Aus­wahl pro­the­ti­scher Fuß­pass­tei­le unter Berück­sich­ti­gung bio­me­cha­ni­scher Aspekte

Ein­lei­tung: Der mensch­li­che Gang als Referenz

Die Phy­sio­lo­gie des mensch­li­chen Gan­ges ist die Refe­renz zur Beur­tei­lung der Ver­sor­gungs­qua­li­tät. Eben­so las­sen sich von der Phy­sio­lo­gie des Gan­ges Funk­tio­nen ablei­ten, die es grund­sätz­lich zu erfül­len gilt. Um das The­ma zu struk­tu­rie­ren, ist es sinn­voll, den mensch­li­chen Gang auf sei­ne wesent­li­chen Funk­tio­nen zu redu­zie­ren. Der Gang­zy­klus mit den ­­8 Gang­pha­sen nach RLANRC ¹ erfüllt die­se Anforderungen.

Abge­lei­tet von der Stand- und Schwung­pha­se des Gan­ges erge­ben sich drei Haupt­auf­ga­ben­fel­der: die Gewichts­über­nah­me, der Ein­bein­stand sowie die Schwung­bein-Vor­wärts­be­we­gung. Abbil­dung 1 zeigt, wie die ein­zel­nen Gang­pha­sen zuzuordnen
sind.

Näher betrach­tet zeigt sich, dass die Gewichts­über­nah­me eine der schwie­rigs­ten Auf­ga­ben dar­stellt: Es muss die Sta­bi­li­tät der Extre­mi­tät bei gleich­zei­ti­ger Stoß­dämp­fung und mög­lichst opti­ma­ler Aus­nut­zung des Schwun­ges von der initia­len Stand­pha­se bis hin zur Stoß­dämp­fungs­pha­se gege­ben sein. Das heißt, die plötz­lich wir­ken­den Kräf­te müs­sen kon­trol­liert und regu­liert werden.

Der Ein­bein­stand vom Beginn der mitt­le­ren Stand­pha­se bis zur ter­mi­na­len Stand­pha­se erfor­dert höchs­te Sicher­heit der last­tra­gen­den Extre­mi­tät und des Rump­fes sowie die Erhal­tung der Fortbewegung.

Die Schwung­bein-Vor­wärts­be­we­gung fin­det statt von der Vor­schwung­pha­se bis zur ter­mi­na­len Schwung­pha­se. Hier bestehen die Anfor­de­run­gen im Wesent­li­chen dar­in, Boden­frei­heit des Fußes und ein frei­es Vor- und Durch­schwin­gen der Extre­mi­tät zu gewähr­leis­ten ¹. Dar­aus erge­ben sich fol­gen­de Anfor­de­run­gen an ein Fußpassteil:

• „Sicher­heit”; Sta­bi­li­tät der Extre­mi­tät muss gewähr­leis­tet wer­den durch: 
  • die Wie­der­her­stel­lung der Bodenunterstützungsfläche
  • die Wie­der­her­stel­lung von Vor- und Rückfußhebel
• Stoß­dämp­fung
• Erhal­tung der Fort­be­we­gung, Energierückgabe
• Mul­tiaxia­li­tät
• Dor­sal­ex­ten­si­on in Schwungphase

Wei­te­re, grund­sätz­li­che Anforderungen:

• Wie­der­her­stel­lung des kos­me­ti­schen Erscheinungsbildes
• Anpass­bar­keit an ver­schie­de­ne Absatzhöhen

Aus­wahl­kri­te­ri­en für Fußpassteile

Die vom ver­sor­gen­den Ortho­pä­die-Tech­ni­ker durch­zu­füh­ren­de Zustands­er­he­bung lie­fert wert­vol­le Erkennt­nis­se über die Anfor­de­run­gen an ein Fuß­pass­teil, um eine Vor­auswahl tref­fen zu kön­nen. Fol­gen­de Para­me­ter sind als Basis­in­for­ma­ti­on zu erheben:

• Akti­vi­täts­grad
• Kör­per­ge­wicht
• Fuß­sei­te
• Fuß­län­ge/-grö­ße

Mit die­sen Kri­te­ri­en lässt sich eine Fuß­aus­wahl tref­fen, die kor­rekt in Bezug auf die Belast­bar­keit des Fuß­pass­tei­les ist. Über die Eigen­schaf­ten des Fuß­pass­tei­les sagt dies jedoch noch nichts aus. Ein spe­zi­fi­sche­res Anfor­de­rungs­pro­fil muss erstellt wer­den, wobei auch die indi­vi­du­el­le All­tags­si­tua­ti­on des Pro­the­sen­trä­gers genau ana­ly­siert wer­den muss. Dazu zäh­len Aspek­te wie:

• Ampu­ta­ti­ons­hö­he (Wie vie­le Gelen­ke müs­sen pro­the­tisch ersetzt werden?)
• Stumpf­si­tua­ti­on (Stumpf­län­ge, End­be­last­bar­keit, Haut)
• Begleit­erkran­kun­gen
• häus­li­ches Umfeld/Topografie am Wohn­ort (Trep­pen, Schrä­gen, Gar­ten usw.)
• pri­va­te Fak­to­ren (Kin­der, zu pfle­gen­de Ange­hö­ri­ge, Sport usw.)
• beruf­li­che Situation/Arbeitsplatz (Trag­las­ten, ste­hen­de Tätig­keit, häu­fi­ge Rich­tungs­wech­sel beim Lau­fen usw.).

Bei­spie­le

• Die Beschaf­fen­heit eines emp­find­li­chen Stump­fes oder eine Arthro­se in höhe­ren Gelen­ken der Extre­mi­tät kann eine zusätz­li­che Dämp­fungs­ein­heit erfordern.
• Die Arbeits­tä­tig­keit erfolgt über­wie­gend ste­hend und gehend auf kur­zen Distan­zen mit häu­fi­gen Abbrems­pha­sen und Rich­tungs­wech­seln. Hier kann ein Rota­ti­ons­ele­ment auf Dau­er eine Ent­las­tung des Stump­fes bewirken.
• Ist eine Ver­sor­gung mit gesperr­tem oder fixier­tem Knie­ge­lenk erfor­der­lich (ob Pro­the­se oder Orthop­ro­the­se), so kann ein Fuß­pass­teil durch pas­si­ve oder akti­ve Dor­sal­ex­ten­si­on die Boden­frei­heit ver­bes­sern, Aus­gleichs­be­we­gun­gen und das Sturz­ri­si­ko verringern.

Sicher­heit

Unter dem Stich­wort Sicher­heit las­sen sich vie­le Aspek­te ver­ei­nen, jedoch ist einer davon her­vor­zu­he­ben und muss pri­mär berück­sich­tigt wer­den: die Wie­der­her­stel­lung der Boden­un­ter­stüt­zungs­flä­che. Der Stand wäre nur ein­bei­nig mög­lich, wenn die ampu­tier­te Sei­te nicht adäquat bis zum Boden ver­län­gert und somit unter­stützt wird. Auch im Zwei­bein­stand ist es güns­tig, den Kör­per­schwer­punkt über einer gro­ßen Flä­che aus­ta­rie­ren zu kön­nen (Abb. 2). Wäh­rend des Gan­ges, im Ein­bein­stand, ist zum einen die Grö­ße, zum ande­ren die Lage die­ser Flä­che relevant.

Wie viel Boden­un­ter­stüt­zungs­flä­che soll­te ein Pro­the­sen­fuß bie­ten? So viel Flä­che, wie der mensch­li­che Fuß bie­tet, d. h. die vol­le Fuß­län­ge und die vol­le Fuß­brei­te. Güns­tig ist es hier­bei, wenn der Pro­the­sen­fuß, z. B. mit einer Car­bon­fe­der, einen lan­gen Hebel bis in die Fuß­spit­ze bie­tet und so die maxi­ma­le Län­ge des Fußes nutzt (Abb. 3). Das Glei­che gilt für den Fer­sen­be­reich. Aller­dings führt dies auch zu einem Pro­blem: Das Durch­schwin­gen wird erschwert, der Pro­the­sen­fuß kann hän­gen­blei­ben. Abhil­fe schafft ein inte­grier­tes, adap­ti­ves Knö­chel­teil, wel­ches den Pro­the­sen­fuß in einer Dor­sal­ex­ten­si­on hält, um das Durch­schwin­gen zu erleichtern.

Geschäum­te Füße mit fes­tem Innen­kern bie­ten eine weni­ger effek­ti­ve Boden­un­ter­stüt­zungs­flä­che, da die wei­che­ren Berei­che der Fer­se und des Vor­fu­ßes unter Belas­tung nach­ge­ben (Abb. 4).

Die­ser Effekt kann gewünscht sein, wenn die Abrol­lung erleich­tert wer­den soll, aller­dings mit dem Nach­teil gerin­ge­rer Sicher­heit. Kri­tisch ist das Schaum­ma­te­ri­al unter dem Aspekt Alte­rung zu sehen. Die Eigen­schaf­ten des Mate­ri­als ändern sich mit der Alte­rung meist hin zu weni­ger Stei­fig­keit. So ver­rin­gert sich bei einem geal­ter­ten Schaum­ma­te­ri­al des Pro­the­sen­fu­ßes auch der Wider­stand im Vorfußbereich.

Die Brei­te der effek­ti­ven Boden­un­ter­stüt­zungs­flä­che spielt eine wich­ti­ge Rol­le, im Beson­de­ren, wenn sich der Pro­the­sen­trä­ger im Ein­bein­stand befin­det. Hier wird der Kör­per­schwer­punkt nur in der Flä­che eines Fußes unter­stützt. Oft berich­ten Pro­the­sen­trä­ger bei sehr schma­len Fuß­kon­struk­tio­nen von einem unsi­che­ren Gang­ge­fühl, da seit­li­che Kipp­mo­men­te entstehen.

Wich­tig sind die Wider­stän­de des Pro­the­sen­fu­ßes gegen eine Bewe­gung in Rich­tung Dor­sal­ex­ten­si­on bzw. Plant­ar­fle­xi­on. Inter­es­san­ter­wei­se ver­hält sich eine gerin­ge Stei­fig­keit des Pro­the­sen­fu­ßes ana­log zur über­mä­ßi­gen Dor­sal­ex­ten­si­on oder Plant­ar­fle­xi­on des Pro­the­sen­fu­ßes. Ein Bei­spiel: Wenn der Wider­stand gegen die Dor­sal­ex­ten­si­on zu schwach aus­fällt, kippt der Pro­the­sen­fuß erst in eine stär­ke­re Dor­sal­ex­ten­si­on, bevor der Moment der ein­set­zen­den Knie­stre­ckung erreicht wird. Es kann kein suf­fi­zi­en­tes knie­stre­cken­des Moment ent­ste­hen, trotz lan­gen Vor­fuß­he­bels und kor­rek­ten Pro­the­sen­auf­baus. Die­ses Defi­zit kann im Ste­hen zum Teil kom­pen­siert wer­den ², im Gang zei­gen sich jedoch stär­ke­re Auswirkungen.

Nicht zu ver­nach­läs­si­gen ist die Mul­tiaxia­li­tät eines Pro­the­sen­fu­ßes. Oft wird die­ser Aspekt nur im Zusam­men­hang mit unebe­nen Unter­grün­den als vor­teil­haft bewer­tet. Dabei gibt es beim Abrol­len des gesun­den Fußes eine deut­li­che Bewe­gung zwi­schen der Inver­si­on und der Ever­si­on von min­des­tens 10°, abhän­gig von der Fuß­au­ßen­ro­ta­ti­on ³. Der Pro­the­sen­trä­ger wird auch auf ebe­nen Unter­grün­den siche­rer lau­fen, wenn der Pro­the­sen­fuß Bewe­gung zulässt. Seit­li­che Kipp­mo­men­te wer­den ver­rin­gert, das voll­flä­chi­ge Auf­lie­gen des Fußes ver­bes­sert ⁴. Aller­dings muss der Bewe­gungs­um­fang durch einen gewis­sen Wider­stand begrenzt sein, bes­ten­falls gibt es einen progressiven
Anstieg des Wider­stan­des bis zum „fes­ten Anschlag“.

Stoß­dämp­fung

Fuß­pass­tei­le kön­nen durch ihre jewei­li­ge Kon­struk­ti­on oder durch sepa­ra­te, ein­ge­bau­te Bau­tei­le eine Stoß­dämp­fung zulas­sen. Auch besteht die Mög­lich­keit, ein­zel­ne Stoß­dämp­fungs­ein­hei­ten modu­lar zu ergän­zen. Phy­sio­lo­gisch wird eine Stoß­dämp­fung zum gro­ßen Teil durch eine kon­trol­lier­te Fle­xi­on der Gelen­ke durch exzen­tri­sche Mus­kel­ar­beit unter Last erreicht. Außer­dem ent­steht eine Stoß­dämp­fung durch kon­trol­lier­te Val­gi­sie­rung des Cal­ca­neus unter Last. Für einen Pro­the­sen­fuß bedeu­tet das: Er muss die Plant­ar­fle­xi­on unter Last kon­trol­liert zulas­sen, und der Fer­sen­be­reich muss eine stoß­dämp­fen­de Funk­ti­on aufweisen.

Grund­sätz­lich besteht Bedarf an einer suf­fi­zi­en­ten Stoß­dämp­fung. Wäh­rend beim lang­sa­men Gehen die Boden­re­ak­ti­ons­kraft unge­fähr dem Kör­per­ge­wicht ent­spricht, so kann beim Lau­fen die­se Kraft auf mehr als das Dop­pel­te des Kör­per­ge­wich­tes anstei­gen. Dem­entspre­chend ist eine Mög­lich­keit zur indi­vi­du­el­len Anpas­sung funk­tio­nell sinn­voll. Ist die Fer­se des Pro­the­sen­fu­ßes bei­spiels­wei­se zu weich, so gibt es kei­ne suf­fi­zi­en­te Dämp­fung des Sto­ßes, und der Pati­ent sinkt zu stark im Fer­sen­be­reich ein. Dadurch ent­steht ein frü­her Voll­fuß­kon­takt, und das wei­te­re Abrol­len wird erschwert. Ist die Fer­se zu fest, gibt es eben­falls eine unzu­rei­chen­de Dämp­fung und einen schnel­len Vor­schub des Unter­schen­kels in die mitt­le­re Stand­pha­se. Dar­aus folgt eine Knie­in­sta­bi­li­tät, gera­de in einer Gang­pha­se, in der Sicher­heit ele­men­tar ist. Oft kann der Pro­the­sen­trä­ger dies durch Mus­kel­ar­beit kom­pen­sie­ren, aller­dings ent­steht dadurch ein höhe­rer meta­bo­li­scher Umsatz. Letzt­end­lich begüns­tigt eine nicht kor­rekt abge­stimm­te Stoß­dämp­fung den soge­nann­ten „Dop­pel­schlag” im Kniegelenk.

Erhal­tung der Fortbewegung

Eine ener­gie­spa­ren­de Fort­be­we­gung ist grund­sätz­lich anzu­stre­ben. Um die­ses Ziel zu errei­chen, gilt es, den Bewe­gungs­ab­lauf so har­mo­nisch wie mög­lich zu gestal­ten, die gene­rier­te Vor­wärts­be­we­gung weit­ge­hend bei­zu­be­hal­ten und die­se nicht durch Fehl­be­we­gun­gen zu stö­ren. Die­se Aspek­te kom­men bereits bei der initia­len Stand­pha­se zum Tra­gen. Eine pas­sen­de Fer­sen­dämp­fung (nicht zu weich) und ein suf­fi­zi­en­ter Rück­fuß­he­bel wer­den eine ers­te Abrol­lung des Fußes über die Fer­se zulas­sen. Die hin­ter dem pro­the­ti­schen Knö­chel­ge­lenk ver­lau­fen­de Boden­re­ak­ti­ons­kraft­li­nie bewirkt zusam­men mit dem Fer­sen­kipp­he­bel („heel rocker”) eine Plant­ar­fle­xi­on des Fußes und eine Vor­wärts­be­we­gung des Unter­schen­kels ⁵. Ist die Fer­se zu weich, tritt ein zu frü­her Voll­fuß­kon­takt ein und bremst die wei­te­re Abrol­lung aus. In der Regel weist ein Car­bon­fe­der­fuß in die­ser Gang­pha­se eine Vor­span­nung der Fer­sen- und Haupt­fe­der auf. Bei­de Federn bewir­ken durch ihre Vor­span­nung eine Vor­wärts­be­we­gung des Unter­schen­kels nach ante­rior und somit die nöti­ge Tibia­pro­gres­si­on. Wenn der Vor­fuß­be­reich den Boden berührt, fin­det die wei­te­re Abroll­be­we­gung im pro­the­ti­schen Knö­chel­ge­lenk statt, als soge­nann­ter „ank­le rocker”. Bis zur Ent­span­nung begüns­ti­gen Fer­sen- und Haupt­fe­der eine Tibia­pro­gres­si­on bis in die mitt­le­re Stand­pha­se hinein.

Bei eini­gen Gelenk­fuß­kon­struk­tio­nen las­sen sich die Wider­stän­de der Abrol­lung im Knö­chel­ge­lenk bes­ser anpas­sen, z. B. durch ver­schie­de­ne Puf­fer. Der Car­bon­fe­der­fuß ist meist vor­kon­fi­gu­riert. Wich­tig ist ein har­mo­ni­scher Über­gang in der Bewe­gung zwi­schen Plant­ar­fle­xi­on und Dor­sal­ex­ten­si­on. Die wei­te­re Abrol­lung ab der mitt­le­ren Stand­pha­se im Knö­chel­ge­lenk lässt den Unter­schen­kel nach vor­ne kip­pen; es fin­det eine Dor­sal­ex­ten­si­on unter Last im Knö­chel­ge­lenk statt ⁵. Damit ein­her­ge­hend wird die Vor­fuß­fe­der nun vor­ge­spannt; nach Ablö­sen der Fer­se fin­det die Abrol­lung als „fore­foot rocker” statt, die Dor­sal­ex­ten­si­on unter Last wird ver­stärkt. Zum einen wird ein Exten­si­ons­mo­ment im Knie­ge­lenk gene­riert, zum ande­ren wird die Grund­la­ge gelegt, um die Extre­mi­tät aus der zurück­lie­gen­den Posi­ti­on in die Schwung­pha­se zu beschleu­ni­gen. Hier ist die pas­sen­de Här­te der Vor­fuß­fe­der sowie die vor­han­de­ne, effek­ti­ve Vor­fuß­he­bel­län­ge ent­schei­dend. Eben­so zeigt sich eine posi­ti­ve Wir­kung des lan­gen Vor­fuß­he­bels auf die Becken­be­we­gung. Es fällt am Ende der pro­the­sen­sei­ti­gen Stand­pha­se ­weni­ger stark ab. So ergibt sich ein gerin­ge­rer Ener­gie­ver­brauch und eine gerin­ge­re Mehr­be­las­tung der kon­tra­la­te­ra­len Seite.

Fuß­kon­struk­tio­nen

Der Markt bie­tet eine gro­ße Viel­falt an ver­schie­dens­ten pro­the­ti­schen Fuß­pass­tei­len. Daher muss der ver­sor­gen­de Tech­ni­ker ein grund­le­gen­des Ver­ständ­nis der Kon­struk­ti­ons­prin­zi­pi­en mit­brin­gen, um ent­spre­chen­de Eigen­schaf­ten ablei­ten zu können.

Nach BUFA wer­den Füße mit „ech­tem” Gelenk und sol­che ohne Gelenk unter­schie­den. Die­se kön­nen jeweils eher ener­gie­spei­chern­d/-rück­ge­bend oder eher ener­gie­ab­sor­bie­rend sein. Teil­wei­se sind adap­ti­ve Knö­chel­ge­len­ke vor­han­den. Außer­dem wird die mög­li­che Beweg­lich­keit in 3 Ebe­nen ange­ge­ben (Abb. 5).

Ist eine Jus­tie­rung des Fuß­pass­teils nötig, so besteht häu­fig, je nach Her­stel­ler und Modell, die Mög­lich­keit, das Fuß­pass­teil indi­vi­du­ell anzu­pas­sen, z. B.:

• Anpas­sen der Fer­sen­dämp­fung (durch Aus­tausch des Fersenkeils/Änderung des Luftdruckes)
• Anpas­sen der ver­ti­ka­len Dämp­fung (durch Aus­tausch von Pufferelementen/Änderung des Luftdruckes)
• Anpas­sen der Vor­fuß­stei­fig­keit (durch Aus­tausch von Elastomereinheiten)
• Anpas­sen des Dor­sal-/Plant­ar­an­schla­ges (durch Puffer)
• Anpas­sen des Ver­hält­nis­ses Vor­fuß-/Rück­fuß­he­bel (durch ein­ge­bau­ten Verschiebeadapter).

Zu erwäh­nen bleibt noch, dass der ver­sor­gen­de Tech­ni­ker nicht davor zurück­schre­cken darf, auch die Kate­go­rie („Här­te­grad”) des Fußes zu wech­seln, gera­de wenn das Kör­per­ge­wicht im Grenz­be­reich einer Kate­go­rie liegt. In der Regel besteht das Ange­bot, Pro­the­sen­fü­ße für einen gewis­sen Zeit­raum zu tes­ten. Außer­dem muss der Pro­the­sen­trä­ger das aus­ge­wähl­te Fuß­pass­teil unter rea­len Bedin­gun­gen im All­tag erpro­ben können.

Fazit

Die erfolg­rei­che Anpas­sung eines pro­the­ti­schen Fuß­pass­teils wird in der Pra­xis von vie­len Fak­to­ren beein­flusst. Pri­mär müs­sen die indi­vi­du­el­len Bedürf­nis­se und Gege­ben­hei­ten des Pati­en­ten ermit­telt wer­den und als Grund­la­ge die­nen. Das Wis­sen des ver­sor­gen­den Tech­ni­kers spielt eine wich­ti­ge Rol­le, kann er doch die Auf­ga­be umset­zen, das pas­sen­de Fuß­pass­teil nach dem „Cha­rak­ter” aus­zu­wäh­len. Eine Bewer­tung der Ver­sor­gungs­qua­li­tät kann nur mit Hin­ter­grund­wis­sen über den phy­sio­lo­gi­schen Gang des Men­schen sowie Wis­sen über Gang­mus­ter des Ampu­tier­ten erfol­gen. Die Bewer­tung ist aus­sa­ge­kräf­tig, wenn die Erpro­bung des Fuß­pass­teils unter all­täg­li­chen Bedin­gun­gen statt­fin­det. Im Lau­fe der Ver­sor­gung wird eine indi­vi­du­el­le Anpas­sung des Fuß­pass­teils nötig sein, die in jedem Fall durch­zu­füh­ren ist, um das momen­ta­ne Ver­sor­gungs­er­geb­nis zu verbessern.

Der Autor:
Jan Becker
Ortho­pä­die-Tech­ni­ker-Meis­ter (CPO‑G)
Fach­leh­rer für Trans­ti­bia­le Prothetik
Bun­des­fach­schu­le für Orthopädie-Technik
Schliep­stra­ße 6–8
44135 Dort­mund
J.Becker@ot-bufa.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/Reviewed paper

1. Per­ry J. Gait ana­ly­sis: Nor­mal and patho­lo­gi­cal func­tion. Tho­ro­fa­re, NJ: Slack Inc., 1992
2. Blu­men­tritt S, Schmalz T, Jarasch R, Schnei­der M. Effects of sagit­tal pla­ne pro­sthe­tic ali­gnment on stan­ding trans-tibi­al ampu­tee knee loads. Pro­sthe­tics and Ortho­tics Inter­na­tio­nal, 1999; 23 (3): 231–238
3. Kirt­ley C. Cli­ni­cal gait ana­ly­sis. Theo­ry and prac­ti­ce. Lon­don: Else­vier Ltd., 2006
4. Su PF, Gard SA, Lip­schutz RD, Kui­ken TA. The Effects of Increased Pro­sthe­tic Ankle­Motions on the Gait of Per­sons with Bila­te­ral Trans­ti­bi­al Ampu­ta­ti­ons. ­Ame­ri­can Jour­nal of Phy­si­cal Medi­ci­ne and Reha­bi­li­ta­ti­on, 2010; 89 (1): 34–47
5. Götz-Neu­mann K. Gehen ver­ste­hen. Gang­ana­ly­se in der Phy­sio­the­ra­pie. Stutt­gart: Georg Thie­me Ver­lag, 2003