolgt dieses nun an Modellen, mit dem Vorteil der für die Lernenden geeigneteren Lernumgebung und der Patientensicherheit [1]. Durch dieses Vorgehen können sich die Lernenden nach dem Erwerb der Basisfertigkeiten auf die komplexen operativen Prozeduren im Operationssaal fokussieren [2]. Dieser Lernprozess ist dem motorischen Lernen zuzuordnen und erfolgt mehrstufig von der kognitiven Phase, bei der die Bewegungsabläufe zunächst verstanden werden müssen, über die integrative Phase der Anwendung unter kognitiver Kontrolle bis hin zur autonomen Phase, bei der die Prozeduren ohne Nachdenken ausgeführt werden können [3].

Beim Training chirurgischer Fertigkeiten wird überwiegend die dominante Hand (DH) trainiert [4]. Eine Übertragung der motorischen Fähigkeiten von der (DH) auf die nicht-dominante Hand (NDH) und umgekehrt ist möglich [5], [6]. Dieser intermanuelle Transfer ist eine neuronale Funktion, bei der durch das Training einer Körperseite die gelernte Funktion auf die andere Körperseite übertragen wird. Diese Strategie wird in der Rehabilitation bei Trauma oder Schlaganfällen angewandt [7]. Der intermanuelle Transfer kann auch beim motorischen Lernen eingesetzt werden, indem die nicht-dominate Hand trainiert wird, um die dominante Hand zu verbessern.

Traditionell werden chirurgische Fertigkeiten nach der Halsted-Methode („See one, do one teach one“) vermittelt. Dabei sollen die Lernenden nach Beobachtung der zu erlernenden Prozedur in der Lage sein, diese selbst auszuführen. Im nächsten Schritt sollen sie diese Prozedur vermitteln können [8]. Aufgrund der Fehlermöglichkeiten und unter dem Aspekt der Patientensicherheit wird diese Methode als nicht mehr zeitgemäß angesehen [9]. Eine Alternative für die Vermittlung komplexer Fertigkeiten in der Medizin ist die 4-Schritt-Methode nach Peyton [10], [11], [12]. Dieses 4-Stufen-Modell besteht aus den Schritten Demonstration, Dekonstruktion, Verständnis und Durchführung [12]. Bei der Demonstration wird den Lernenden die zu erlernende Prozedur im Gesamten kommentarlos vorgeführt. Während der Dekonstruktion wiederholen Lehrende die Vorführung mit einer Erklärung aller notwendigen Teilschritte. Der dritte Schritt beinhaltet die Durchführung der Prozedur durch Lehrende unter Anweisung von Lernenden, um das notwendige Verständnis zu erzielen. Im vierten Schritt führen die Lernenden die gesamte Prozedur eigenständig durch [13].

Neben der standardisierten Vermittlung chirurgischer Fertigkeiten ist eine möglichst objektive Beurteilung dieser Fertigkeiten und damit des Lernzuwachses notwendig [14]. Dies kann durch eine auf Checklisten basierende, strukturierte Bewertung erfolgen, wie dem OSATS (Objective Structured Assessment of Technical Skills) [15], [16], [17]. Dieser Ansatz hat sich für die Bewertung chirurgischer Fertigkeiten durchgesetzt [16]. Die Bewertung wird anhand einer Checkliste durchgeführt, die aus einer Global Rating Scale und einer prozedur-spezifischen Checkliste besteht [14]. Der OSATS ist ein Messinstrument mit einer hohen Reliabilität und Validität [18].

Diese Arbeit untersucht erstmalig den Lernzuwachs bei Studierenden der Zahnmedizin mit der DH in der offenen Naht- und Knotentechnik am Modell, der durch ein Training mit der DH, der NDH und durch ein AT, bei dem es sich nicht um spezifisches chirurgisches Training handelt, erzielt werden kann. Darüber hinaus wird untersucht, welche Lernenden den größten Lernzuwachs erreichen konnten. Die hier untersuchte Forschungsfrage ist, ob im Rahmen des intermanuellen Transfers mit einem Training der NDH oder einem AT ähnlich gute Lernzuwächse wie mit einem Training der dominanten Hand mit der DH erreicht werden können. Diese Fragestellung ist relevant, um moderne Lehrmethoden für chirurgische Fertigkeiten am Modell in ihrer Effektivität und Effizienz besser verstehen und besser quantifizieren zu können. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen Erkenntnisse über den intermanuellen Transfer von motorischen Fähigkeiten beim Erlernen chirurgischer Basisfähigkeiten am Modell liefern und diese möglichst objektiv quantifizieren.

In der Zeit von Dezember 2016 bis Juli 2019 wurde im Rahmen einer kontrolliert-randomisierten Studie bei 124 Studierenden des vorklinischen und des klinischen Studienabschnitts der Zahnmedizin ein chirurgisches Training in der Knoten- und Nahttechnik durchgeführt. Dieser Knoten- und Nahtkurs wurde ausschließlich im Rahmen dieser Studie als freiwillige Lehrveranstaltung angeboten.

Die Fallzahlberechnung wurde mit einem Alphaniveau von 0.05, einer Power von 0.8 und einer angenommenen mittleren Effektstärke mit einem Cohens d von 0.5 durchgeführt. Hieraus ergab sich eine Gruppengröße von 64 bzw. insgesamt 128 Studierenden. Für diese Berechnung wurde folgender Online-Rechner verwendet: [https://statistikguru.de/rechner/cohens-d-gepaarter-t-test.html]. Eine statistische Zwischenauswertung zeigte, dass aufgrund der größeren Effektstärke die anfangs avisierten 128 Probanden nicht benötigt wurden und somit die Rekrutierung bei 124 Probanden bereits beendet werden konnte.

Die Arbeit erfolgte als kontrollierte, randomisierte prospektive Studie. Alle Probanden haben vor Beginn in die Studienteilnahme und die Verwendung der erhobenen Daten eingewilligt. Die chirurgische Knotentechnik wurde an Knotenbrettern und die Nahttechnik als Einzelknopfnaht an Nahtpads geübt.

Vor dem Training wurde ein Screening zur Bestimmung der Händigkeit mit dem Fragebogen nach Sattler anhand von Alltagstätigkeiten durchgeführt [19]. Hierbei ist anzugeben, mit welcher Hand (links, rechts, beide) diese Tätigkeiten bevorzugt ausgeübt werden. Dieser Fragebogen behandelt spontane, nicht von Erziehung oder Umwelt geprägte Tätigkeiten [19].

Das Training erfolgte nach der 4-Schritt-Methode nach Peyton. Im ersten Schritt wurde den Studierenden in Echtzeit vorgeführt, wie ein chirurgischer Knoten bzw. wie eine chirurgische Naht durchgeführt werden. Im zweiten Schritt erfolgte eine langsame Vorführung in Einzelschritten mit genauer Erklärung. Im dritten Schritt führte der Lehrende nach Anweisungen der Studierenden chirurgische Knoten bzw. Naht durch. Im vierten Schritt führten die Lernenden Knoten bzw. Naht vor. Anschließend erfolgte eine Beurteilung der Naht- und der Knotentechnik mit der dominanten Hand mit dem OSATS. Auf Grundlage der OSATS-Bewertung (Anfangsmessung) erhielten die Studierenden ein strukturiertes Feedback [14]. Zusätzlich führten die Studierenden eine Selbsteinschätzung ihrer Kompetenz in der Naht- und der Knotentechnik auf einer Skala von 1 bis 10 Punkten durch [20].

Für die anschließende Trainingsphase wurden die Studierenden in drei Gruppen randomisiert. Für die Randomisierung wurden gleich verteilte, identisch aussehende Lose von den Studierenden gezogen, die jeden einzelnen Studierenden mit gleicher Wahrscheinlichkeit den jeweiligen Trainingsgruppen (DH, NDH, oder AT) zuteilte. In Gruppe DH wurde die Knoten- und die Nahttechnik mit der dominanten Hand trainiert. In Gruppe NDH erfolgte ein Training mit der nicht-dominanten Hand und in Gruppe AT absolvierten die Lernenden ein alternatives Training. Dieses beinhaltete, mit der nicht-dominanten Hand einen Satz zu schreiben und ein Labyrinth nachzuzeichnen. Die Übungen in den jeweiligen Gruppen wurden zwanzigmal ohne zusätzliches Selbsttraining wiederholt. Die Anzahl der Wiederholungen wurde auf der Basis einer Vorstudie ermittelt. Direkt nach der letzten Wiederholung erfolgten die OSATS-Abschussmessungen. Die Bewerter waren chirurgische Assistenzärzte, die mit dem OSATS trainiert wurden. Die Trainer und die OSATS-Bewerter waren unterschiedliche Personen, die voneinander unabhängig agierten,

Die Lernenden führten nach der Trainingsphase eine erneute Selbsteinschätzung ihrer Fertigkeiten durch. Der Lernzuwachs wurde als Differenz zwischen dem OSATS-Score vor und nach der Trainingsphase ermittelt.

Die Bewertung der Fähigkeiten und deren Qualität nach dem OSATS erfolgte nach den Kriterien:

1.

Umgang mit dem Gewebe,

2.

Bewegung,

3.

Umgang mit dem Faden,

4.

Flüssigkeit,

5.

theoretische Kenntnisse,

6.

Knoten,

7.

Ergebnis und

8.

Gesamtbewertung.

Pro Kriterium können zwischen einem Punkt für eine schlechte Leistung und fünf Punkten für eine sehr gute Leistung vergeben werden (siehe Anhang 1 [Anh. 1], ergänzende Tabellen S1, S2).

Als Lernzuwachs wurde in einer nachfolgenden Analyse eine Verbesserung im OSATS-Score von 4 oder mehr Punkten definiert, da eine signifikante Verbesserung des OSATS-Scores beim Training mit der DH beobachtet wurde mit einer medianen OSATS-Zunahme von 7 Punkten bei der Knotentechnik und einer medianen OSATS-Zunahme von 5,5 Punkten bei der Nahttechnik während die mediane OSATS-Zunahme nach einem Training mit der NDH oder einem AT von jeweils 3 Punkten für die Knotentechnik und 4 bzw. 3 Punkten für Nahttechnik festgestellt wurde. Anhand dieses Merkmals wurden zwei Gruppen Studierender gebildet, um die Eigenschaften der Teilnehmer näher charakterisieren zu können, die einen Lernerfolg hatten.

Zur Testung der diskreten Variablen auf Normalverteilung wurden der Kolmogorov-Smirnov und der Shapiro-Wilk Test eingesetzt. Sofern einer der beiden Tests das jeweilige Signifikanzniveau erreichte (Kolmogorov-Smirnov p<0.010 oder Shapiro-Wilk p<0.01), wurde eine nicht parametrische Verteilung angenommen. Da mehrere Variablen nicht parametrisch verteilt waren, wurde für zweiseitige Gruppenvergleiche der Wilcoxon-Rang-Summen-Test zur Ermittlung der Signifikanzniveaus angewandt. Für binäre Variablen wurden Signifikanzniveaus durch den Chi²-Test ermittelt. Der Schwellenwert zur Bewertung der Signifikanz wurde mit p<0.05 festgelegt.

Um Korrelationen zwischen den Parametern zu ermitteln, wurde eine Korrelationsmatrix erstellt. Eine Korrelation zwischen zwei Variablen wurde als |r|>0.500 definiert. Durch eine binär logistische Regressionsanalyse sollten Prädiktoren zum Lernzuwachs identifiziert werden. Es wurde eine Regression mit dem Endpunkt „Lernzuwachs“ (OSATS≥4). Um Prädiktoren für den Lernzuwachs und dem OSATS-Wert nach dem Training zu identifizieren, wurde eine multivariable lineare Regressionsanalyse durchgeführt.

81,5% der Studierenden waren weiblich und 18,5% männlich (p<0,001).

Ein statistisch signifikanter Lernzuwachs in der Knoten- und Nahttechnik mit der DH zeigte sich nur in der Gruppe DH im Vergleich zu den Gruppen NDH und AT. Der Lernzuwachs (Differenz OSATS) in der Knoten- und Nahttechnik mit der DH zwischen den Gruppen NDH und AT unterschied sich nicht signifikant (siehe Tabelle 1 [Tab. 1]). Der OSATS-Wert nach dem Training (OSATS Ende) war mit der DH statistisch signifikant höher in der Gruppe DH im Vergleich zu AT in der Knotentechnik und signifikant höher als in der Gruppe AT und NDH in der Nahttechnik (siehe Tabelle 1 [Tab. 1]). Bei der Selbsteinschätzung der Knotentechnik mit der DH (Selbsteinschätzung Knoten Ende) war nach dem Training der Wert signifikant höher in der Gruppe DH im Vergleich zum AT (siehe Tabelle 1 [Tab. 1]).

In der Subgruppenanalyse nach Studienabschnitt (Vorklinik vs. Klinik) zeigte sich statistisch eine signifikant häufiger angegebene Vorerfahrung mit der Knoten- und Nahttechnik bei Studierenden im klinischen Abschnitt. Studierende im klinischen Abschnitt erreichten einen statistisch signifikant höheren Lernzuwachs in der Knotentechnik mit der DH im Vergleich zu Studierenden des vorklinischen Studienabschnittes unabhängig von der Art des angewandten Trainings (Differenz OSATS Knoten) (siehe Tabelle 2 [Tab. 2]).

Die meisten Studierenden mit einem Lernzuwachs mit der DH in der Knotentechnik (>4 OSATS-Punkte) hatten gemäß der Subgruppenanalyse ein Training mit der DH (46,4%) (siehe Tabelle 3 [Tab. 3]). Diese Beobachtung konnte auch analog beim Training der Nahttechnik verzeichnet werden (siehe Tabelle 4 [Tab. 4]).

Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass bei Studierenden der Zahnmedizin der größte Lernzuwachs bei einem Training mit der DH sowohl in der Naht- als auch in der Knotentechnik beobachtet werden kann (siehe Tabelle 1 [Tab. 1]). Dass der größte Lernzuwachs mit dem Training der DH zu verzeichnen war, ist nicht überraschend und deckt sich mit den Ergebnissen anderer Studien [5], [6]. Ein statistisch signifikanter Lernzuwachs konnte bei der NDH und dem AT nicht beobachtet werden. Dies ist überraschend, da durch einen intermanuellen Transfer von der trainierten NDH auf die DH ein größerer Lernzuwachs zu erwarten gewesen wäre. Der intermanuelle Transfer ist durch andere Untersuchungen von der DH auf die NDH und umgekehrt bekannt [21], [22]. Der Effekt des intermanuellen Transfers von der NDH auf die DH ist hierbei allerdings abhängig von der Trainingsintensität [21], [22]. In unserer Studie konnte kein statistisch signifikanter Lernzuwachs in der Gruppe NDH im Vergleich zum AT als Ausdruck eines intermanuellen Transfers von der NDH auf die DH beobachtet werden (siehe Tabelle 1 [Tab. 1]). Eine mögliche Ursache könnte die im Vergleich zu anderen Studien geringeren Anzahl der Wiederholungen während des Trainings sein [21]. Für einen erfolgreichen intermanuellen Transfer konnte gezeigt werden, dass die Anzahl der Wiederholungen entscheidend ist [7].

Die Studierenden des vorklinischen und klinischen Studienabschnitts unterschieden sich in den untersuchten Parametern nicht signifikant bis auf den Lernzuwachs in der Knotentechnik. Hier zeigte sich ein Lernzuwachs bei den Studierenden des klinischen Studienabschnitts (siehe Tabelle 2 [Tab. 2]). Diese Beobachtung kann möglicherweise mit dem Effekt des motorischen Lernens durch das Sammeln von praktischen Erfahrungen im klinischen Setting erklärt werden. Obwohl in beiden Gruppen der OSATS-Score vor dem Training nicht signifikant unterschiedlich war, scheint das erworbene Vorwissen den Lernprozess unterstützt zu haben. Bei der Nahttechnik hingegen schien das Vorwissen keinen Einfluss zu haben. Das könnte an der unterschiedlichen Komplexität von Knoten und Naht und der Qualität des Vorwissens liegen. In Abhängigkeit der Komplexität wird eine höhere Anzahl an Wiederholungen benötigt um eine Prozedur zu erlernen.

Zur Beantwortung der Frage, wer am meisten von dem Training profitiert hat, wurde eine Subgruppenanalyse nach Lernzuwachs vorgenommen. Die meisten Studierenden einem Lernzuwachs in der Knotentechnik- und Nahttechnik (≥4 OSATS-Punkte) erhielten ein Training der DH (46,4% bzw. 45,7%) (siehe Tabelle 3 [Tab. 3] und Tabelle 4 [Tab. 4])

Überraschend hierbei ist, dass jeweils über die Hälfte der Studierenden mit einem unterlegenen Training der Knoten- oder der Nahttechnik im Sinne eines Trainigs mit der NDH oder AT einen Lernzuwachs (≥4 OSATS-Punkte) erzielen konnten (53,6% bzw. 54,3%, siehe auch Tabelle 3 [Tab. 3] und Tabelle 4 [Tab. 4]).

Somit scheint hier ein Lernzuwachs unabhängig von der Art des Trainings erzielt worden zu sein. Das könnte am strukturierten Feedback liegen, das die Studierenden in allen drei Gruppen vor dem Training erhalten haben, um eine korrekte Ausführung der Prozedur zu ermöglichen [23]. In dieser Studie erfolgte das Feedback auf der Aufgaben- und auf der Prozessebene. Insbesondere die hier angewendete korrigierende Form des Feedbacks ist bekanntermaßen effektiv und fördert das Erlernen einer neuen Fertigkeit [23], [24]. Auch in unserer Studie scheint das Feedback einen Einfluss auf den Lernerfolg zu haben. Da ein Teil der Studierenden sich verbessert hat (22,9%) ohne ein adäquates Training erhalten zu haben [23], liegt die Vermutung nahe, dass der Lernzuwachs durch das Feedback ermöglicht wurde. Der in der Gruppe NDH beobachtete Lernzuwachs ist nach dem Training der nicht-dominanten Hand neben dem Feedback wahrscheinlich auch auf einen bei diesen Probanden erfolgten intermanuellen Transfer und auf das eigenständige Üben zurückzuführen („deliberate practice“) [25]. Der Lernzuwachs in Gruppe DH nach dem Training der dominanten Hand ist am ehesten auf das eigenständige Üben zurückzuführen, da während des Übens die Lernenden keine Korrektur durch einen Lehrenden erhielten [25]. Das eigenständige Üben hat allerdings nicht für alle Studierenden zu einem Lernzuwachs geführt (21,8% bzw. 22,2%, siehe Tabelle 3 [Tab. 3] und Tabelle 4 [Tab. 4]). Es kann angenommen werden, dass andere Faktoren wie z.B. die psychomotorischen und kognitiven Fertigkeiten und die Motivation des Lernenden für diesen ausbleibenden Lernerfolg eine Rolle spielen [26], [27].

Die Studierenden mit dem niedrigeren Lernzuwachs begannen bei der Knotentechnik auf einem höheren Level im Vergleich zu den Studierenden mit dem größeren Lernzuwachs (siehe Tabelle 3 [Tab. 3]). Eine ähnliche, wenn auch nicht signifikante Tendenz zeigte sich auch bei der Nahttechnik. In der multivariablen linearen Regression war der OSATS-Score am Anfang der einzige prädiktive Faktor für den OSATS-Score nach dem Training (siehe Tabelle 5 [Tab. 5]). Bei Studierenden mit einem höheren Ausgangswert zeigte sich eine flachere Lernkurve als bei Studierenden mit einem niedrigeren Ausgangswert. Dieses Phänomen zeigte sich auch in anderen Studien [27] und war dort mit dem Erreichen eines Expertenstatus verbunden. In unserer Studie hatte die Vorerfahrung keinen Einfluss auf den OSATS-Score vor oder nach dem Training und auf den Lernzuwachs (data not shown). Prädiktoren für einen niedrigen oder hohen Lernzuwachs konnten in der binär-logistischen Regression nicht identifiziert werden.

Vor und nach dem Training haben die Studierenden ihre Kompetenz im Bereich Naht- und Knotentechnik selbst eingeschätzt. In der Korrelationsanalyse zeigte sich keine relevanten Korrelationen zwischen den Selbsteinschätzungen und den OSATS-Scores vor bzw. nach dem Training in den Gruppen DH, NDH und AT (data not shown). Die Studienlage zum prädiktiven Wert der Selbsteinschätzung ist sehr heterogen. In einigen Arbeiten konnte eine Korrelation zwischen der Selbsteinschätzung und einer externen Beurteilung [28], [29], [30] festgestellt werden, während in anderen keine Korrelation nachgewiesen werden konnte [31], [32].

Mögliche Limitationen der vorliegenden Studie liegen darin, dass nicht alle Ursachen, die das motorische Lernen beeinflussen, erfasst worden sind [33], insbesondere individuelle Faktoren wie z.B. die Tagesform der Probanden [34]. Weitere Limitationen der vorliegenden Studie könnten durch nicht kontrollierte subjektive Einflüsse bei der OSATS-Bewertung bedingt sein. Darüber hinaus wurden möglicherweise weitere relevante Faktoren wie die unterschiedliche Vorerfahrung der Studierenden und deren unterschiedlich ausgeprägtes Interesse an chirurgischen Techniken nicht ausreichend berücksichtigt.

Eine weitere Studie, die die Effizienz des Lernzuwachses mit der DH infolge sukzessiver Wiederholungen mit der DH beim Lernen untersucht, könnte die CUSUM-Kurvenmethode im Sinne von Lernkurven nutzen, um den Lerneffekt über konsekutive Wiederholungen über die Zeit darzustellen. Die Händigkeit ist in der Tat ein relevantes Thema im Operationssaal, da viele Operationsinstrumente wie z.B. Scheren für Rechtshänder optimiert worden sind. Eine interessante Frage für weiterführende Studien wäre daher, wie schnell und effektiv Linkshänder lernen können, mit der rechten Hand operative Schritte mit den für Rechtshänder optimierten Instrumenten genauso gut umsetzen zu können wie primäre Rechtshänder.

Diese Studie zeigt, dass ein Training der dominanten Hand für chirurgischen Fertigkeiten den größten Lernzuwachs bei der chirurgischen Knoten- und Nahttechnik mit der dominanten Hand erreicht. Weiterhin zeigt diese Studie, dass ein Lernzuwachs auch bei einem Anteil der Studierenden trotz nicht optimalen Trainings der nicht dominanten Hand bzw. mit einem alternativen Training erreicht werden können. Dies liegt am ehesten am strukturierten Feedback und dem bewussten, eigenständigen Üben.

Die Autor*innen erklären, dass sie keinen Interessenkonflikt im Zusammenhang mit diesem Artikel haben.