Eva­lua­ti­on des Wir­kungs­grads modu­la­rer Sprung­ge­lenk­or­the­sen im Hin­blick auf die Limi­tie­rung von Talusvorschubbewegungen

Ein­lei­tung

Zur Reha­bi­li­ta­ti­on nach Sprung­ge­lenk­ver­let­zun­gen wer­den häu­fig ortho­pä­di­sche Hilfs­mit­tel in Form von Orthe­sen ein­ge­setzt. Deren Auf­ga­be ist die Sta­bi­li­sie­rung des geschä­dig­ten Sprung­ge­lenk­kom­ple­xes. Zum Ein­fluss von Sprung­ge­lenk­or­the­sen auf auf­tre­ten­de Falsch­be­we­gun­gen im geschä­dig­ten obe­ren Sprung­ge­lenk gibt es jedoch nur wenig Lite­ra­tur­nach­wei­se. Im fol­gen­den Bei­trag wird ein neu­es Kon­zept zur Sta­bi­li­sie­rung des Sprung­ge­lenk­kom­ple­xes vor­ge­stellt und mit bestehen­den Sprung­ge­lenk­or­the­sen verglichen.

Pro­ble­ma­tik Talusvorschub

Die Dis­tor­si­ons­ver­let­zung des Sprung­ge­lenks ist mit einem Wert von unge­fähr 30 % die häu­figs­te Sport­ver­let­zung in Deutsch­land ¹. Dabei wer­den in über 85 % der Fäl­le Rup­tu­ren des Liga­men­tum fibu­lo­tala­re ante­rius fest­ge­stellt; das Liga­men­tum fibu­lo­cal­ca­nea­re ist zu 50 bis 75 % und das Liga­men­tum fibu­lo­tala­re pos­te­ri­us zu weni­ger als 10 % mit­be­trof­fen  ^{2 3 4}. Zudem ist bei unge­fähr 10 % der Fäl­le das Syn­des­mo­se­band ver­letzt ^{5 6 7 8}.

Die Bän­der im Knö­chel­be­reich haben die Auf­ga­be, die knö­cher­nen Gelenk­part­ner unter einer gewis­sen Vor­span­nung zusam­men­zu­hal­ten. Durch Ver­let­zun­gen die­ser Bän­der nimmt die Vor­span­nung ab; im schlimms­ten Fall ver­lie­ren Tibia und Fibu­la ihren direk­ten Kon­takt zuein­an­der. Das Ergeb­nis einer sol­chen Insta­bi­li­tät besteht dar­in, dass der Talus nicht mehr fest von der Mal­leo­len­ga­bel geführt wird; die mög­li­chen Bewe­gun­gen beschrän­ken sich nicht mehr rein auf das phy­sio­lo­gi­sche Bewe­gungs­aus­maß inner­halb der mono­zen­trisch ange­nom­me­nen Gelenk­ach­se. Durch die häu­fig auf­tre­ten­de Rup­tur des Liga­men­tum talo­fi­bu­la­re ante­rius ent­steht eine Ver­schieb­bar­keit des Talus im Ver­hält­nis zur Mal­leo­len­ga­bel. Die­ses Phä­no­men wird als „Talus­vor­schub“ bezeich­net, da sich der Talus nun nach ante­rior aus der Mal­leo­len­ga­bel her­aus­zie­hen lässt (Abb. 1).

Eine nicht kor­rekt behan­del­te Außen­band­ver­let­zung kann eine chro­ni­sche Insta­bi­li­tät nach sich zie­hen ⁹, wel­che die mess­ba­ren Para­me­ter des mensch­li­chen Gan­ges signi­fi­kant beein­flusst. Pati­en­ten mit chro­ni­scher Insta­bi­li­tät im Sprung­ge­lenk zei­gen eine redu­zier­te Geh­ge­schwin­dig­keit, Schritt­län­ge und Ein­bein­stand­pha­se. Gleich­zei­tig bean­spru­chen die­se Pati­en­ten eine ver­grö­ßer­te Boden­un­ter­stüt­zungs­flä­che wäh­rend des Gehens ¹⁰.  Wei­ter­hin ist ein Vor­scha­den auf­grund einer vor­he­ri­gen Ver­let­zung der Außen­bän­der der größ­te Risi­ko­fak­tor für eine erneu­te Ver­let­zung ^{11 12 13 14}. Eine ver­än­der­te Gelenk­me­cha­nik wäh­rend des Hei­lungs­pro­zes­ses kann zu einer Hei­lung des Ban­des in ver­län­ger­tem Zustand füh­ren. Wei­ter­hin kön­nen hier­durch über­mä­ßig wir­ken­de Kräf­te auf das hei­len­de Band sowie ein chro­ni­scher Bewe­gungs­ver­lust auf­tre­ten. Folg­lich kommt es bei etwa 10 bis 40 % der akut Ver­letz­ten zur Aus­bil­dung einer chro­ni­schen Sprung­ge­lenk­in­sta­bi­li­tät ^{15 16 17 18 19 20 21}.

Zur Ver­mei­dung die­ser Fol­ge­schä­den ist es ent­schei­dend, mög­lichst phy­sio­lo­gi­sche Bedin­gun­gen wäh­rend der Hei­lung im Sprung­ge­lenk­kom­plex zu erzeu­gen. Dazu zählt auch die Limi­tie­rung von Talusvorschubbewegungen.

Ent­wick­lungs­kon­zept

Bei bis­her ver­füg­ba­ren Sprung­ge­lenk­or­the­sen zur Reha­bi­li­ta­ti­on nach Sprung­ge­lenk­dis­tor­si­on sind die Ver­stär­kungs­ele­men­te meist medi­al und late­ral über den Mal­leo­len ange­ord­net und über­brü­cken somit das obe­re Sprung­ge­lenk (OSG). Im Hin­blick auf den Talus­vor­schub lie­gen die Ver­stär­kun­gen also nicht in der Ebe­ne, in der sich der Talus ver­schiebt. Der Ein­griff in die­se Bewe­gungs­ebe­ne des Talus erfolgt durch die tex­ti­len Antei­le der Orthe­se. Daher wird die Bewe­gungs­ein­schrän­kung des Talus nur indi­rekt über die tex­ti­len Struk­tu­ren erzeugt, die an den Sta­bi­li­sie­rungs­ele­men­ten als Fix­punkt befes­tigt sind.

In einem For­schungs­pro­jekt der Tig­ges-Zours GmbH (Hat­tin­gen, Deutsch­land) wur­de ein neu­ar­ti­ges Orthe­sen­kon­zept mit Mobi­li­sie­rungs­funk­ti­on ent­wi­ckelt, das in der ers­ten Stu­fe dar­auf aus­ge­rich­tet ist, Talus­vor­schub­be­we­gun­gen in beson­ders hohem Maß zu limi­tie­ren. Für die zwei­te The­ra­pie­stu­fe wer­den die aus Feder­stahl­draht gefer­tig­ten Ver­stär­kungs­ele­men­te ent­fernt und somit kon­trol­lier­te Bewe­gun­gen frei­ge­ge­ben. Die drit­te Stu­fe wird durch das Able­gen des Sta­bi­li­sie­rungs­gurts ein­ge­lei­tet und zielt dar­auf ab, das Gelenk an nor­ma­le Belas­tun­gen her­an­zu­füh­ren. Die­ses Kon­zept ermög­licht eine the­ra­pie­ge­rech­te Ver­sor­gung wäh­rend der Entzündungs‑, der Pro­li­fe­ra­ti­ons- sowie der Remo­du­la­ti­ons­pha­se der Bandheilung.

Die Beson­der­heit der Sprung­ge­lenk­or­the­se „Tig­ges Mal­le­o­Set“ (Abb. 2) besteht in der ers­ten Stu­fe in der Posi­tio­nie­rung der ein­ge­ar­bei­te­ten Ver­stär­kungs­ele­men­te: Bei der Orthe­se lie­gen die Ver­stär­kun­gen ante­rior und pos­te­ri­or des Knö­chels; sie ragen also etwas in die ante­rior-pos­te­rio­re Bewe­gungs­ebe­ne des Talus hin­ein und kön­nen dort ent­ste­hen­de Kräf­te direkt auf­neh­men (Abb. 3). Dar­über hin­aus ver­stärkt das unelas­ti­sche Tex­til­ma­te­ri­al, das den Unter­schen­kel sowie den Mit­tel­fuß zir­ku­lär umfasst, die Wir­kung zur Ein­gren­zung des Talusvorschubs.

Folg­lich wird eine bewe­gungs­ar­me Ver­bin­dung zwi­schen den bei­den Gelenk­part­nern geschaf­fen. Zur Prü­fung der Wirk­sam­keit des neu­ar­ti­gen Orthe­sen­kon­zepts erfolg­te eine expe­ri­men­tel­le Stu­die. Die­se unter­such­te die Fra­ge­stel­lung, ob die Sprung­ge­lenk­or­the­se „Tig­ges Mal­le­o­Set“ auf­tre­ten­de Talus­vor­schub­be­we­gun­gen wir­kungs­vol­ler limi­tie­ren kann als ver­gleich­ba­re Orthesen.

Mate­ri­al und Methoden

Test­ap­pa­ra­tur

Um die exter­ne Sta­bi­li­sie­rungs­wir­kung von Sprung­ge­lenk­or­the­sen gegen eine Bewe­gung des Talus nach ante­rior zu ermit­teln, wur­de eine Test­ap­pa­ra­tur (Abb. 4) erstellt. Die­se ist als modell­haf­te Nach­bil­dung des mensch­li­chen Unter­schen­kel-Fuß-Kom­ple­xes zu ver­ste­hen. Die Kon­struk­ti­on rich­tet sich nach den­je­ni­gen Struk­tu­ren und Funk­tio­nen, die für eine Talus­vor­schub­be­we­gung rele­vant sind.

Der Ver­suchs­auf­bau ermög­licht die Ein­lei­tung einer ein­heit­li­chen Talus­vor­schub­kraft und die Mes­sung der hier­bei ent­ste­hen­den Aus­len­kung des Talus. Die Ver­bin­dung des Unter­schen­kels mit dem Fuß zur Abbil­dung des Talus­vor­schubs wird durch eine mono­zen­tri­sche Gelenk­an­ord­nung im Bereich des Unter­schen­kels gelöst. Dadurch ent­steht eine sehr rea­lis­ti­sche Gleit­be­we­gung im Bereich des Gelenk­spalts. Der Win­kel des obe­ren Sprung­ge­lenks der Test­ap­pa­ra­tur im unbe­las­te­ten Zustand wird durch die Orthe­sen bestimmt; die­se geben die Neu­tral-Null-Stel­lung zwi­schen Unter­schen­kel und Fuß vor. Dem­nach hat die Test­ap­pa­ra­tur im unbe­las­te­ten Zustand eine OSG-Stel­lung von 0° bei einem Talus­vor­schub von 0 mm. Die Appa­ra­tur ermög­licht einen maxi­ma­len Talus­vor­schub von 16 mm. Bei die­sem Wert ergibt sich durch die Achs­an­ord­nung eine Dor­sal­fle­xi­ons­stel­lung von unge­fähr 12° im OSG. Im unte­ren Sprung­ge­lenk dage­gen bleibt die Neu­tral-Null-Stel­lung, die in der Sta­tik auf­tritt, bei Bewe­gung des Test­ge­räts unverändert.

Um die Haut des mensch­li­chen Kör­pers nach­zu­bil­den und ein Ver­rut­schen der Orthe­sen zu ver­mei­den, wur­de das Test­ge­rät im äuße­ren Bereich weich gestal­tet. Dar­un­ter wur­de die Form von Fuß und Unter­schen­kel mög­lichst starr und unnach­gie­big kon­stru­iert, um die knö­cher­nen Struk­tu­ren nach­zu­bil­den. Auf einer stei­fen Grund­kon­struk­ti­on aus ortho­pä­die­tech­ni­schem Hart­schaum wur­de die Haut mit­tels 2 mm star­ken Pols­ter­ma­te­ri­als nach­ge­bil­det. Die­ses wies eine Shore-A-Här­te von unge­fähr 30 auf.

Mess­ver­fah­ren

In der Test­ap­pa­ra­tur wird eine Talus­vor­schub­kraft über ein Stahl­seil gene­riert, das über eine rei­bungs­ar­me und orts­sta­bi­le Umlenk­rol­le läuft. Dadurch bleibt die Rich­tung der ein­wir­ken­den Kraft in allen Mess­si­tua­tio­nen gleich. Die auf­zu­brin­gen­de Kraft wird über eine Seil­win­de mit Sperr­klin­ken erzeugt. Die­se ermög­licht es, die Kraft schritt­wei­se zu erhö­hen. Wei­ter­hin sorgt ein zwi­schen­ge­schal­te­tes Kraft­mess­ge­rät in Form einer Feder­waa­ge dafür, dass stets die­sel­be Kraft bei allen Mes­sun­gen ver­wen­det wird.

Das Mess­ergeb­nis wird in Form der Stre­cken­aus­len­kung zwi­schen Fuß und Unter­schen­kel auf Höhe des Gelenks­spalts des OSG erfasst. Der zu ermit­teln­de Wert wird über einen digi­ta­len Mess­schie­ber auf­ge­nom­men. Mit Hil­fe einer bio­me­cha­ni­schen Model­lie­rung wird ein rea­lis­ti­scher Wert für die maxi­ma­le Kraft berech­net, die beim ebe­nen Gang in Rich­tung eines Talus­vor­schubs wirkt. Die­ser Wert liegt bei 145 Newton.

Orthe­sen

Da es sich bei dem Modell „Tig­ges Mal­le­o­Set“ um eine modu­la­re Sprung­ge­lenk­or­the­se han­delt, wer­den für die­se Unter­su­chung ver­gleich­ba­re Orthe­sen genutzt. Die­se sind im Hilfs­mit­tel­ver­zeich­nis des GKV-Spit­zen­ver­ban­des in der Pro­dukt­art 23.02.04.0 „Sprung­ge­lenk­or­the­sen zur Mobi­li­sie­rung in defi­nier­ter Posi­ti­on, abrüst­bar“ auf­ge­lis­tet. Es wer­den alle 11 Orthe­sen getes­tet, die zum 1. Juni 2020 inner­halb die­ser Pro­dukt­art genannt wer­den. Die Hilfs­mit­tel sind dadurch gekenn­zeich­net, dass sie durch ihren modu­la­ren Auf­bau wäh­rend des Ver­sor­gungs­zeit­raums abge­schult wer­den kön­nen. Alle Orthe­sen wur­den bei Bedarf durch einen Ortho­pä­die­tech­ni­ker an die ana­to­mi­sche For­mung des Test­ge­räts ange­passt und in ihrer Aus­füh­rung pas­send zu fol­gen­den Ana­mne­se­da­ten ausgewählt:

• Fes­sel­um­fang: 22 cm
• Rist­umfang: 34 cm
• Schuh­grö­ße: 45
• Sei­te: rechts

Durch­füh­rung

Zur Erzeu­gung der Mess­da­ten wur­den die Orthe­sen nach­ein­an­der auf der Test­ap­pa­ra­tur befes­tigt. Das Anle­gen der Orthe­sen erfolg­te strikt nach den von den Her­stel­lern mit­ge­lie­fer­ten Gebrauchs­an­wei­sun­gen und wur­de eben­falls von einem Ortho­pä­die­tech­ni­ker durch­ge­führt. Da alle Orthe­sen über eine Mobi­li­sie­rungs­funk­ti­on ver­fü­gen, wur­den sie jeweils in der ers­ten Stu­fe, das heißt mit allen Sta­bi­li­sie­rungs­ele­men­ten, getes­tet. Bei­lie­gen­de Kühl- oder Ice­packs wur­den wäh­rend der Mes­sun­gen nicht ver­wen­det. Jede Orthe­se wur­de 10-mal getes­tet. Nach Befes­ti­gung einer Orthe­se wur­den 145 New­ton Talus­vor­schub­kraft in das Test­ge­rät ein­ge­lei­tet und die Aus­len­kung ermittelt.

Sta­tis­tik

Zur sta­tis­ti­schen Aus­wer­tung der Mess­wer­te wur­de über die Mess­rei­hen der ein­zel­nen Orthe­sen der arith­me­ti­sche Mit­tel­wert gebil­det. Zudem wur­de der Mit­tel­wert der neu­en modu­la­ren Orthe­se jeweils mit den ein­zel­nen Mit­tel­wer­ten der ande­ren Orthe­sen mit­tels eines zwei­sei­ti­gen t‑Tests (unab­hän­gi­ge Stich­pro­ben) ver­gli­chen. Zur Aus­wer­tung wur­de die Soft­ware „IBM SPSS Sta­tis­tik 22“ (IBM Deutsch­land GmbH, Ehn­in­gen, Deutsch­land) genutzt.

Ergeb­nis­se

Die Ergeb­nis­se kön­nen dem Säu­len­dia­gramm in Abbil­dung 5 ent­nom­men wer­den. Die errech­ne­ten Mit­tel­wer­te bei einer Kraft­ein­wir­kung von 145 New­ton lie­gen in einem Bereich von 5,5 bis 16,5 mm Talus­vor­schub. Es ist zu erken­nen, dass sich die „Tig­ges MalleoSet“-Sprungelenkorthese mit einem Mit­tel­wert von nur 5,5 mm Talus­vor­schub signi­fi­kant von den ande­ren Orthe­sen abgrenzt, die deut­lich höhe­re Mit­tel­wer­te (zwi­schen 11 und 16,5 mm Talus­vor­schub) auf­wei­sen; die Stan­dard­ab­wei­chun­gen lie­gen in einem Bereich von 0,03 bis 1,52 mm. Die modu­la­re Stun­ge­lenk­or­the­se zeigt also im Ver­gleich zu allen ande­ren gemes­se­nen Orthe­sen einen deut­lich redu­zier­ten Talus­vor­schub-Wert. Die­ser Unter­schied ist in allen Fäl­len nach Aus­wer­tung durch einen t‑Test auf einem 99,9-%-Niveau signi­fi­kant. Im Ver­gleich zum zweit­kleins­ten gemes­se­nen Talus­vor­schub-Wert von 11 mm, der bei Orthe­se I auf­tritt, ist der Wert der „Tig­ges MalleoSet“-Orthese mit 5,5 mm nur unge­fähr halb so groß. Auf­fäl­lig ist, dass bei den Orthe­sen D und G eine sehr klei­ne Stan­dard­ab­wei­chung auf­tritt, die sich deut­lich von denen der ande­ren Orthe­sen abhebt. Das ist dar­auf zurück­zu­füh­ren, dass bei den Mes­sun­gen die­ser Orthe­sen die Test­ap­pa­ra­tur ihren mecha­ni­schen Anschlag erreich­te. Somit las­sen die­se Orthe­sen in der Rea­li­tät einen grö­ße­ren Talus­vor­schub zu, als in den Mes­sun­gen ermit­telt wer­den konnte.

Bei Betrach­tung der ein­zel­nen Mess­wer­te ist zudem zu erken­nen, dass eini­ge Mess­wer­te der Orthe­se F im Anschlag des Mess­ge­räts auf­ge­nom­men wur­den. Resul­tie­rend dar­aus erreicht die­se Orthe­se in der Rea­li­tät eben­falls höhe­re Talus­vor­schub­wer­te, als die Mes­sun­gen ergeben.

Dis­kus­si­on

Die Ergeb­nis­se der durch­ge­führ­ten Mess­rei­hen mit der Test­ap­pa­ra­tur zei­gen, dass die neue modu­la­re Sprung­ge­lenk­or­the­se eine deut­lich über­le­ge­ne Sta­bi­li­sie­rungs­wir­kung gegen­über ver­gleich­ba­ren Orthe­sen der­sel­ben Hilfs­mit­tel­art in Bezug auf eine Talus­vor­schub­be­we­gung hat. Eine Mess­rei­he mit 145 New­ton Talus­vor­schub­kraft bestä­tig­te eine signi­fi­kant klei­ne­re (CI 99,9 %) Aus­len­kung in Talus­vor­schub­rich­tung bei der „Tig­ges MalleoSet“-Orthese im Ver­gleich zu allen ande­ren getes­te­ten Sprung­ge­lenk­or­the­sen. In zwei wei­te­ren Test­rei­hen mit redu­zier­ter Talus­vor­schub­kraft wur­den eben­falls signi­fi­kant klei­ne­re (CI 99,9 %) Aus­len­kun­gen für die­se Orthe­se festgestellt.

Die­se Erkennt­nis­se wei­sen dar­auf hin, dass das beschrie­be­ne Kon­struk­ti­ons­kon­zept der neu ent­wi­ckel­ten Orthe­se sehr gut zur Limi­tie­rung von Talus­vor­schub­be­we­gun­gen geeig­net ist. Die Posi­tio­nie­rung der Sta­bi­li­sie­rungs­ele­men­te in Rich­tung ante­rior und pos­te­ri­or am Fuß und am Unter­schen­kel sowie das unelas­ti­sche Orthe­sen­ma­te­ri­al hal­ten die bei­den Gelenk­part­ner eng bei­ein­an­der; Falsch­be­we­gun­gen zwi­schen dem Talus und der Mal­leo­len­ga­bel wer­den dadurch stär­ker ein­ge­schränkt als bei ver­gleich­ba­ren Sprunggelenkorthesen.

Um aller­dings eine ein­deu­ti­ge Aus­sa­ge dar­über tref­fen zu kön­nen, ob das Aus­maß, in dem die­se neue Orthe­se die Talus­vor­schub­be­we­gung ein­grenzt, aus­rei­chend für eine Opti­mie­rung der Pati­en­ten­ver­sor­gung ist, wäre es sinn­voll, hier­zu eine kli­ni­sche Stu­die durch­zu­füh­ren, die zeigt, dass die grö­ße­re Sta­bi­li­sie­rungs­wir­kung auch aus­rei­chend für die prak­ti­sche Anwen­dung ist. Kon­kret bedeu­tet dies, die Orthe­se unter rea­len Bedin­gun­gen zu tes­ten und zu ermit­teln, ob die Inzi­denz chro­ni­scher Band­in­sta­bi­li­tä­ten nach Sprung­ge­lenk­ver­let­zun­gen mit die­ser Ver­sor­gung sinkt.

Fazit

In der hier vor­ge­stell­ten Stu­die wur­de expe­ri­men­tell ermit­telt, dass die neu ent­wi­ckel­te „Tig­ges MalleoSet“-Sprunggelenkorthese im Ver­gleich mit allen ande­ren Orthe­sen der­sel­ben Pro­dukt­art den größ­ten Sta­bi­li­sie­rungs­ef­fekt gegen­über einer Talus­vor­schub­be­we­gung bie­tet. Die­ses Ergeb­nis konn­te in drei ver­schie­de­nen Mess­si­tua­tio­nen mit einem Signi­fi­kanz­ni­veau von 99,9 % fest­ge­stellt werden.

Das Expe­ri­ment unter­such­te den auf­tre­ten­den Talus­vor­schub bei unter­schied­li­chen Kraft­ein­wir­kun­gen auf den Talus. Bei einer Kraft­ein­wir­kung von 145 New­ton limi­tiert die Tig­ges-Orthe­se dem­nach den Talus­vor­schub annä­hernd dop­pelt so stark wie die nächst­bes­te gemes­se­ne Orthe­se. Das Ergeb­nis doku­men­tiert, dass sich die ver­än­der­te Posi­tio­nie­rung der Ver­stär­kungs­ele­men­te sowie die Ver­wen­dung eines unelas­ti­schen Gewe­bes für den Orthe­sen­grund­kör­per bei der Orthe­se „Tig­ges Mal­le­o­Set“ posi­tiv auf die Begren­zung des Talus­vor­schubs auswirken.

Hin­weis
Bei die­sem Bei­trag han­delt es sich um die Zusam­men­fas­sung einer Abschluss­ar­beit zur Erlan­gung des aka­de­mi­schen Gra­des eines Mas­ter of Sci­ence im Bereich „Medi­zi­ni­sche Ort­ho­bio­nik“ an der PFH Pri­va­te Hoch­schu­le Göttingen.

Inter­es­sen­kon­flikt
Der Autor ist Mit­ar­bei­ter der Tig­ges-Zours GmbH.

Der Autor:
Tris­tan Lösing, M. Sc., OTM
Pro­dukt­ent­wick­ler
Tig­ges-Zours GmbH
Am Beul 10
45525 Hat­tin­gen
t.loesing@zours.de

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