Inno­va­ti­ves Mess­sys­tem zeigt neue Belas­tungs­per­spek­ti­ven in Pro­the­tik, Orthe­tik und Einlagenversorgung

N. Grabowski, M. Altenhöfer, D. Wiesmann, N. Dirksen, T. Stief, K. Peikenkamp
Gängige Messverfahren von Belastung an den unteren Extremitäten sind bisher für die Ermittlung von Druck geeignet. Eine weitere wichtige Perspektive für Versorgungen in der orthopädischen Praxis sind Beanspruchungen, die durch Drehmomente hervorgerufen werden, wie Biegung und Torsion. Hierfür ist das Messsystem „vebitoSCIENCE“ (vebitosolution GmbH, Steinfurt) entwickelt worden. Dessen Einsatzgebiete sind sehr vielfältig, da Biege- und Torsionsbelastungen für unterschiedlichste Indikationen von Interesse sind. Gezeigt wird diese Vielfalt anhand von Beispielen, darunter Ergebnisse von Studien zu Biege- und Torsionsbelastungen bei der Versorgung von Unterschenkelamputierten sowie in Walkern und Vorfußentlastungsschuhen und von Pilotstudien aus den Bereichen Arbeitsschutz und Einlagenversorgung.

Ein­lei­tung

In wel­che Rich­tun­gen kann ein Fuß belas­tet wer­den? Herr­schen z. B. Druck­be­las­tung, Scher­kräf­te oder auch Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tun­gen? Abbil­dung 1 zeigt eine Aus­wahl der auf den Fuß wir­ken­den Belas­tungs­for­men. Je nach Indi­ka­ti­on und Ver­sor­gungs­ziel kommt eine ande­re Belas­tungs­art bei der Opti­mie­rung der Ver­sor­gung zum Tra­gen. Die Fra­gen dabei lau­ten: Wie hoch ist die Belas­tung, wie ver­än­dert sie sich bei unter­schied­lichs­ten patho­lo­gi­schen Bedin­gun­gen an den unte­ren Extre­mi­tä­ten, und wie kann sie mit der Ver­sor­gung z. B. mit Pro­the­sen, Orthe­sen, Schu­hen und Ein­la­gen ent­spre­chend beein­flusst wer­den? Aber auch bei der Opti­mie­rung von Bewe­gungs­ab­läu­fen, z. B. bei der Aus­wahl bzw. Anpas­sung von Pro­the­sen­fü­ßen, im Sport oder bei der Ath­le­ten­ver­sor­gung, ist die Fra­ge nach der Belas­tung zu klären.

Anzei­ge

Gän­gi­ge Mess­ver­fah­ren für die Mes­sung im Schuh oder in Pro­the­sen­schäf­ten sind bis­her für die Ermitt­lung von Druck geeig­net. So kann eine Kom­po­nen­te von vie­len ver­schie­de­nen Belas­tun­gen, denen die unte­re Extre­mi­tät aus­ge­setzt ist, ermit­telt wer­den. Dies ist für die Über­prü­fung eini­ger Ver­sor­gungs­zie­le in der Tech­ni­schen Ortho­pä­die auch ziel­füh­rend. Da jedoch Mess­tech­ni­ken Werk­zeu­ge zur Über­prü­fung der Umset­zung der jewei­li­gen Ver­sor­gungs­zie­le und zur Opti­mie­rung der gesam­ten Ver­sor­gung dar­stel­len, muss das rich­ti­ge Mess­werk­zeug ein­ge­setzt wer­den, um die rich­ti­ge Mess­grö­ße – die rich­ti­ge Belas­tungs­art – zu erhal­ten. Ist bei­spiels­wei­se bei einem dege­ne­ra­tiv ver­än­der­ten Gelenk die Redu­zie­rung der Bie­ge­be­las­tung das Ziel, so muss auch die­se Belas­tungs­grö­ße über­prüft wer­den. Nur so kann das Errei­chen des Zie­les nach­voll­zieh­bar über­prüft und erklärt werden.

Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tun­gen, zwei der in Abbil­dung 1 gezeig­ten Belas­tungs­for­men, wer­den durch Dreh­mo­men­te her­vor­ge­ru­fen und tre­ten in der Regel an den Gelen­ken – unter ande­rem der unte­ren Extre­mi­tät – wäh­rend all­täg­li­cher oder sport­li­cher Akti­vi­tä­ten auf. Ein Moment ist phy­si­ka­lisch als das Pro­dukt aus der wir­ken­den Kraft und der Län­ge des Hebel­arms defi­niert. Das Moment ver­än­dert sich, wenn ent­we­der die Kraft klei­ner oder grö­ßer wird oder die Län­ge des Hebel­arms sich verändert.

Zwei exem­pla­ri­sche Bei­spie­le für rele­van­te Bie­ge­be­las­tun­gen sind:

  1. die Dor­salex­ten­si­ons­be­las­tung in den Zehen­grund­ge­len­ken wäh­rend der spä­ten Stand­pha­se des Schritt­zy­klus (Abb. 2) – bei ver­schie­de­nen Vor­fuß­be­schwer­den wie z. B. Hal­lux val­gus, Hal­lux limi­tus oder rigi­dus gilt es, die­se Belas­tung am Meta­tars­o­phal­an­ge­al­ge­lenk I (MTP I) durch diver­se ortho­pä­di­sche Maß­nah­men zu minimieren;
  2. das Erset­zen des Vor­fuß­he­bels mit­tels Pro­the­sen­fuß, um mög­lichst gute Hebel­ver­hält­nis­se für Sta­bi­li­tät und Vor­wärts­be­we­gung auf der ver­sorg­ten Sei­te herzustellen.

Eine typi­sche Tor­si­ons­be­las­tung tritt bei der Ver­wrin­gung von Vor- zu Rück­fuß wäh­rend der Stand­pha­se beim Gehen oder Lau­fen auf. Die beschrie­be­nen Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tun­gen kön­nen mit Hil­fe der vebi­to-Innen­soh­len­mess­sys­te­me am Fuß im Schuh auf­ge­nom­men wer­den. Hier­für wird die Mess­soh­le wie eine Ein­le­ge­soh­le in den Schuh gelegt. Die spe­zi­el­le Form des Trä­ger­ma­te­ri­als erlaubt eine unab­hän­gi­ge Ana­ly­se ver­schie­de­ner Fuß­area­le. Die Sen­sor­an­ord­nung und ‑ver­schal­tung ermög­licht eine par­al­le­le Detek­ti­on von Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tun­gen 12.

Die vebi­to-Mess­sys­te­me gibt es in zwei unter­schied­li­chen Aus­füh­run­gen, die sich sowohl durch Anzahl und Art der Sen­so­ren als auch durch die Kom­ple­xi­tät der Soft­ware unter­schei­den. Das Sys­tem „vebi­toEA­SY“ misst die Bie­ge­be­las­tung an Vor- und Rück­fuß; „vebi­to­SCI­ENCE“ erfasst die Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tung an der Fer­se, den Zehen­grund- und ‑end­ge­len­ken (Abb. 3). Die in die­sem Arti­kel vor­ge­stell­ten Daten sind mit „vebi­to SCIENCE“ (oder einem Pro­to­typ des „vebi­to­SCI­ENCE“) ermit­telt worden.

Mit „vebi­to­SCI­ENCE“ wer­den die auf­ge­nom­me­nen Schrit­te direkt gemit­telt und als ein gemit­tel­ter Schritt über 100 % des Gang­zy­klus dar­ge­stellt. Außer­dem kön­nen die fol­gen­den Para­me­ter stan­dard­mä­ßig ana­ly­siert werden:

  • maxi­ma­les Dor­salex­ten­si­ons- und Plantarflexionsmoment
  • maxi­ma­le Innen-/Au­ßen­ro­ta­ti­on
  • Ran­ge
  • Wech­sel­be­las­tung
  • Impuls
  • Dau­er der jewei­li­gen Belastungsart

Die Mess­grö­ße „Wech­sel­be­las­tung“ 3 stellt hier­bei eine Beson­der­heit dar. Sie ist mit bis­he­ri­gen Sys­te­men nicht zu ermit­teln, nimmt aber für die Beur­tei­lung der Fuß­be­las­tung eine beson­de­re Rol­le ein. Wech­sel­be­las­tun­gen bean­spru­chen Mate­ria­li­en, auch mensch­li­che Gewe­be, in einer extre­men Form. Eine Wech­sel­be­las­tung ergibt sich z. B. bei der Bie­ge­be­las­tung am Groß­ze­hen­grund­ge­lenk aus dem Ver­hält­nis von Plan­t­ar­fle­xi­on zu Dor­salex­ten­si­on. Bild­lich gespro­chen stellt sie das Hin- und Her­bie­gen des Fußes dar – also die Bewe­gung des Fußes von Plan­t­ar­fle­xi­on zu Dor­salex­ten­si­on (bzw. Innen- und Außen­ro­ta­ti­on), wie sie beim Gehen auftritt.

Die Ver­sor­gungs­zie­le und somit die zu opti­mie­ren­den Belas­tungs­for­men sind in der ortho­pä­di­schen Pra­xis sehr viel­fäl­tig und ori­en­tie­ren sich an den indi­vi­du­el­len Beschwer­de­bil­dern der Pati­en­ten und Kun­den. Eine Belas­tungs­form ist der plan­t­are Druck. Bie­ge- und Tor­si­ons­mes­sun­gen sind ande­re Belas­tungs­for­men und las­sen sich nicht über Druck­mes­sun­gen ermitteln.

Der Unter­schied der Belas­tun­gen wird in Abbil­dung 4 deut­lich: Die grü­ne Kur­ve zeigt die plan­t­are Druck­be­las­tung im Bereich des MTP-I-Gelenks wäh­rend eines nor­mier­ten Gang­zy­klus. Die Druck­be­las­tung steigt von Beginn des Gang­zy­klus an. Das Maxi­mum erfolgt bei ca. 45 %, danach nimmt die Belas­tung bis zum Ende der Stand­pha­se ab. Der Bie­ge­be­las­tungs­ver­lauf (oran­ge Kur­ve) zeigt, dass am MTP-I-Gelenk Wech­sel­be­las­tun­gen wäh­rend des Gang­zy­klus auf­tre­ten. Bis ca. 45 % des Gang­zy­klus wird der Groß­ze­hen­be­reich Plan­t­ar­fle­xi­ons­mo­men­ten aus­ge­setzt (nega­ti­ve Wer­te). Ab die­sem Zeit­punkt wech­selt die Belas­tungs­rich­tung, und ein Dor­salex­ten­si­ons­mo­ment (posi­ti­ve Wer­te) tritt auf. Die größ­te Aus­prä­gung der Bie­ge­be­las­tung liegt bei ca. 60 % des Gang­zy­klus mit einem Maxi­mum der Dor­salex­ten­si­on am Ende der Stand­pha­se. Die Abbil­dung zeigt, dass anhand des plan­taren Dru­ckes kei­ne Infor­ma­ti­on über die­se Wech­sel­be­las­tung vor­liegt. Auch ist klar zu erken­nen, dass die Maxi­ma der zwei Belas­tungs­ar­ten zu unter­schied­li­chen Zeit­punk­ten statt­fin­den. Dies ver­deut­licht noch­mals die Dring­lich­keit, je nach Ver­sor­gungs­ziel die tat­säch­lich rele­van­te Belas­tungs­form zu betrachten.

Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tun­gen sind für unter­schied­lichs­te Indi­ka­tio­nen von Inter­es­se. Daher ist auch das Ein­satz­ge­biet von „vebi­to­SCI­ENCE“ sehr viel­fäl­tig. Fol­gend wer­den nun eini­ge Anwen­dungs­be­rei­che, in denen Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tun­gen eine wich­ti­ge Per­spek­ti­ve bei der Ver­sor­gung dar­stel­len, bei­spiel­haft aufgeführt.

Stu­die: Mes­sung von Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­ten an Beinprothesenträgern

Unter­sucht wur­den sechs unter­schen­kel­am­pu­tier­te Pro­ban­den (Tab. 1), die 10 Meter auf frei­er Stre­cke gehen konn­ten. Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­te an der ver­sorg­ten und unver­sorg­ten Sei­te wur­den mit einem Pro­to­typ der „vebi­to­SCI­ENCE“ im Schuh (Adi­das® Sam­ba) auf­ge­nom­men (125 Hz, Blue­tooth). Mit jedem Pro­ban­den wur­den zwei Mes­sun­gen durch­ge­führt. Wäh­rend der ers­ten Mes­sung tru­gen sie ihren eige­nen Pro­the­sen­fuß, in der zwei­ten einen neu­en, mit dem sie vor­her noch nicht ver­sorgt waren. Ledig­lich der Pro­band mit der ID 3000 trug aus­schließ­lich eige­ne Fuß­mo­del­le (einen All­tags­fuß und eine Bade­pro­the­se). Das zwei­te Modell wur­de u. a. nach dem Akti­vi­täts­grad des Pro­ban­den von den Ortho­pä­die-Tech­ni­kern der Pro­Tec Ortho­pä­di­sche Werk­stät­ten GmbH aus­ge­wählt und ange­passt. Durch­ge­führt wur­den die Mes­sun­gen an zwei Ver­suchs­ta­gen in den Räu­men des Uni­ver­si­täts­kli­ni­kums Münster.

Die Pro­ban­den gin­gen in einer für sie ange­neh­men Geschwin­dig­keit auf frei­er Stre­cke (10 m). Es wur­den jeweils ca. 7 bis 8 Schrit­te aus­ge­wer­tet. Die auf­ge­nom­me­nen Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­te wur­den auf 100 % des Gang­zy­klus (GZ) nor­miert und gemittelt.

Ergeb­nis­se

Auf der fol­gen­den Sei­te (Abb. 5a–e) wer­den bei­spiel­haft die Bie­ge­mo­men­te eines ein­zel­nen Pro­ban­den (ID 3002) vor­ge­stellt. Ein Stern (*) in der Legen­de bedeu­tet, dass die ursprüng­li­che Daten­rei­he nach Auf­tre­ten einer zeit­li­chen Ver­schie­bung (auf­grund der Blue­tooth-Über­tra­gung) ange­gli­chen wur­de Ver­gleicht man zunächst die Pro­the­sen­sei­te mit der kon­tralate­ra­len Sei­te, so wird deut­lich, dass aus­schließ­lich im Fer­sen- und im MTP-V-Bereich höhe­re Bie­ge­mo­men­te an der Pro­the­sen­sei­te gemes­sen wer­den (Abb. 5a u. c). Die Momen­te im Bereich der Zehen­end­ge­len­ke sind auf der gesun­den Sei­te deut­lich höher (Abb. 5d u. e). Im Bereich des MTP I ist es abhän­gig vom Pro­the­sen­fuß, wie hoch die auf­tre­ten­den Momen­te im Ver­hält­nis zur kon­tralate­ra­len Sei­te sind (Abb. 5b).

Ver­gleicht man die Momen­ten­ver­läu­fe der bei­den Sei­ten mit­ein­an­der, so fal­len vor allem an der media­len Fuß­hälf­te deut­li­che Unter­schie­de im cha­rak­te­ris­ti­schen Ver­lauf auf (MTP I, D I). An die­sen bei­den Mess­stel­len fal­len auch die Unter­schie­de zwi­schen den unter­such­ten Pro­the­sen­fü­ßen am größ­ten aus. Am MTP I (Abb. 5b) auf der gesun­den Sei­te fällt das Dor­salex­ten­si­ons­mo­ment ab ca. 10 % des GZ in Rich­tung einer Plan­t­ar­fle­xi­on ab und ändert erst bei ca. 55 % des GZ wie­der sei­ne Belas­tungs­rich­tung im Sin­ne einer Dor­salex­ten­si­on. Nach dem Maxi­mum bei ca. 65 % fällt das Moment wie­der ab, um von 80 bis 100 % GZ ein gleich­blei­ben­des Niveau zu hal­ten. Auf der ver­sorg­ten Sei­te hin­ge­gen muss man zwi­schen den Pro­the­sen­fü­ßen unter­schei­den. Das Moment unter dem Quan­tum besitzt ein ca. 3‑mal höhe­res Maxi­mum als der Momen­ten­ver­lauf des Tri­as. Zudem tritt es bei 65 % ein, etwas spä­ter als beim Tri­as (57 %). Der grund­sätz­li­che Unter­schied gebe­las­tung. im Momen­ten­ver­lauf des Tri­as besteht dar­in, dass kei­ne Plan­t­ar­fle­xi­ons­be­las­tung auftritt.

An D I (Abb. 5d) fin­det auf der unver­sorg­ten Sei­te kurz nach Beginn der Stand­pha­se ein ste­ti­ger Anstieg mit einem hohen Maxi­mum von über 150 Nmm bei ca. 70 % des GZ statt. Anschlie­ßend fällt das Moment in kur­zer Zeit nahe­zu in die Aus­gangs­la­ge zurück.

Auf der ver­sorg­ten Sei­te zei­gen sich vie­le nahe­zu kon­stant in der Aus­gangs­la­ge ver­lau­fen­de Abschnit­te im GZ. Die Bie­ge­mo­men­te der Pro­the­sen­fü­ße zei­gen ledig­lich im Bereich von 50 bis 80 % Momen­ten­än­de­run­gen. Dabei weist der Ver­lauf des Quan­tum ein fla­ches Maxi­mum bei ca. 70 % des GZ auf. Im gesam­ten GZ ist kaum eine Plan­t­ar­fle­xi­on vor­han­den. Das Bie­ge­mo­ment unter dem Tri­as hin­ge­gen beginnt sei­ne Ände­rung von der Aus­gangs­la­ge bei 50 % des GZ. Hier fin­det ein Belas­tungs­wech­sel von Plan­t­ar­fle­xi­on zur Dor­salex­ten­si­on statt, der bei 70 % des GZ been­det ist.

Die Bie­ge­mo­ment­ver­läu­fe der kon­tralate­ra­len Sei­te ver­lau­fen unab­hän­gig von dem auf der ande­ren Sei­te getra­ge­nen Pro­the­sen­fuß in bei­den Mes­sun­gen sehr ähn­lich. Glei­ches gilt für die Tor­si­ons­mo­men­ten­ver­läu­fe (nicht dar­ge­stellt). Auch die größ­ten Unter­schie­de zwi­schen den bei­den Pro­the­sen­fü­ßen zei­gen sich für die Tor­si­ons­be­las­tung an den media­len Messstellen.

Neben dem cha­rak­te­ris­ti­schen Ver­lauf für die Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­te wur­den auch ein­zel­ne Para­me­ter unter­sucht, die aus den Ver­läu­fen ent­nom­men wer­den kön­nen. Abbil­dung 6 zeigt die Ran­ge, also die Sum­me der Beträ­ge von dor­sa­lem und plan­tarem Maxi­mum. Dar­ge­stellt sind sowohl Maxi­mum, Mini­mum und arith­me­ti­scher Mit­tel­wert als auch Medi­an der Ran­ge, zusam­men­ge­fasst für alle Pro­ban­den, gemit­telt über bei­de Messungen.

Betrach­tet man die mini­mal und maxi­mal auf­tre­ten­de Ran­ge, so wird sowohl für die Pro­the­sen­sei­te als auch für die kon­tralate­ra­le Sei­te deut­lich, dass die Ran­ge zwi­schen den Pro­ban­den an der­sel­ben Mess­stel­le unter­schied­lich aus­fällt. So liegt z. B. auf der Pro­the­sen­sei­te an der Fer­se die größ­te Ran­ge bei ca. 462 Nmm, die gerings­te bei 33 Nmm. Auf bei­den Sei­ten lie­gen Maxi­mum und Mini­mum der Ran­ge einer Mess­stel­le um min­des­tens 136 Nmm aus­ein­an­der, und zwar bis zu einem maxi­ma­len Abstand von 429 Nmm. Beim Ver­gleich der unver­sorg­ten und der ver­sorg­ten Sei­te zeigt sich, dass sowohl die maxi­ma­le Ran­ge als auch Medi­an und Mit­tel­wert im Fer­sen- und MTP-V-Bereich auf der Pro­the­sen­sei­te grö­ßer sind als auf der gesun­den Sei­te. An den ande­ren Mess­stel­len hat die unver­sorg­te Sei­te die ver­hält­nis­mä­ßig grö­ße­re Range.

Dis­kus­si­on

Die Mess­kur­ven des Pro­ban­den (ID 3002) zei­gen, dass unab­hän­gig vom Pro­the­sen­fuß die Bie­ge­mo­men­te auf der unver­sorg­ten Sei­te sehr ähn­lich sind. Auch bei den übri­gen Pro­ban­den war dies der Fall. Nur ein­zel­ne Mes­sun­gen erga­ben leich­te Unter­schie­de im zeit­li­chen Ver­lauf und in der Ran­ge. Die meist gleich ver­lau­fen­den Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­te zei­gen, dass das Belas­tungs­mus­ter des gesun­den Fußes kaum oder gar nicht von dem auf der gegen­über­lie­gen­den Sei­te getra­ge­nen Pro­the­sen­fuß beein­flusst wird.

Die Bie­ge­mo­men­te der unter­schied­li­chen Pro­the­sen­fü­ße wei­sen pro Pro­band grö­ße­re Unter­schie­de als die Momen­te auf der unver­sorg­ten Sei­te auf. Beim auf­ge­führ­ten Bei­spiel sind die deut­lichs­ten Unter­schie­de an den Mess­stel­len MTP I und D I zu sehen. Ins­ge­samt bedeu­tet dies, dass das Tra­gen ver­schie­de­ner Füße auf der Pro­the­sen­sei­te Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­te her­vor­ruft, die sich im Ver­gleich zur kon­tralate­ra­len Sei­te, aber auch unter­ein­an­der unter­schei­den. Da nicht nur die maxi­ma­le Aus­prä­gung, son­dern im media­len Vor­fuß­be­reich auch der cha­rak­te­ris­ti­sche Ver­lauf ver­schie­den ist, lie­gen hier ver­schie­de­ne Bewe­gungs­mus­ter vor.

Wur­den die glei­chen Fuß­mo­del­le von unter­schied­li­chen Pro­ban­den getra­gen, sind die Ergeb­nis­se teil­wei­se dif­fus. Mehr­fach zei­gen sich aber bei glei­chen Füßen glei­che Cha­rak­te­ris­ti­ka im Ver­lauf. Dabei kann die Höhe der Belas­tung vari­ie­ren. Wie stark die Höhe der Belas­tung grund­sätz­lich zwi­schen den ein­zel­nen Pro­ban­den vari­iert, unab­hän­gig von kon­tralate­ra­ler Sei­te oder Pro­the­sen­sei­te, kann anhand der Ran­ge ver­deut­licht wer­den. Es kann auf­grund der durch­ge­führ­ten Stu­die noch nicht ein­deu­tig fest­ge­stellt wer­den, ob die auf­ge­tre­te­nen Unter­schie­de zwi­schen den Mes­sun­gen pro­ban­den- oder fuß­spe­zi­fisch sind. Hier­für müs­sen von jeweils den­sel­ben Fuß­mo­del­len mehr Mes­sun­gen an ver­schie­de­nen Pro­ban­den vor­han­den sein.

Stu­die: Mes­sung von Bie­ge­mo­men­ten am Fuß in Vor­fuß­ent­las­tungs­schu­hen und Walkern

Im Rah­men die­ser Mess­rei­he wur­den ver­schie­de­ne ortho­pä­di­sche Schuh­ver­sor­gun­gen mit einem Pro­to­typ der „vebi­to­SCI­ENCE“ unter­sucht. Hier­bei wur­den die Bie­ge­mo­men­te ana­ly­siert, die beim Gehen in Vor­fuß­ent­las­tungs­schu­hen und Wal­kern am Fuß auf­tra­ten. Vor­fuß­ent­las­tungs­schu­he und Wal­ker wer­den übli­cher­wei­se ein­ge­setzt, wenn die auf den Fuß ein­wir­ken­den Belas­tun­gen redu­ziert wer­den sol­len 45. Tra­di­tio­nell wur­de bis­her mit Druck­mess­soh­len der ent­las­ten­de Effekt die­ser Schuh­ver­sor­gun­gen ana­ly­siert 67. Da der Fuß jedoch auch für ande­re Belas­tun­gen sen­si­bel ist, wur­den erst­mals die Bie­ge­mo­men­te beim Tra­gen von Vor­fuß­ent­las­tungs­schu­hen und Wal­kern unter­sucht. Hier­bei wur­den die auf­tre­ten­den Bie­ge­mo­men­te am Fuß in den ver­schie­de­nen Test­schu­hen ver­glei­chend betrach­tet; exem­pla­risch sol­len an die­ser Stel­le die Ergeb­nis­se der Mess­stel­len Fer­se, MTP I sowie D I vor­ge­stellt werden.

An der Stu­die nah­men 22 fuß­ge­sun­de Pro­ban­den (9 weib­lich, Alter 30,5 ± 9,8 Jah­re) teil. Die Mes­sun­gen wur­den mit fünf unter­schied­li­chen Schu­hen durch­ge­führt: zwei Vor­fuß­ent­las­tungs­schu­he (Dar­co Ortho Wedge Light, Fior & Gentz Han­no­ver), zwei Wal­ker (DJO Air­cast® Air­Se­lectTM Short, Otto Bock Mal­leo Immo­bil Air Wal­ker low) und ein Adi­das Sam­ba als Neu­tral­be­din­gung. Die Test­schu­he wur­den am rech­ten Fuß getra­gen; die kon­tralate­ra­le Sei­te wur­de mit dem Neu­tral­schuh und einem zusätz­li­chen Höhen­aus­gleich ver­sorgt. Die Pro­ban­den wur­den auf­ge­for­dert, eine Geh­stre­cke von 40 m in einer selbst­ge­wähl­ten Geschwin­dig­keit zurück­zu­le­gen. Licht­schran­ken wur­den ein­ge­setzt, um die Gang­ge­schwin­dig­keit der Durch­läu­fe annä­hernd kon­stant zu hal­ten; eine zeit­li­che Abwei­chung von ± 10 % wur­de tole­riert. Das maxi­ma­le Dor­salex­ten­si­ons­mo­ment wur­de aus­ge­wählt, um die Bie­ge­be­las­tung an den Mess­stel­len Fer­se, MTP I und D I zu betrach­ten. Abbil­dung 7 ver­deut­licht exem­pla­risch den Ver­lauf der Bie­ge­mo­men­te an MTP I.

Nach einer fünf­mi­nü­ti­gen Ein­ge­wöh­nungs­zeit wur­den 30 Dop­pel­schrit­te pro Test­schuh auf­ge­zeich­net; die Mess­fre­quenz betrug hier­bei 125 Hz. Der Mit­tel­wert aus den 30 Schrit­ten wur­de anschlie­ßend aus­ge­ge­ben. Eine ein­fak­to­ri­el­le ANOVA mit Mess­wie­der­ho­lung wur­de abschlie­ßend zur sta­tis­ti­schen Aus­wer­tung genutzt (Signi­fi­kanz­ni­veau < 0,05).

In den Ergeb­nis­sen zei­gen sich an der Fer­se kei­ne signi­fi­kan­ten Unter­schie­de zwi­schen den Schu­hen (Abb. 8). An MTP I und D I ergibt sich eine signi­fi­kan­te Reduk­ti­on des maxi­ma­len Dor­salex­ten­si­ons­mo­ments aller Test­schu­he im Ver­gleich zur Neu­tral­be­din­gung. An MTP I zei­gen alle Wer­te signi­fi­kan­te Unter­schie­de; nur der Unter­schied zwi­schen Fior & Gentz und Otto Bock ist nicht signi­fi­kant. Der Neu­tral­schuh weist hier den höchs­ten Wert auf (267 Nmm ± 11 Nmm), den gerings­ten der Dar­co (23 Nmm ± 7 Nmm). An D I zeigt eben­falls der Adi­das den höchs­ten Wert (221 Nmm ± 17 Nmm), wohin­ge­gen der Fior & Gentz mit 23 Nmm ± 6 Nmm den gerings­ten Wert besitzt. Zwi­schen Dar­co und Fior & Gentz sowie zwi­schen Otto Bock und DJO besteht kein signi­fi­kan­ter Unter­schied, alle ande­ren Kom­bi­na­tio­nen wei­sen signi­fi­kan­te Unter­schie­de auf. Zusam­men­ge­fasst redu­zie­ren alle Test­schu­he die Bie­ge­mo­men­te an MTP I und D I im Ver­gleich zum Adidas.

Die Redu­zie­rung der Bie­ge­mo­men­te an MTP I und D I lässt sich durch eine ver­rin­ger­te Abroll­be­we­gung des Fußes erklä­ren. Der weni­ger aus­ge­präg­te Abroll­vor­gang redu­ziert die Bie­ge­be­las­tung am Vor­fuß. Der ent­las­ten­de Effekt lässt sich bei den Wal­kern auf die Kom­bi­na­ti­on von stei­fer Soh­le mit Soh­len­rol­le und einer sehr strik­ten Fixie­rung des obe­ren Sprung­ge­len­kes im Wal­ker zurück­füh­ren. Die Vor­fuß­ent­las­tungs­schu­he wei­sen einen deut­li­chen Nega­tiv­ab­satz auf, sodass die Abroll­be­we­gung den Vor­fuß kaum erreicht. Spe­zi­ell bei den Vor­fuß­ent­las­tungs­schu­hen ist die Belas­tung an den Zehen redu­ziert. Für ein über das hier Gezeig­te hin­aus­ge­hen­de Gesamt­bild müs­sen wei­te­re Mess­pa­ra­me­ter ergän­zend betrach­tet und die Betrach­tung auf die Mess­stel­len MTP V und D V aus­ge­wei­tet wer­den. Zusam­men­ge­fasst kann für den hier dar­ge­stell­ten Para­me­ter fest­ge­stellt wer­den, dass alle Test­schu­he eine Vor­fuß­ent­las­tung im Ver­gleich zur Neu­tral­be­din­gung errei­chen können.

Anwen­dungs­bei­spiel Arbeitssicherheit

(Teil­stu­die)

Die Arbeits­si­cher­heit ist für Arbeit­neh­mer und Arbeit­ge­ber ein weit­rei­chen­des The­men­ge­biet. Ein Teil­be­reich ist hier­bei die Ver­mei­dung von Über­las­tun­gen durch zu schwe­res oder zu häu­fi­ges Tra­gen von Las­ten. Um zu ermit­teln, ob anhand der Beur­tei­lung der Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­te am Fuß eine Aus­sa­ge dar­über getrof­fen wer­den kann, ob und wie viel Last getra­gen wird, wur­den 8 Pro­ban­den (3 w, 32 ± 6 Jah­re, BMI 23 ± 3 kg/m2) in einem Neu­tral­schuh (Adi­das Sam­ba) ver­mes­sen. Von jedem Pro­ban­den wur­den beim Gehen auf frei­er Stre­cke min­des­tens 5 Dop­pel­schrit­te auf­ge­nom­men. Die Pro­ban­den gin­gen dabei ein­mal ohne zusätz­li­ches Gewicht und jeweils ein­mal mit Zusatz­ge­wich­ten von 3 kg, 8 kg und 11 kg. Die Las­ten wur­den dabei nahe am Kör­per vor der Brust getra­gen, der Rücken war gestreckt. Aus­ge­wer­tet wur­de jeweils nur der lin­ke Fuß. Abbil­dung 9 stellt das maxi­ma­le Dor­salex­ten­si­ons­mo­ment gemit­telt über die Pro­ban­den dar. Hier­bei ist erkenn­bar, dass das maxi­ma­le Dor­salex­ten­si­ons­mo­ment an der Fer­se mit stei­gen­dem Gewicht ansteigt. Bringt man das maxi­ma­le Dor­salex­ten­si­ons­mo­ment unter der Fer­se in direk­ten Zusam­men­hang mit den getra­ge­nen Gewich­ten, so ist ein linea­rer Zusam­men­hang erkenn­bar (s. Abb. 9). Auf wei­te­re sta­tis­ti­sche Aus­wer­tun­gen wird auf­grund des gerin­gen Stich­pro­ben­um­fangs ver­zich­tet. Erst eine Erwei­te­rung der Pro­ban­den­an­zahl ermög­licht die Unter­su­chung der Ergeb­nis­se auf signi­fi­kan­te Unterschiede.

Anwen­dungs­bei­spiel Einlagenversorgung

(Pilot­stu­die)

Ein­la­gen sol­len kor­ri­gie­ren, stüt­zen, bet­ten und/oder sti­mu­lie­ren 8. Die Über­prü­fung ihrer Funk­tio­nen ist bis­her nur teil­wei­se mög­lich. Bet­ten­de Eigen­schaf­ten kön­nen zum Bei­spiel mit plan­t­arer Druck­mes­sung (Innen­schuh­mes­sung) unter­sucht wer­den. Für die Beur­tei­lung des Ein­flus­ses von Ein­la­gen auf das Bewe­gungs­mus­ter des Fußes hin­ge­gen sind u. a. die auf den Fuß wir­ken­den Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tun­gen aus­schlag­ge­bend. Um Effek­te eines moder­nen Ein­la­gen­kon­zep­tes zur geziel­ten Sti­mu­la­ti­on des neu­ro­mus­ku­lä­ren Sys­tems auf die Belas­tung des Fußes bei Hal­lux-val­gus-Pati­en­ten zu unter­su­chen, wur­de eine ers­te Pilot­stu­die gestartet.

Hier­bei wur­den zwei Pro­ban­den (w, 35 Jah­re, BMI: 24 kg/m2 und m, 36 Jah­re, BMI: 25 kg/m2) mit beid­sei­ti­gem (#VP1) bzw. ein­sei­ti­gem (#VP2) Hal­lux val­gus beim Gehen auf frei­er Stre­cke mit einer selbst­ge­wähl­ten Geschwin­dig­keit ver­mes­sen. Aus­ge­wer­tet wur­den jeweils min­des­tens acht Dop­pel­schrit­te des lin­ken (betrof­fe­nen) Fußes. Die Pro­ban­den tru­gen ihre eige­nen Schu­he und wur­den jeweils ein­mal mit und ein­mal ohne Ver­sor­gung unter­sucht. Das Mess­sys­tem „vebi­to­SCI­ENCE“ wur­de hier­bei unter der Ein­la­gen­ver­sor­gung getra­gen. Die Abbil­dun­gen 10 und 11 stel­len die gemit­tel­ten Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­te über den Schritt­zy­klus an MTP I und D I dar. Zunächst wird deut­lich, dass bei­de Pro­ban­den unter bei­den Bedin­gun­gen stark unter­schied­li­che Aus­prä­gun­gen und Ver­läu­fe der Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­te auf­wei­sen. Bei Betrach­tung der Kur­ven­ver­läu­fe mit Ver­sor­gung wird deut­lich, dass die Ver­sor­gung bei #VP1 zu stär­ke­ren Ver­än­de­run­gen als bei #VP2 führt. Betrach­tet man die Tor­si­on an MTP I und D I, so führt die Ver­sor­gung dazu, dass sich die Ver­läu­fe zwi­schen den bei­den Pro­ban­den annä­hern. Dies deu­tet dar­auf hin, dass die Ver­sor­gung den Bewe­gungs­ab­lauf und somit die Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tung des Fußes ver­än­dert. Um eine wis­sen­schaft­li­che Aus­sa­ge über die Funk­tio­na­li­tät der hier dar­ge­stell­ten Ein­la­gen zu tref­fen, ist eine grö­ße­re Pro­ban­den­an­zahl not­wen­dig, aller­dings lässt sich zei­gen, dass Ein­la­gen grund­sätz­lich Ände­run­gen der Bie­ge- und Tor­si­ons­be­las­tun­gen erzie­len können.

Fazit

Die Viel­falt der Indi­ka­tio­nen und der dar­aus abge­lei­te­ten Ver­sor­gungs­zie­le in Ortho­pä­die-Tech­nik, Ortho­pä­die-Schuh­tech­nik und im Arbeits­schutz adres­sie­ren wie beschrie­ben unter­schied­lichs­te Belas­tungs­ar­ten am Fuß. Die Ermitt­lung von Bie­ge- und Tor­si­ons­mo­men­ten stellt dabei einen wei­te­ren Aspekt in der Ver­sor­gung und Bewe­gungs­ana­ly­se dar und kann bei einer ganz­heit­li­che­ren Betrach­tung unter­stüt­zen. Der Ein­satz­be­reich die­ser Belas­tungs­mes­sung ist dabei, wie beschrie­ben, sehr vielfältig.

Für die Autoren:
Nora Gra­bow­ski, M. Sc.
vebi­to­so­lu­ti­on GmbH
Am Cam­pus 2
48565 Stein­furt
post@vebitosolution.com

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
Dawin N, Alten­hö­fer M, Wies­mann D, Dirk­sen N, Stief T, Pei­ken­kamp K. Inno­va­ti­ves Mess­sys­tem zeigt neue Belas­tungs­per­spek­ti­ven in Pro­the­tik, Orthe­tik und Ein­la­gen­ver­sor­gung. Ortho­pä­die Tech­nik, 2016; 67 (11): 24–32
IDPro­the­sen­sei­teFuß­mo­dellGeschl.Alter [Jah­re]Grö­ße [m]Gewicht [kg]
3000linksÖssur Re-Flexm461,8872
Össur Vari-Flex XC
3001rechtsOtto Bock Triasw721,6768
Ortho Reha Neu­hof Quantum
3002rechtsOtto Bock Triasw731,6470
Ortho Reha Neu­hof Quantum
3003linksÖssur Vari-Flex low profilew511,6380
Össur Talux
3004linksOtto Bock 1D10m631,8885
Össur Talux
3005linksÖssur Balan­cew571,5046
Ortho Reha Neu­hof Quantum
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