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
Begutachteter Beitrag/reviewed paper
Lösing T. Evaluation des Wirkungsgrads modularer Sprunggelenkorthesen im Hinblick auf die Limitierung von Talusvorschubbewegungen. Orthopädie Technik, 2021; 72 (4): 51–55
- Neue Risikogruppeneinteilung beim diabetischen Fußsyndrom (DFS) und bei den analogen Neuro-Angio-Arthropathien — 25. Oktober 2024
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