Einleitung
Diese Studie wurde als Gemeinschaftsarbeit mit Teilnehmern aus Industrie, Wissenschaft und Handwerk durchgeführt. Sie ist eine Zusammenarbeit der vebitosolution GmbH, des Labors für Biomechanik der Fachhochschule Münster und der Orthopädie-Schuhtechnik Sprekelmeyer GmbH in Osnabrück. Ziel war es, den Einfluss sensomotorischer Fußorthesen (SMFO) auf die Belastung des Fußes zu messen. Es sollte festgestellt werden, ob SMFO einen positiven Einfluss auf die Belastung des Fußes beim Gehen haben. Die Indikationsstellung war der Knick-Senkfuß, unter dem die Probanden – meist beidseits – litten.
Der Knick-Senkfuß ist durch eine Kombination aus abgeflachter, medialer Längswölbung (Senkfuß) und valgisierter Fersenbeinstellung (Knickfuß) gekennzeichnet. Berührt die Längswölbung bei Belastung ganz den Boden, spricht man von einem Knick-Plattfuß. Kippt der Calcaneus unter Last in die Valgusstellung, rotiert der Talus nach medial und rutscht nach plantar. Dadurch flacht die Längswölbung ab, und der Vorfuß abduziert. Gleichzeitig dreht der Unterschenkel durch die enge Verbindung mit dem Talus im OSG (um die Vertikalachse) nach innen. Häufig ist zusätzlich eine Supination und Dorsalextension des Metatarsophalangealgelenks I zu beobachten 1. Bestehen diese Effekte auch in unbelastetem Zustand und lassen sie sich auch manuell nicht korrigieren, spricht man von einem kontrakten Knick-/Senkfuß und/oder Plattfuß. Senkfuß und Knickfuß können allerdings auch weitgehend isoliert voneinander existieren 1. Der Knick-Senkfuß kann mit verschiedenen Methoden therapiert werden. Die am weitesten verbreitete Methode ist die Therapie mit Einlagen; er wird aber auch begleitend mit Bandagen behandelt, die eine spiraldynamische Eigenschaft besitzen sollen. Schließlich kommen auch physiotherapeutische Konzepte zum Einsatz. Dabei wird meist die Spiraldynamik von Larsen angewendet 2 3.
Die Therapie mit orthopädischen Einlagen verfolgt unterschiedliche Ziele. Allgemein werden die Aufgaben von Einlagen als „Stützen“, „Führen“ und „Betten“ beschrieben. Diese Einlagenformen, die als klassische Einlagen in der Festbetragsregelung der PG 08 gelistet sind, wirken im Allgemeinen als passives Hilfsmittel auf den Fuß 1. Mit den sensomotorisch wirkenden Einlagen, die das Ergebnis einer konsequenten Weiterentwicklung der Versorgungsmethode sind, indem sie Kenntnisse der Neurophysiologie und eines physiotherapeutischen Behandlungskonzeptes enthalten, kann die Muskulatur stimuliert oder inhibiert werden. Sensomotorische Einlagen sollen – per gezielter Manipulation des Fußes als sensorisches Organ – eine Reaktion der Bewegungssteuerung provozieren. Dieses Ziel soll sowohl durch eine Um-orientierung der Rückfußstellung als auch durch eine direkte Beeinflussung plantarer myofaszialer Strukturen im Mittel- und Vorfuß verfolgt werden 4. Sensomotorische Einlagen, auch „sensomotorisch wirkende Fußorthesen“ genannt, verfügen über Druckpolster, sogenannte Pelotten, die verschiedene Aufgaben übernehmen: Die mediale Pelotte korrigiert den Rückfuß aus einer Valgusstellung und richtet das Fersenbein aus seiner Pronation auf. Die Orthese wirkt am Scheitelpunkt der Pelotte, dem höchsten Punkt, unterhalb des Sustentaculum tali.
Durch die Modellierung dieser Pelotte sollen negative Beeinflussungen auf das Talonavikulargelenk und auf das Kuneonavikulargelenk ausgeschlossen werden. Durch die ständige Wiederholung in der Bewegung soll die medial stabilisierende Muskulatur trainiert werden. Die laterale Pelotte dient im Falle des Knick-Senkfußes als Widerlager und stabilisiert den Rückfuß. Die retrokapitale Pelotte fungiert als Stufe und verläuft direkt hinter den Metatarsophalangealgelenken II bis IV. Sie dient als mechanisches Widerlager im Vorfuß und soll bei funktionell beweglichen Rückfüßen eine Spannungszunahme auf die kurze plantare Fußmuskulatur gewähren. Dabei ist eine genaue Anpassung an den Fuß notwendig, da keinerlei Muskelbäuche oder gar die Mittelfußköpfchen einem Druck ausgesetzt werden sollen. Durch diese Vordehnung der kleinen Fußbeuger lässt sich eine zentralnervöse Antwort im Sinne einer Spannungsreduktion beobachten. Über myofasziale Verbindungslinien wird dieser Effekt vom M. triceps surae über die Ischiocruralmuskeln bis hin zum M. erector spinae erwartet 4. In der hier vorgestellten Untersuchung wurden sensomotorisch wirkende Einlagen hinsichtlich ihres Einflusses auf die Belastung des Fußes beim Gehen untersucht.
Methodik
An der Studie nahmen 25 Personen (17 weiblich, 8 männlich) zwischen 15 und 50 Jahren mit Knick-Senkfuß teil. Sie wurden beidseits mit sensomotorischen Einlagen versorgt und mit den Messsystemen „vebitoSCIENCE“ (vebitosolution GmbH, Steinfurt) und den Druckmesssohlen von Medilogic (T&T Medilogic Medizintechnik GmbH, Schönefeld) vermessen. Über das Messsystem „vebitoSCIENCE“ wurden die Biege- und Torsionsmomente (Nmm) an den Metatarsophalangealgelenken I und V (MTP I und MTP V), an den Interphalangealgelenken I und V (DIP I und DIP V) sowie an der Ferse ermittelt. Da diese Momente ursächlich für Belastungen am Fuß sind, wird im Folgenden von Biege- und Torsionsbelastungen (Nmm) gesprochen. Mittels der Druckmesssohlen wurde die plantare Druckverteilung untersucht. Für die Auswertung der Druckverteilung (N/cm²) wurden die Ergebnisse für den Gesamtfuß, den Mittelfuß sowie den Innen- und Außenbereich jeweils getrennt voneinander untersucht.
Das „vebitoSCIENCE“-System enthält fünf Messareale, die jeweils die Biege- und die Torsionsbelastung, die auf das Innensohlenmesssystem und respektive auf den Fuß wirken, messen. Sowohl die Biege- als auch die Torsionsbelastung können in zwei unterschiedlichen Richtungen auftreten; die Biegebelastung kann entweder eine Belastung im Sinne einer Plantarflexion oder einer Dorsalextension sein. An der Ferse ist nicht mit einer Belastung im Sinne einer Plantarflexion zu rechnen; die Messareale im Vorfuß zeigen hingegen häufig innerhalb eines Gangzyklus das Auftreten beider Belastungsrichtungen. Abbildung 1 zeigt einen typischen Verlauf der Biegebelastung unter dem MTP I. Positive Werte entsprechen hierbei einer Dorsalextensionsbelastung, negative Werte einer Plantarflexionsbelastung. Für beide Belastungsrichtungen kann ein Maximum bestimmt werden. Die Differenz zwischen diesen beiden Maxima entspricht dem sogenannten Range – er spiegelt u. a. das gesamte Bewegungsausmaß wider.
Die Torsionsbelastung ist in Form einer Innen- oder einer Außenrotation möglich. Bezugsachse für die Messareale im Vorfuß ist die Fußmittelachse und für die Fersenmessstelle die Körpermittelachse. Die sich daraus ergebenden Definitionen der Drehrichtungen sind in Abbildung 2 dargestellt. Negative Werte entsprechen dabei einer Innenrotation, positive Werte einer Außenrotation – jeweils darauf bezogen, wie sich der Vorfuß zum Rückfuß verdreht.
Das Innensohlenmesssystem „vebitoSCIENCE“ misst mit 200 Hz und einer Auflösung von 16 Bit. Die Datenübertragung an einen Rechner mit Bediensoftware erfolgte mittels WLAN. Die aufgenommenen Schritte wurden auf 100 % des Gangzyklus normiert und gemittelt. Das Innensohlenmesssystem „medilogic“ zur Erfassung der plantaren Druckbelastung wurde mit 50 Hz betrieben. Die Datenübertragung erfolgte per Funk an die entsprechende Software. Mit Hilfe der Bediensoftware wurden die aufgenommenen Schritte gemittelt und auf 100 % Gangzyklus normiert. Dies erfolgte sowohl für den Durchschnittsdruck über den gesamten Fuß als auch für einzelne Fußareale. Ausgewählt wurden hierfür der Mittelfuß sowie der innere und der äußere Fußbereich. Die Aufteilung der Fußareale ist in Abbildung 3 dargestellt.
Die Probanden wurden jeweils einmal mit und einmal ohne SMFO beim Gehen auf freier Strecke vermessen, wobei die sensomotorischen Fußorthesen individuell an jeden Probanden angepasst wurden. Die Versorgung erfolgte beidseits in den eigenen Schuhen der Probanden. Alle Einlagen waren mit einer medialen und einer lateralen Pelotte, einer retrokapitalen Erhöhung und einem Zehensteg ausgestattet. Zwischen den beiden Messbedingungen wurden die Unterschiede für den maximalen Druck in den einzelnen Fußbereichen, die maximale Plantarflexion, die maximale Dorsalextension, die maximale Innen- und Außenrotation sowie der Range der Biege- und Torsionsbelastung untersucht. Ausgewertet wurden nur ganzheitliche Datensätze mit mindestens zwei vollständig aufgenommenen Schritten. Somit ergab sich eine Anzahl von 16 auswertbaren Probanden für die Biege- und Torsionsanalyse und von 8 auswertbaren Probanden für die plantare Druckverteilung. Die Untersuchung auf Unterschied wurde bei den Biege- und Torsionsdaten bei gegebener Normalverteilung mittels t‑Test, ansonsten mittels Wilcoxon-Test (Alpha = 0,05) durchgeführt. Die Druckdaten wurden aufgrund des geringen Stichprobenumfangs ausschließlich mittels Wilcoxon-Test analysiert.
Die Belastungsverläufe der Torsion an MTP I und DIP V wurden darüber hinaus auf Unterschiede in ihrer Charakteristik zwischen den beiden Bedingungen betrachtet. Dazu wurden die einzelnen Zeitpunkte des Gangzyklus zwischen den Bedingungen mit und ohne Versorgung mittels t‑Test (Alpha = 0,05) untersucht. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Unabhängigkeit aufeinander folgender Zeitpunkte im Schrittzyklus vorausgesetzt wird, was sie aus Sicht der Bewegungslehre nicht sind. Um diesem Fehler gerecht zu werden, werden nur jene Ergebnisse als statistisch abgesichert betrachtet, bei denen mindestens 10 aufeinanderfolgende Zeitpunkte ein signifikantes Ergebnis im t‑Test zeigen. Einzelne Punkte, die mittels t‑Test als signifikant verschieden angezeigt werden, werden im Zusammenhang des gesamten Schrittzyklus nicht als relevant betrachtet.
Ergebnisse
Die Biegebelastung zeigt an allen Messstellen ähnliche Verläufe für die beiden untersuchten Bedingungen. Signifikante Unterschiede ergeben sich nie an beiden Füßen, sodass darauf verzichtet wird, weiter auf die Ergebnisse der Biegebelastung einzugehen. Die Auswertung der Torsionsbelastung ergab, dass die maximale Außenrotation am Metatarsophalangealgelenk I (MTP I) mit Fußorthese signifikant verringert und die maximale Innenrotation an diesem Gelenk signifikant erhöht ist. Außerdem zeigt sich, dass die maximale Außenrotation am DIP V mit SMFO signifikant erhöht und die maximale Innenrotation an diesem Gelenk verringert ist. Abbildung 4a und b zeigen die Mittelwertkurven und die Standardabweichungen der Torsionsbelastung des rechten Vorfußes. Dabei wird deutlich, dass die Mittelwertkurve am MTP I ohne Versorgung keine bzw. nur eine minimale Innenrotation aufweist, der mittlere Belastungsverlauf mit Versorgung in der mittleren Standphase (zwischen 8 % und 27 % Gangzyklus) jedoch eine deutliche Innenrotation zeigt. Danach wechselt die Torsionsrichtung, sodass zwischen ca. 30 % und 70 % Gangzyklus (GZ) unter beiden Bedingungen eine Belastung im Sinne einer Außenrotation am MTP I vorliegt.
Das DIP I zeigt in der mittleren Standphase kaum eine Veränderung und weist insgesamt nur sehr geringe Torsionsbelastungen auf. Am lateralen Strang kehrt sich etwas zeitverzögert zum MTP I die Torsionsrichtung am distalen Interphalangealgelenk V (DIP V) um. Dort wird mit Versorgung eine Außenrotation erreicht, die ohne Versorgung nicht auftritt. Das Metatarsophalangealgelenk V erfährt hingegen kaum eine Veränderung durch die Versorgung während dieses Zeitraums. Während sich das DIP V mit der Versorgung in einer Außenrotation befindet, erfährt das MTP V eine Innenrotation. Es kommt also während der mittleren Standphase zu einer Verwringung innerhalb des lateralen Strahls.
Dass sich nicht nur die Maxima, sondern auch die Verläufe der Torsionsbelastung am MTP I und am DIP V mit und ohne SMFO signifikant unterscheiden, konnte anhand der Untersuchung auf Unterschied über die einzelnen Zeitpunkte nachgewiesen werden. Die Verläufe am MTP I und am DIP V zeigen in den Zeitfenstern, in denen sich die Rotation aufgrund der SMFO umkehrt, signifikante Unterschiede.
Die Torsionsbelastung an der Ferse, am MTP V und am DIP I weist keine signifikanten Unterschiede in den Maxima oder dem Range auf. Abbildung 5 zeigt die maximal auftretenden Drücke in den einzelnen Fußbereichen. Es gibt keinen statistisch nachweisbaren Effekt der Versorgung hinsichtlich der Druckmaxima in den untersuchten Arealen. Bei Betrachtung der Druckverläufe im Mittelfußbereich ist erkennbar, dass unter Verwendung der Versorgung durchweg höhere Werte während der Standphase auftreten (Abb. 6). Dieser Effekt ist jedoch – möglicherweise bedingt durch die geringe Anzahl an auswertbaren Probanden – nicht statistisch abgesichert.
Diskussion
Die mediale Pelotte soll den Rückfuß aus einer Valgusstellung korrigieren und das Fersenbein aus seiner Pronation aufrichten. Überträgt man diese Funktionen auf die am Fuß auftretende Biege- und Torsionsbelastung, sollten sich insbesondere Unterschiede in der Torsion zeigen. Die Biegebelastung spielt dabei keine entscheidende Rolle. Die Untersuchung hat gezeigt, dass sich die Torsionsrichtung des MTP I während der mittleren Standphase durch die Versorgung in eine Innenrotation umkehrt und somit sowohl MTP I als auch MTP V während der mittleren Standphase eine Innenrotationsbelastung aufweisen. Die Torsion an der Ferse verändert sich dabei jedoch kaum; die Mittelwertkurve zeigt eindeutig ein supiniertes Auftreten. Es kann also davon ausgegangen werden, dass der Rückfuß durch die SMFO aus seiner Valgusstellung in eine neutrale Stellung gebracht wird. Da sich das MTP V weiterhin in einer Innenrotation befindet, kann eine reine Supinationsstellung des gesamten Fußes ausgeschlossen werden. Dadurch, dass das DIP I der Innenrotation des MTP I nicht folgt, sondern in einer Neutralstellung verweilt, wird deutlich, dass nicht der gesamte Strahl bzw. Fuß nach lateral kippt. Vielmehr belegt das in Neutralstellung befindliche DIP I in Kombination mit dem innenrotierten MTP I die Aufrichtung des Längsgewölbes. Die Außenrotation des DIP V, die sich durch das Tragen der sensomotorischen Einlage ergibt, erzeugt eine Verwringung im lateralen Strang, wodurch vermutlich das Aufrichten des Längsgewölbes noch verstärkt wird.
Um diese Ergebnisse zu verifizieren, wurde eine Probandin erneut untersucht. Es sollte sichergestellt werden, dass die Veränderungen, die sich in den Drehrichtungen durch die SMFO ergeben, nicht allein dadurch begründet sind, dass sich die Messsohle an das Relief der Fußorthese anpasst. Es zeigte sich, dass die Drehrichtungen am MTP I und DIP V mit Versorgung die gleichen sind, unabhängig davon, ob man die „Neutralstellung“ der Biegung und Torsion bei frei hängenden, unbelasteten Füßen (wie in der Studie) oder im aufrechten Stand definiert. Es ist also davon auszugehen, dass die Messeinlage und der Fuß bereits bei hängenden Füßen einen guten Formschluss mit der SMFO ergeben und dass die in der Studie aufgetretenen Veränderungen in der Belastung funktioneller Natur sind.
Sensomotorisch wirkende Fußorthesen sollen neben der Korrektur der Valgusstellung auch den Rückfuß stabilisieren. Dieser Effekt würde sich bei der Untersuchung der Biegung und Torsion durch eine Verringerung der Belastung an der Ferse bemerkbar machen. Für die Fersenmessstelle konnten jedoch keine signifikanten Unterschiede durch das Tragen der Einlage nachgewiesen werden. Da die Torsion des Fußes im unteren Sprunggelenk erfolgt und sich dessen Bewegungsachse weiter distal der Ferse befindet, könnte sich die Fersenmessstelle zu weit proximal befinden, um die Bewegungsveränderung des Rückfußes zu detektieren.
Fazit
Es zeigt sich, dass die Versorgung mit sensomotorisch wirkenden Einlagen zu Unterschieden bei der Torsionsbelastung des Vorfußes führt. Besonders eindeutig zeigen sich die Unterschiede am MTP I und am DIP V. Dort führt die sensomotorisch wirkende Fußorthese zu einer Umkehrung der Torsionsrichtung während der mittleren Standphase, was in Kombination mit dem unveränderten MTP V und DIP I zu einer Aufrichtung des Längsgewölbes führt. Eine mögliche Ursache für diesen Effekt ist, dass der M. peroneus longus durch gezielte Druckreize während der mittleren Standphase eine erhöhte Muskelaktivität zeigt und durch seine Ansatzstelle am Os metatarsale I für diese Bewegung mitverantwortlich ist. Diese Annahme wird auch durch die tendenziell höhere Druckbelastung im Mittelfußbereich (Abb. 6) unter Verwendung der Versorgung gestützt. Die erhöhte Aktivität des M. peroneus longus in der mittleren Standphase bei Verwendung sensomotorischer Einlagen konnte bereits durch Ludwig et al. (2013) nachgewiesen werden 5. Die Untersuchung zeigt, dass mit Hilfe der Torsionsbelastung wie auch der Druckermittlung die Zielsetzungen von SMFO überprüft werden können. Die Aufgabe sensomotorischer Einlagen bei Knick-Senkfüßen besteht primär nicht in einer Belastungsreduktion im Sinne einer Druckminimierung, sondern vielmehr in der Realisierung einer korrigierten Fußhaltung. Die hier vorgestellte Studie zeigt, dass die gewünschte Haltungskorrektur durch Biege- und insbesondere Torsionsmessungen im Schuh überprüft werden kann.
Für die Autoren:
Nora Grabowski
vebitosolution GmbH
Am Campus 2 (Raum 107)
48565 Steinfurt
ng@vebitosolution.com
Begutachteter Beitrag/reviewed paper
Grabowski N, Sprekelmeyer T, Altenhöfer M, Brunk A, Peikenkamp K. Die Belastung des Fußes beim Gehen mit und ohne sensomotorische Fußorthese (SMFO) bei einem Knick-Senkfuß — Eine vergleichende Messung der Biege- und Torsionsmomente sowie der plantaren Druckverteilung. Orthopädie Technik, 2018; 69 (3): 46–51
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- Stinus H, Möller M, Baumgartner R. Knick-Senkfuß, Knick-Plattfuß. In: Dies. (Hrsg.). Orthopädieschuhtechnik: Grundlagen, Handwerk, Orthopädie. 2., überarbeitete und aktualisierte Auflage. Geislingen: C. Maurer Druck und Verlag, 2013
- Larsen C. Gut zu Fuß ein Leben lang: Trainieren statt operieren: Die besten Übungen aus der Spiraldynamik®. Stuttgart: Trias – Thieme Verlag, 2013
- Radl R, Fuhrmann G, Maafe M, Krifter RM. Rückfußvalgus. Diagnose und Therapie des Knick-Senkfußes. Der Orthopäde, 2012; 41 (4): 313–326[4] DGOOC-Beratungsausschuss Orthopädieschuhtechnik: Stellungnahme zu sensomotorisch wirkenden Fußorthesen (SMFO). Orthopädieschuhtechnik, 2016; 4:16: 26–32
- DGOOC-Beratungsausschuss Orthopädieschuhtechnik: Stellungnahme zu sensomotorisch wirkenden Fußorthesen (SMFO). Orthopädieschuhtechnik, 2016; 4:16: 26–32
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