Effi­zi­en­tes Gehen in der neu­ro­mus­ku­lär wir­ken­den Bein­ort­he­tik durch kine­ti­sche Energieumwandlung

G. Biber, M. Rexing
Neurogene spastische Störungen und neuromotorisch geschwächte Muskulatur führen bei zerebralparetischen Patienten häufig zu einem unphysiologischen Gangbild; die funktionalen und stützenden Eigenschaften einer Orthese können die Muskulatur zusätzlich schwächen. Der Artikel stellt eine alternative Versorgung vor, die effizienteres Gehen durch energiesparende Bewegungsabläufe mit Hilfe einer dynamischen Spannungsenergie-Carbonfederorthese erreicht und die Muskulatur gleichzeitig trainiert. Das Konzept vermeidet, dass Bewegungen oder Gelenkwinkel beim Gehen durch Anschläge blockiert werden. In allen Gangphasen wird das Zustandekommen der verschiedenen Kipphebel („Rocker“) am Fuß unterstützt. Eine gezielte Gangdiagnostik und die Umsetzung in ein interdisziplinäres Behandlungsdesign führen zu sichtbaren funktionellen Verbesserungen für die Patienten.

Ein­lei­tung

Eine krank­haf­te Spitz­fuß­stel­lung kann sich aus ver­schie­de­nen Ursa­chen ent­wi­ckeln, die ent­we­der ange­bo­ren sein kön­nen (z. B. bei einer Zere­bra­lare­se) oder sich aus ande­ren neu­ro­mus­ku­lä­ren Erkran­kun­gen erge­ben. Als tra­dier­ter Ver­sor­gungs­an­satz wer­den eine Blo­cka­de der Plan­t­ar­fle­xi­on und als Indi­ka­ti­on zur The­ra­pie­wahl eine unge­nü­gen­de Dor­sal­fle­xi­on im obe­ren Sprung­ge­lenk ver­wen­det 1. Der Kern die­ses Ansat­zes besteht dar­in, über die Ver­mei­dung uner­wünsch­ter Gelenk­stel­lun­gen und die Rück­füh­rung des Fußes in die Neu­tral­stel­lung durch die Kör­per­last eine Deh­nung der Plan­t­ar­flexoren und der Achil­les­seh­ne zu bewir­ken 2 3. Die bis­her in der Stan­dard­ver­sor­gung ver­wen­de­ten Unter­schen­kel­orthe­sen, soge­nann­te AFOs (Ankle-Foot Ortho­ses; Sprung­ge­lenk-Fuß-Orthe­sen), gibt es mit star­rer Geo­me­trie oder auch in einer Kom­bi­na­ti­on von Gelenk­me­cha­nik und plan­tarem Anschlag. In den letz­ten Jah­ren kamen auch AFOs mit dor­sa­ler Feder par­al­lel zur Achil­les­seh­ne hin­zu 4. Alle drei Orthe­sen­ty­pen erzie­len die von Hösl 5 beschrie­be­ne Deh­nung und sen­ken durch die geän­der­te Fuß­stel­lung die Fer­se zum Boden 6. Sie wer­den unter einem Ver­sor­gungs­an­satz zusam­men­ge­fasst, der in die­sem Bei­trag zur ein­fa­che­ren Unter­schei­dung als „klas­si­sche Ver­sor­gung“ bezeich­net wird. Ziel die­ses Arti­kels ist es, die Dis­kus­si­on über einen Para­dig­men­wech­sel in der neu­ro­mus­ku­lä­ren Bein­ort­he­tik zu för­dern. Die For­schungs­fra­ge in die­sem Zusam­men­hang lau­tet: Inwie­fern kann eine Unter­schen­kel­orthe­se die Kräf­te­dy­na­mik des Gehens zum Vor­teil des Pati­en­ten nutzen?

Die meis­ten neu­ro­ge­nen Pati­en­ten ver­fü­gen über ein gewis­ses Kraft­po­ten­zi­al, das genutzt und geför­dert wer­den soll­te. Ohne eine sol­che För­de­rung besteht die Gefahr, durch die Stüt­zungs­funk­ti­on und die even­tu­el­le Posi­ti­ons­fi­xie­rung einer Orthe­se die kör­per­ei­ge­nen Kraft­po­ten­zia­le zu ver­nach­läs­si­gen. Eini­ge kli­ni­sche Stu­di­en, die im Fol­gen­den aus­ge­wer­tet wer­den, bele­gen bereits, dass ver­schie­de­ne Orthe­sen­ty­pen unter­schied­li­che Aus­wir­kun­gen auf Mus­keln, Fas­zi­en und Seh­nen haben. Der Arti­kel dis­ku­tiert die bestehen­den Stu­di­en­ergeb­nis­se und fügt neue Erkennt­nis­se aus dem Ver­sor­gungs­kon­zept der Autoren hin­zu, indem ein dyna­mi­sches Unter­schen­kel­orthe­sen-Design vor­ge­stellt wird.

For­schungs­über­blick

Im Jahr 2006 führ­ten Rom­kes et al. 7 an der Uni­kli­nik Basel ver­glei­chen­de Gang­ana­ly­sen durch. Dabei maßen sie elek­tro­myo­gra­phisch die Mus­kel­ak­ti­vi­tät des M. tibia­lis ante­rior beim Tra­gen einer soge­nann­ten klas­si­schen Orthe­se mit Gelenk und plan­tarem Anschlag. Die Orthe­se redu­zier­te die Mus­kel­ak­ti­vi­tät gegen über dem Bar­fuß­ge­hen bei wich­ti­gen Abroll­be­we­gun­gen wie dem Fer­sen­auf­tritt, dem „initi­al con­ta­ct“ (IC), um 36 % und bei „toe off“ um 57 %. Abbil­dung 1 ver­mit­telt eine Über­sicht über die ver­schie­de­nen Abroll­be­we­gun­gen, auch „Rocker“ genannt.

Bereits 2004 beschäf­tig­ten sich Cath­le­en Buck­on und Team 8 mit Kin­dern mit spas­ti­scher Diple­gie. In ihrer Stu­die unter­such­ten sie, wel­che kine­ti­schen und kine­ma­ti­schen Ver­än­de­run­gen drei klas­si­sche Orthe­sen­de­signs erzie­len. Das Ergeb­nis: Alle Orthe­sen ver­hin­der­ten die uner­wünsch­te Plan­t­ar­fle­xi­on, boten funk­tio­na­le Ver­bes­se­run­gen in der Geh­mo­to­rik und redu­zier­ten auch den Ener­gie­ver­brauch beim Gehen. Aller­dings waren die Ver­bes­se­run­gen nicht aus­rei­chend, um in All­tags- und Spiel­si­tua­tio­nen mit gesun­den Kin­dern bes­ser moto­risch mit­hal­ten zu kön­nen: Kon­struk­ti­ons­sei­tig behin­der­ten die getes­te­ten AFOs die Funk­ti­on des 3. Rockers in „ter­mi­nal stance“ (Abb. 1) 9. Ohne den 3. Rocker bleibt die Kraft­ent­fal­tung durch eine kon­trol­lier­te Plan­t­ar­fle­xi­on beim Abdruck des Fußes über den Bal­len aus. Schon ohne Orthe­se erreich­ten die Pati­en­ten in der Stu­die von Buck­on et al. nur noch 45 % der für Gesun­de nor­ma­len Kraft­leis­tung am Sprung­ge­lenk. Gemes­sen wur­de dabei die Leis­tungs­er­zeu­gung in Watt pro Kilo­gramm Kör­per­ge­wicht. Mit Orthe­se und damit aus­blei­ben­der Kraft­ent­fal­tung wur­den noch wei­te­re Reduk­tio­nen gemes­sen: Die Leis­tungs­er­zeu­gung am Sprung­ge­lenk fiel auf 35 % des Nor­mal­wer­tes bei der Orthe­se mit dor­sa­ler Feder und auf 34 % bei der AFO mit Gelenk und Plan­t­aran­schlag. Bei stei­fer AFO ging die Leis­tungs­er­zeu­gung sogar auf 24 % zurück. Hier­aus schlie­ßen die Autoren, dass sich die mus­ku­lä­re Akti­vie­rung beim Gehen mit die­sen Orthe­sen­ty­pen reduziert.

Eine jün­ge­re Stu­die von Hösl 10 aus dem Jahr 2015 berich­tet eben­falls von Ver­än­de­run­gen in der Mus­ku­la­tur. Dabei wur­den 17 Kin­der mit Zere­bral­pa­re­se vor und nach einer 16-wöchi­gen Behand­lung mit einer AFO mit Gelenk und Plan­t­aran­schlag unter­sucht. Alle Mes­sun­gen erfolg­ten rela­tiv zu einer Ver­gleichs­grup­pe gesun­der Kin­der glei­cher Zahl und glei­chen Alters. Mit der Orthe­se konn­ten die Kin­der ihren Gang beschleu­ni­gen und auch ande­re funk­tio­na­le Para­me­ter ver­bes­sern. Es ver­stärk­ten sich aller­dings eini­ge – bereits durch die Erkran­kung mani­fes­tier­te – mus­ku­lä­re Ver­kür­zun­gen wäh­rend der Orthe­sen­ver­sor­gung noch wei­ter: Im Ver­gleich zum Zustand bei Stu­di­en­be­ginn wur­den bei den orthe­tisch ver­sorg­ten Kin­dern die Fasz­i­kel des M. gas­tro­c­ne­mi­us rela­tiv zu den gesun­den Kin­dern um wei­te­re 11 % ver­kürzt und das Mus­kel­vo­lu­men um wei­te­re 8 % reduziert.

Ins­ge­samt – so zei­gen die­se Bei­spiel­stu­di­en – pro­fi­tie­ren die meis­ten Pati­en­ten zwar funk­tio­nell von der Ver­sor­gung durch klas­si­sche Orthe­sen; so wird die beim spas­ti­schen Spitz­fuß im Vor­der­grund ste­hen­de pas­si­ve Dehn­fä­hig­keit und die erfor­der­li­che ROM (Ran­ge of Moti­on) erreicht und die Achil­les­seh­ne dabei auch ver­län­gert. Doch schon die zitier­ten Bei­spiel­stu­di­en ver­deut­li­chen die mög­li­chen Nach­tei­le einer orthe­ti­schen Ver­sor­gung mit einer Begren­zung der Sprung­ge­lenk­be­we­gung 11: Es redu­zie­ren sich die Kräf­te, die beim Gehen zwi­schen Tei­len des Bewe­gungs­ap­pa­ra­tes und dem Boden erzeugt wer­den. Als Fol­ge dar­aus stel­len sich wei­te­re Schwä­chun­gen und Ver­kür­zun­gen in der Mus­ku­la­tur ein 12.

Im Jahr 2010 beschrieb Döder­lein, dass die Mus­kel­kraft in den meis­ten neu­ro­mus­ku­lä­ren Erkran­kun­gen redu­ziert ist 13. In der Kon­se­quenz hält er es für not­wen­dig, dass the­ra­peu­ti­sche Maß­nah­men, die eine zusätz­li­che Schwä­chung der funk­tio­nie­ren­den Mus­keln beinhal­ten, kri­tisch hin­ter­fragt wer­den müssen.

Ange­sichts die­ser Erkennt­nis­se wur­de ein alter­na­ti­ves Orthe­sen­kon­zept ent­wi­ckelt, mit dem eine Ein­schrän­kung der Bewe­gungs­mög­lich­kei­ten durch fes­te Anschlä­ge ver­mie­den und der Kraft- und Ener­gie­fluss im Gang­ab­lauf geför­dert wird. Wenn die Kraft­po­ten­zia­le des Pati­en­ten nicht suk­zes­si­ve ver­lo­ren gehen sol­len, müs­sen sie genutzt wer­den. Die­ses Kon­zept wird im Rah­men des Arti­kels vor­ge­stellt, zudem wer­den die Ergeb­nis­se einer Pilot­stu­die zur Wirk­sam­keit der Orthe­se ver­mit­telt. Zuvor wird jedoch noch auf eini­ge bio­me­cha­ni­sche Grund­sät­ze des Gehens eingegangen.

Bio­me­cha­nik des Gehens

All­ge­mei­ne bio­me­cha­ni­sche Grund­la­gen des Gehens sind wich­ti­ge Vor­aus­set­zun­gen zum Ver­ständ­nis des hier vor­ge­stell­ten alter­na­ti­ven Orthe­sen­prin­zips. Im gesun­den Gang­bild wird der Kör­per beim Gehen über den Fuß als fes­te Basis hin­weg­be­wegt. Dabei wer­den in den Stand­pha­sen vier Rocker für die Fort­be­we­gung aus­ge­nutzt 14. Bei jedem Rocker erfolgt ein Abrol­len bzw. eine Win­kel­ver­än­de­rung über einen fest­ste­hen­den Dreh­punkt. Dabei wird der Kör­per über ein Dreh­mo­ment, das am Dreh­punkt des Rockers ansetzt, nach vor­wärts hin­weg­be­wegt. Die Bio­me­cha­nik beim Gehen ist aber nicht nur von der akti­ven Mus­ku­la­tur abhän­gig, son­dern auch von den pas­si­ven Struk­tu­ren, haupt­säch­lich von den Seh­nen und zum Teil auch vom Bin­de­ge­we­be, das Mus­kel und Seh­ne umschließt. In Hills elas­ti­schem Mus­kel­mo­dell der Wade (Abb. 2) 15 wer­den drei Ele­men­te beschrie­ben, die zusam­men die bio­me­cha­ni­schen Kräf­te gene­rie­ren: Eine akti­ve Kraft ent­steht aus dem kon­tra­hie­ren­den Mus­kel, dem „con­trac­ti­le ele­ment“. Zwei pas­si­ve Kräf­te wer­den aus dem elas­ti­schen Wider­stand zwei­er nicht­li­nea­rer Ele­men­te erzeugt. Dies sind die zum Mus­kel in Rei­he geschal­te­te Seh­ne einer­seits und das par­al­lel dazu ver­lau­fen­de Bin­de­ge­we­be ande­rer­seits. Dem Modell fol­gend kon­tra­hiert der Waden­mus­kel nicht pri­mär, um das Sprung­ge­lenk zu stre­cken oder zu beu­gen, son­dern arbei­tet iso­me­trisch, um zusam­men mit der Vor­wärts­beu­gung des Schien­beins wäh­rend der mitt­le­ren Stand­pha­se in der Mus­kel-Seh­nen-Bin­de­ge­we­be-Ein­heit eine Span­nung zu erzeu­gen. Gegen den Zug des Waden­mus­kels baut sich also eine pas­si­ve Deh­nungs­re­sis­tenz in Seh­ne und Bin­de­ge­we­be in ent­ge­gen­ge­setz­ter Rich­tung auf (grü­ner Pfeil in Abb. 3) und spei­chert so die Fähig­keit, Arbeit zu ver­rich­ten, also Ener­gie. Wenn sich der Schwer­punkt des Kör­pers über einen sta­bil ste­hen­den Fuß (Fuß­he­bel) hin­weg wei­ter nach vor­ne bewegt, wird durch die ver­la­ger­te Gewichts­kraft die Span­nung noch wei­ter ver­grö­ßert (Abb. 3 links).

Jeg­li­ches seit­li­ches Abwei­chen des Fußes und jede Inver­si­on der Bei­n­ach­se wür­de die Sta­bi­li­tät zer­stö­ren, die not­wen­dig ist, um die Span­nung in der Mus­kel-Seh­nen-Ein­heit auf­zu­bau­en. Ohne Sta­bi­li­tät und Span­nung gäbe es auch kei­ne Dreh­mo­men­te an den Rocker-Dreh­punk­ten, die die „vor­ge­spei­cher­te“ Span­nungs­en­er­gie wäh­rend der ter­mi­na­len Stand­pha­se des Fußes in Bewe­gungs­en­er­gie umwan­deln – Ener­gie gin­ge ver­lo­ren und müss­te durch zusätz­li­che Mus­kel­ar­beit wie­der­her­ge­stellt wer­den. Die Bedeu­tung eines sta­bi­len Fuß­he­bels für die Ener­gie­pro­zes­se bele­gen die Arbei­ten von Fuku­na­ga 16. Wie sich die auf­ge­bau­te Vor­span­nung, qua­si eine poten­zi­el­le Ener­gie, kata­pult­ar­tig in Bewe­gungs­en­er­gie umwan­delt (roter Pfeil in Abb. 3), wur­de von Mein­ders erklärt: Die Haupt­funk­ti­on der Plan­t­ar­flexoren ist die Aus­lö­sung der Beschleu­ni­gung des Schwung­bei­nes wäh­rend des „toe off“ 17. Auf­grund der öko­no­mi­schen Umwand­lung von Ener­gie maß Fuku­na­ga nur eine gerin­ge meta­bo­li­sche Arbeit, um die kon­trak­ti­len Kräf­te her­vor­zu­ru­fen, die den Kör­per bewe­gen 18. Bei neu­ro­mo­to­ri­schen Erkran­kun­gen ist die­se Umwand­lung gehemmt. Die feh­len­de Ener­gie zur Vor­wärts­be­we­gung des Bei­nes aus der Waden­mus­ku­la­tur muss kom­pen­sa­to­risch aus der Hüft­beu­gung neu erzeugt wer­den, was zu einem patho­lo­gi­schen Gang­mus­ter führt 19.

Bei jedem Schritt blei­ben etwa 90 % der kine­ti­schen und poten­zi­el­len Gesamt­ener­gie unse­res Kör­pers erhal­ten  20. Vor­aus­set­zung für die­se Ener­gie­er­hal­tung ist, dass der Gang gleich­för­mig und flie­ßend ist. Die Ener­gie, die im Schwung des Bei­nes ent­hal­ten ist, wird effi­zi­ent in die Span­nungs­en­er­gie des nächs­ten Gang­zy­klus umge­wan­delt – umso mehr, je grö­ßer die Schritt­län­ge ist und je wei­ter sich dadurch der Kör­per über den fest­ste­hen­den Fuß fort­be­wegt und je mehr sich das dor­sa­le Mus­kel-Seh­nen-Sys­tem des gesam­ten Stand­bei­nes dabei spannt. In der frü­hen Stand­pha­se soll­te eine mög­lichst ver­lust­ar­me, wenig dämp­fen­de Fort­be­we­gung des Bei­nes über die Fer­sen­ab­rol­lung beim Fer­sen­auf­tritt erfol­gen. Die ent­lang der Sagit­tal­ebe­ne gespreiz­ten Bei­ne sowie die leich­ten Dämp­fungs­me­cha­nis­men der kur­zen Kniefle­xi­on und der Ever­si­on im unte­ren Sprung­ge­lenk füh­ren zu einem Absin­ken des Kör­per­schwer­punk­tes. Die­ser wird dann ab dem Ende der kur­zen Kniefle­xi­on in der leich­ten Stoß­dämp­fungs­pha­se über das Dreh­mo­ment, das am Abroll­punkt der Fer­se ansetzt, wie­der nach vor­ne und oben gedrückt, bis der Kör­per­schwer­punkt laut Win­ter 21 in der mitt­le­ren Stand­pha­se die maxi­ma­le Höhe erreicht. Wäh­rend die­ses Pro­zes­ses hat sich die Vor­wärts­ge­schwin­dig­keit des Tor­sos leicht ver­lang­samt, weil kine­ti­sche in poten­zi­el­le Ener­gie umge­wan­delt wur­de. Danach fällt der Kör­per­schwer­punkt nach vor­ne und unten, bis er von Neu­em – dies­mal auf der ande­ren Kör­per­sei­te – nach dem Zeit­punkt des Fer­sen­kon­takts und der fol­gen­den Dämp­fung wie­der die nied­rigs­te Höhe erreicht 22. Poten­zi­el­le Ener­gie wan­delt sich zurück in kine­ti­sche Ener­gie. Sowohl die Span­nungs­en­er­gie in der Mus­kel-Seh­nen-Ein­heit als auch die poten­zi­el­le Ener­gie des Kör­per­schwer­punk­tes stam­men zu einem gro­ßen Teil aus dem vor­an­ge­gan­ge­nen Schritt­zy­klus. Die beson­de­ren elas­ti­schen Eigen­schaf­ten der Mus­kel-Seh­nen-Ein­heit der Wade ermög­li­chen eine gro­ße Bein­be­schleu­ni­gung und damit auch eine lan­ge Schritt­län­ge, die für einen kor­rek­ten Fer­sen­auf­tritt aus­reicht. Für einen kräf­te­spa­ren­den Gang ist die hohe Ener­gie­er­hal­tung und die alter­nie­ren­de Ener­gie­um­wand­lung von zen­tra­ler Bedeu­tung, damit der Kör­per mit mini­ma­lem Auf­wand bewegt wer­den kann 23 24 25. Die­se Fol­ge­run­gen wer­den durch Ergeb­nis­se unter­stützt, die zei­gen, dass die Unter­schen­kel­mus­ku­la­tur mit 57 % mehr als die Hälf­te der Arbeit leis­tet, die erfor­der­lich ist, um den Kör­per beim nor­ma­len Gehen hori­zon­tal zu bewe­gen 26.

Ein­füh­rung eines alter­na­ti­ven und dyna­mi­schen Orthesenkonzepts

Eine gro­ße Schritt­län­ge und die Fähig­keit zur Spei­che­rung und Umwand­lung von Ener­gie sind also ent­schei­dend für einen phy­sio­lo­gi­schen Gang­ab­lauf. Bei Pati­en­ten mit neu­ro­mus­ku­lä­ren Erkran­kun­gen tre­ten häu­fig bio­me­cha­ni­sche Insta­bi­li­tä­ten auf, die den Ener­gie­fluss unter­bre­chen. Rasche­re Ermü­dung und kür­ze­re Geh­stre­cken sind die Fol­ge. Kine­ti­sche Ener­gie der Schwung­pha­se, die ab dem Fer­sen­kon­takt nicht erhal­ten bleibt und ab der mitt­le­ren Stand­pha­se nicht in Span­nungs­en­er­gie und poten­zi­el­le Ener­gie umge­wan­delt wird, ist für den Bewe­gungs­ab­lauf ver­lo­ren und erfor­dert zusätz­li­che Mus­kel­ar­beit. Die­se Erkennt­nis­se wur­den in dem alter­na­ti­ven Orthe­sen­kon­zept „adV Power-Spring® Spi­ral­orthe­se“, einer dyna­mi­schen AFO mit spi­ral­för­mig ver­lau­fen­der Car­bon­fe­der, berück­sich­tigt (Abb. 4). Der Fuß wird dabei mit­tels einer zir­ku­lä­ren Fuß­fas­sung in kon­trol­lier­ba­rer Stel­lung gehal­ten, ohne die Bewe­gungs­frei­hei­ten des obe­ren Sprung­ge­len­kes ein­zu­schrän­ken. Die dyna­misch-sen­so­mo­to­ri­sche Steue­rung der Schritt­ab­wick­lung erfolgt so, dass die Abroll­be­we­gun­gen gegen­über dem Bar­fuß­ge­hen ver­stärkt wer­den. Wie wei­ter oben beschrie­ben kann die Schritt­län­ge als direkt mess­ba­rer Para­me­ter für ein effi­zi­en­te­res Gang­bild her­an­ge­zo­gen werden.

Pilot­stu­die

Methode/Studiendesign

Um die For­schungs­fra­ge „Inwie­fern kann eine Unter­schen­kel­orthe­se die Kräf­te­dy­na­mik des Gehens zum Vor­teil des Pati­en­ten nut­zen?“ zu beant­wor­ten, wur­de in einer Pilot­stu­die mit dem Ana­ly­se­pro­gramm „Con­tem­plas“ das Gang­pro­fil von 34 Kin­dern video­ge­stützt unter­sucht (16 weib­lich, 18 männ­lich; Alter: 2 bis 15 Jah­re mit Durch­schnitts­al­ter 7,12 Jah­re, Stan­dard­ab­wei­chung 3,2 Jah­re). Alle Kin­der waren Pati­en­ten mit uni­la­te­ra­ler Zere­bral­pa­re­se (GMFCS 1/2). Ver­gli­chen wur­de die Schritt­län­ge von der Zehen­spit­ze des gesun­den Bei­nes bis zur Fer­sen­rück­sei­te beim Fer­sen­auf­tritt der betrof­fe­nen Sei­te – zum einen bar­fuß und zum ande­ren mit der Power­spring-Orthe­se. Die Mes­sun­gen erfolg­ten inner­halb von 10 bis 20 Minu­ten nach Anpro­be der Orthese.

Ergeb­nis­se

Mit Orthe­se konn­te im gesam­ten Durch­schnitt eine Ver­län­ge­rung der Schritt­län­ge um 18,92 % (Stan­dard­ab­wei­chung 7,34 %) beob­ach­tet wer­den. 25 Kin­der erreich­ten eine Ver­län­ge­rung zwi­schen 12 % und 25 %, 5 Kin­der sogar über 25 %. Die nied­rigs­ten Ver­län­ge­rungs­wer­te im Bereich von 5 bis 10 % gab es bei 3 Kin­dern. Nur bei einem Kind ergab sich eine Ver­kür­zung der Schritt­län­ge von ‑5 %. Im Video war bei den zuletzt genann­ten 4 Kin­dern mit schwa­cher Ver­län­ge­rung bzw. Ver­kür­zung der Schritt­län­ge ein noch nicht umge­stell­tes Gang­bild zu erken­nen. Das Gehen mit der Orthe­se war bei die­sen 4 Kin­dern mög­li­cher­wei­se noch nicht kom­plett erlernt.

Zusätz­lich wur­de in der Stu­die der IC („initi­al con­ta­ct“) beur­teilt. Als Refe­renz­punkt dien­te der norm­ge­rech­te Boden­kon­takt, bei dem der Fuß im IC in einem Win­kel zum Unter­schen­kel von 90° mit der Fer­se zuerst auf den Boden auf­setzt und danach kon­trol­liert plan­t­ar­flek­tiert den Vor­fuß­kon­takt mit dem Boden her­stellt. Im Ver­gleich zum Refe­renz­punkt erga­ben sich ohne Orthe­se aus­schließ­lich zwei Typen nicht­phy­sio­lo­gi­scher Bodenkontakte:

– 23 Kin­der (68 %) zeig­ten einen Auf­tritt mit dem Vor­fuß; – 11 Kin­der (32 %) zeig­ten einen abge­flach­ten Auf­tritt mit dem gesam­ten Fuß.

Das heißt, ohne Orthe­se war kei­nes der Kin­der in der Lage, den Fuß phy­sio­lo­gisch norm­ge­recht über die Fer­se auf­zu­set­zen. Mit der Power­spring Orthe­se dage­gen bewerk­stel­lig­ten 32 Kin­der (94 %) einen kor­rek­ten Fer­sen­auf­tritt über den Fer­sen­ro­cker. Nur noch bei 2 Kin­dern (6 %) beob­ach­te­ten die Autoren einen nicht­phy­sio­lo­gi­schen Auf­tritt mit dem gesam­ten Fuß.

Das Resul­tat der grö­ße­ren Schritt­län­ge und des gang­phy­sio­lo­gisch wich­ti­gen Fer­sen­auf­trit­tes erklärt sich als Fol­ge des Orthe­sen­de­signs. Denn in Ana­lo­gie zum Mus­kel-Seh­nen-Modell nach Hill wird hier ein zusätz­li­ches par­al­lel elas­ti­sches Ele­ment hin­zu­ge­fügt: eine Car­bon­fe­der. Sie unter­stützt und kom­plet­tiert den Span­nungs­auf­bau der neu­ro­mo­to­risch geschwäch­ten dor­sa­len Beinmuskulatur.

Das hier vor­ge­stell­te dyna­mi­sche Orthe­sen­de­sign weist damit zwei Ver­bes­se­run­gen auf:

  1. Eine grö­ße­re Spei­che­rung an Span­nungs­en­er­gie erzeugt eine aus­ge­präg­te Bein­schwung­pha­se mit grö­ße­rer Schritt­län­ge und einem kor­rek­ten Fer­sen­auf­tritt, der wich­tig ist für die Energieumwandlung.
  2. Durch mehr Zug­span­nung im Gesamt­sys­tem, also Orthe­se plus Mus­kel-Seh­nen-Ein­heit, wir­ken stär­ke­re Kräf­te auf die Bein­mus­ku­la­tur, die dadurch poten­zi­ell gezielt ange­steu­ert und trai­niert wird. Damit wird mög­li­cher­wei­se auch ein Mus­kel­auf­bau wie­der möglich.

Der Span­nungs­auf­bau erfolgt, indem die spi­ral­för­mi­ge Feder sich zwi­schen der ven­tra­len Anla­ge am Tibia­kopf und der lan­gen Car­bon­soh­le unter Zug aus­dehnt (Abb. 3). Beson­ders die Anla­ge am Tibia­kopf erleich­tert durch den Hebel­ef­fekt der stär­ke­ren Schien­bein-Vor­la­ge, dass mehr Zug an der Feder anliegt. Die­ses Prin­zip bringt zuxes Zusam­men­spiel zwi­schen Mus­keln und Seh­nen nötig, damit natür­li­che Spann­kraft auf­ge­baut wer­den kann 27 28. Wenn die Seh­nen über­dehnt oder ver­kürzt und steif sind, kann ein Mus­kel kei­ne Kraft erzeu­gen. Zusätz­lich sichert die Spi­ra­li­tät der Feder und der seit­li­che Ansatz an eine von unten leicht sta­bi­li­sie­ren­de Car­bon­fuß­plat­te auch den ansons­ten insta­bi­len spas­ti­schen Fuß. Der Pati­ent bzw. die Pati­en­tin kann die Fuß­be­we­gung bes­ser kon­trol­lie­ren, und die Fuß­sta­bi­li­sie­rung ermög­licht die für den Span­nungs­auf­bau wich­ti­ge Ver­la­ge­rung des Kör­per­schwer­punk­tes nach vor­ne. Die defi­nier­te, an den Pati­en­ten ange­pass­te Stei­fig­keit der Feder wird mate­ri­al­sei­tig durch indi­vi­du­el­le Armie­rung der Car­bon­fa­sern erzielt.

Aus den geschil­der­ten Desi­gnele­men­ten der vor­ge­stell­ten Orthe­se geht her­vor, dass das dyna­mi­sche Orthe­sen­kon­zept nicht pri­mär den Ansatz ver­folgt, die Plan­t­ar­flexoren und die Achil­les­seh­ne zu deh­nen und den Fuß in der Schwung­pha­se pas­siv anzu­he­ben. Erst wenn die durch Span­nungs­en­er­gie erzeug­ten Dreh­mo­men­te an den jewei­li­gen Rockern bei Stand­pha­se­nen­de und Zehen­ab­lö­sung anset­zen, wird kata­pult­ar­tig ein lan­ger Bein­schwung aus­ge­löst. Dies trig­gert auch die Fuß­he­be­mus­ku­la­tur, die auf die­se Wei­se einen norm­ge­rech­ten Boden­auf­tritt über die Fer­se vor­be­rei­tet. Der alter­na­ti­ve Ansatz lässt Pati­en­ten mit Pes equi­nus einen dyna­mi­schen Gang­ab­lauf mit Span­nungs­auf­bau und flie­ßen­den Ener­gie­um­wand­lun­gen ent­wi­ckeln. Mit mehr Ener­gie in der Gesamt­ein­heit Fuß/Orthese lau­fen Pati­en­ten leich­ter, flüs­si­ger, schnel­ler und wei­ter, was ihnen eine bes­se­re Par­ti­zi­pa­ti­on in sozia­len All­tags­si­tua­tio­nen ermög­li­chen könn­te. Die sta­bi­li­sie­ren­de Sicher­heit der Power­spring­Orthe­se und die poten­zi­el­le Akti­vie­rung der Mus­ku­la­tur machen die­se AFO zum the­ra­peu­ti­schen Übungs­ge­rät für das Gang­trai­ning. Funk­tio­na­le Ver­bes­se­run­gen wer­den auch mit klas­si­schen Orthe­sen erreicht, jedoch gilt es nun mit Ver­sor­gungs­kon­zep­ten, die auch Mus­keln, Seh­nen und neu­ro­na­le Struk­tu­ren trai­nie­ren, einen Para­dig­men­wech­sel einzuleiten.

Kli­ni­sche Relevanz

Das hier vor­ge­stell­te orthe­ti­sche Ver­sor­gungs­kon­zept bie­tet Kin­dern mit Zere­bral­pa­re­se das Poten­zi­al für ein ener­gie­ef­fi­zi­en­te­res Gehen mit län­ge­ren und schnel­le­ren Geh­stre­cken, was ihnen eine bes­se­re Par­ti­zi­pa­ti­on in sozia­len All­tags­si­tua­tio­nen erlau­ben wür­de. Gleich­zei­tig gibt es Anzei­chen, dass das neue Design für einen neu­ro­mo­to­ri­schen Trai­nings­ef­fekt sorgt, der die kör­per­ei­ge­nen Kraft­po­ten­zia­le nutzt und för­dert und auf die­se Wei­se – so die Hypo­the­se der Autoren – wei­te­ren Ver­kür­zun­gen und Schwä­chun­gen der Mus­ku­la­tur ent­ge­gen­wir­ken könnte.

Limi­ta­tio­nen

Die indi­vi­du­el­le Anfer­ti­gung der Orthe­sen begrenzt die Über­trag­bar­keit und Nach­voll­zieh­bar­keit der Ergeb­nis­se, da der Auf­bau der Orthe­sen auf den inter­nen Erfah­run­gen der Werk­statt basiert und die Algo­rith­men zur Berech­nung der Feder­stär­ke (Armie­rung) einen signi­fi­kan­ten Teil des Kon­zep­tes dar­stel­len. Die doku­men­tier­ten Ver­sor­gun­gen berück­sich­ti­gen nur Pati­en­ten mit GMFCS Level 1 und 2. Schwe­rer betrof­fe­ne Kin­der erfor­dern eine dif­fe­ren­zier­te­re Betrach­tung. Limi­tie­rend ist zudem, dass die Autoren bei die­ser retro­spek­ti­ven Stu­die nicht auf die Ein­gangs­mus­kel­kraft ein­ge­gan­gen sind. Dies wäre sicher­lich ein wich­ti­ger Unter­su­chungs­an­satz für wei­te­re Stu­di­en. Eben­so steht ein Ver­gleich mit ande­ren dyna­mi­schen Orthe­sen­kon­zep­ten (z. B. hin­te­re Car­bon­fe­der oder Mul­ti­funk­ti­ons­ge­len­ke) noch aus.

Wie und wann soll­te eine orthe­ti­sche Ver­sor­gung erfolgen?

In der Fach­welt gilt es als akzep­tiert, dass Hal­tung und Mus­ku­la­tur gera­de bei neu­ro­mus­ku­lä­ren Erkran­kun­gen trai­niert wer­den müs­sen. Selbst wenn sich das zeit­li­che Errei­chen moto­ri­scher Ent­wick­lungs­sta­di­en je nach Krank­heits­aus­prä­gung unter­schei­det (Abb. 5), so fin­det der größ­te und schnells­te Teil die­ser Ent­wick­lung in allen Fäl­len in den ers­ten 4 bis 5 Lebens­jah­ren statt 29. In jun­gen Jah­ren pro­fi­tie­ren betrof­fe­ne Kin­der somit am meis­ten vom Trai­nings­ef­fekt einer dyna­mi­schen Orthe­se: Sie unter­stützt den phy­sio­lo­gisch-dyna­mi­schen Bewe­gungs­ab­lauf, trai­niert das Gang­mus­ter und erreicht dadurch im bes­ten Fall eine bes­se­re Mus­kel­ba­lan­ce und eine Kräf­ti­gung durch Ver­län­ge­rung von Weg­stre­cken. Dabei ist zu berück­sich­ti­gen, dass die Ent­wick­lung der wich­tigs­ten knö­cher­nen Struk­tu­ren mit 12 Jah­ren abge­schlos­sen ist 30. Jetzt haben die Kno­chen die Form erreicht, die der bio­me­cha­ni­schen Funk­ti­on folgt, die sie in der Ver­gan­gen­heit über­nom­me­nen haben. Die Defor­mie­rung von Ske­lett­ab­schnit­ten ent­steht aus lang­jäh­ri­gen, fort­ge­setzt ein­wir­ken­den patho­lo­gi­schen Kräf­ten auf die Kno­chen und Gelen­ke 31. Auch des­halb wird emp­foh­len, sehr früh mit einer dyna­mi­schen Ver­sor­gung zu begin­nen, um die Ent­wick­lung der moto­ri­schen Funk­ti­on noch för­dern zu kön­nen und Miss­bil­dun­gen der Kno­chen zu mini­mie­ren. Unter­blei­ben die trai­nie­ren­den Ansät­ze, so ist mit wei­te­rer Schwä­chung der Mus­ku­la­tur und mit Zunah­me von Kom­pen­sa­ti­ons­hal­tun­gen zu rech­nen. Bei­des lie­ße wei­te­re Defor­mi­tä­ten noch schnel­ler vor­an­schrei­ten. Um ziel­ori­en­tiert eine Ver­sor­gung zu pla­nen, ist eine genaue, inter­dis­zi­pli­nä­re Gang­dia­gnos­tik erfor­der­lich 32.

Bei Pati­en­ten mit struk­tu­rel­len Gelenk­kon­trak­tu­ren und feh­len­den akti­ven Mus­kel­funk­tio­nen stößt die­ses Sys­tem an Gren­zen. In sol­chen Fäl­len müs­sen rigi­de­re Orthe­sen­sys­te­me zum Ein­satz kommen.

Fazit

Die Car­bon-Power­spring-Orthe­se ermög­licht ein dyna­mi­sche­res Gang­bild. Sie ist in der vor­ge­stell­ten Form seit 2006 im Ein­satz. Pro Jahr wer­den ca. 1.800 Pati­en­ten erfolg­reich mit die­ser AFO ver­sorgt. Die Ergeb­nis­se der Pilot­stu­die müs­sen zwar noch durch Stu­di­en zur All­tags­par­ti­zi­pa­ti­on und zu den tat­säch­li­chen Aus­wir­kun­gen auf den Mus­kel­ap­pa­rat unter­mau­ert wer­den, jedoch zei­gen das gro­ße Ein­zugs­ge­biet und die Zahl der Pati­en­ten nicht nur aus Deutsch­land, son­dern zuneh­mend auch aus Öster­reich, Polen und Russ­land, dass sich der Ver­sor­gungs­an­satz bereits eta­bliert hat.

Inter­es­sen­kon­flikt

Die Autoren sind Mit­ar­bei­ter der Fir­ma adVi­va GmbH.

Für die Autoren:
Ger­hard Biber, OMM,
O.G.I.G. Prac­ti­tio­ner
Geschäfts­füh­rer adVi­va GmbH
Stand­ort Heidelberg
Eppel­hei­mer Stra­ße 64
69123 Hei­del­berg
biber@adviva-info.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zitation 
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