Knie­orthe­sen-Modul­sys­tem zur Ver­bes­se­rung der indi­vi­du­el­len Pass­ge­nau­ig­keit bei unter­schied­li­chen Schen­kel­um­fän­gen — Modul­sys­tem gewähr­leis­tet indi­vi­du­el­le Pass­ge­nau­ig­keit auch bei unter­schied­lichs­ten Schenkelumfängen

M. Sauerhoff, M. Neumann, B. Bender
Ein in genereller normativer Zusammenhang zwischen Ober- und Unterschenkelumfängen existiert nur bedingt – dies belegt eine Studie der Ruhr-Universität Bochum (RUB). Standard-Hartrahmenorthesen, die einen solchen normativen Zusammenhang voraussetzen, weisen aus diesem Grund für eine Vielzahl von Patienten nur eine eingeschränkte Passgenauigkeit auf – mit negativen Auswirkungen auf die biomechanische Wirksamkeit der Orthese. Ein Modulorthesen-System kann durch individuell kombinierbare, unterschiedlich große Ober- und Unterschenkelspangen, die über Verbindungselemente mit in der Höhe variablen Gelenkschienen montiert werden, diese Problematik lösen. Zusätzlich gestattet der modulare Aufbau die Realisierung einer Mobilisierungsfunktion über mehrere Therapiestufen, die eine schonende Rehabilitation nach schweren Knieverletzungen verspricht.

Ein­lei­tung

Die bio­me­cha­ni­sche Wirk­sam­keit von Knie­orthe­sen ist pri­mär von der Kraft- bzw. Momen­ten­über­tra­gung zwi­schen Orthe­se und Weich­teil­ge­we­be sowie der Kon­gru­enz zwi­schen der phy­sio­lo­gi­schen Knie­ki­ne­ma­tik und der Orthe­sen­ki­ne­ma­tik abhän­gig 1. Stu­di­en bele­gen, dass selbst gerin­ge Inkon­gru­en­zen über den Bewe­gungs­ver­lauf erheb­li­che Zwangs­kräf­te ins Knie ein­brin­gen, die zu einer zusätz­li­chen Belas­tung der Knie­struk­tu­ren füh­ren und neben star­ken Schmer­zen sogar blei­ben­de Schä­den ver­ur­sa­chen kön­nen 2 3 4. Dabei wer­den die Zwangs­kräf­te in grö­ße­rem Maße durch eine fal­sche Posi­tio­nie­rung des Orthe­sen­ge­lenks am Knie her­vor­ge­ru­fen als durch die Gelenk­ki­ne­ma­tik selbst 5, wel­che die phy­sio­lo­gi­sche Knie­ki­ne­ma­tik durch den Ein­satz poly­zen­tri­scher Gelen­ke ledig­lich annä­hert. Eine unzu­rei­chen­de Pass­ge­nau­ig­keit der Orthe­sen­span­gen bewirkt dage­gen eine schlech­te Kraft- bzw. Momen­ten­über­tra­gung zwi­schen Orthe­se und Bein und ver­rin­gert dadurch die inten­dier­te Stütz­wir­kung der Orthe­se. Die man­gel­haf­te Pass­ge­nau­ig­keit ruft in der Fol­ge eine Migra­ti­on der Orthe­se her­vor, die durch ihr Eigen­ge­wicht in Ver­bin­dung mit der koni­schen Form des Ober­schen­kels zusätz­lich begüns­tigt wird 6. Dadurch wird die Inkon­gru­enz der Gelenk­ach­sen noch ein­mal ver­stärkt. In der Kon­se­quenz kor­re­liert die bio­me­cha­ni­sche Wirk­sam­keit von Knie­orthe­sen in direk­ter Wei­se mit der kor­rek­ten, pati­en­ten­in­di­vi­du­el­len Pass­form der Orthese.

Stan­dard-Hart­rah­men­orthe­sen, die in vor­kon­fek­tio­nier­ter Form in ver­schie­de­nen Grö­ßen­ab­stu­fun­gen ange­bo­ten wer­den, gehen von einem nor­ma­ti­ven Grö­ßen­ver­hält­nis zwi­schen Ober- und Unter­schen­kel­um­fang aus. Die­se Annah­me min­dert aber nicht nur die Form­schlüs­sig­keit zwi­schen Orthe­se und Schen­kel, son­dern führt bei Abwei­chun­gen vom nor­ma­ti­ven Zusam­men­hang gleich­zei­tig zur Inkon­gru­enz der Gelenk­ach­sen, die es zu ver­mei­den gilt (Abb. 1). In einer Unter­su­chung der Ruhr-Uni­ver­si­tät Bochum (RUB) wur­de aus die­sem Grund das nor­ma­ti­ve Ver­hält­nis zwi­schen Unter- und Ober­schen­kel­um­fän­gen ana­ly­siert. Zur Fest­stel­lung des Grö­ßen­ver­hält­nis­ses wur­de eine Stu­die mit 155 Pati­en­ten (69 männ­lich, 86 weib­lich) im Alter zwi­schen 19 und 62 Jah­ren durch­ge­führt. Gemes­sen wur­den Unter- und Ober­schen­kel­um­fän­ge an den Posi­tio­nen, an denen die Orthe­sen­span­gen die Schen­kel umschlie­ßen (Abb. 2). Das Ver­hält­nis von Unter­schen­kel- zu Ober­schen­kel­um­fang lag im Mit­tel bei 66,8 % (Stan­dard­ab­wei­chung ± 7,7 %). Die größ­te Dif­fe­renz zwi­schen den Schen­kel­um­fän­gen zeig­te sich bei einem Ver­hält­nis von 41,5 %, die gerings­te Dif­fe­renz bei einem Ver­hält­nis von 94 %. Damit belegt die Stu­die, dass ein nor­ma­ti­ver Zusam­men­hang zwar grund­sätz­lich gege­ben ist, die­ser mit einem Kor­re­la­ti­ons­ko­ef­fi­zi­en­ten von 0,69 jedoch ver­hält­nis­mä­ßig gering ist. Die­se Erkennt­nis lässt die Schluss­fol­ge­rung zu, dass die Ver­sor­gung von Knie­ge­lenks­ver­let­zun­gen mit Stan­dard­orthe­sen aus bio­me­cha­ni­scher Sicht für eine Viel­zahl von Pati­en­ten unzu­rei­chend oder zumin­dest unbe­frie­di­gend gelöst ist. Die Stu­die ver­deut­licht den Bedarf für ein neu­es Ver­sor­gungs­kon­zept, das eine indi­vi­du­el­le Maß­ver­sor­gung zu wirt­schaft­lich trag­fä­hi­gen Kon­di­tio­nen erlaubt.

Indi­vi­du­el­le Maß­ver­sor­gung durch Knieorthesen-Modulsystem-Baukasten

Vor­ge­schla­gen wird ein Modul­orthe­sen-Bau­kas­ten, der eine pati­en­ten­in­di­vi­du­el­le Kon­fi­gu­ra­ti­on der Orthe­se auf der Grund­la­ge stan­dar­di­sier­ter Modu­le zulässt. Das Kon­zept sieht zu die­sem Zweck eine Tei­lung der Orthe­se in eine obe­re und unte­re Rah­mens­pan­ge, eine lin­ke und rech­te Gelenk­schie­ne sowie Ver­bin­dungs­ele­men­te zur Kopp­lung von Gelenk­schie­nen und Rah­mens­pan­gen vor. Die Rah­mens­pan­gen wer­den in ver­schie­de­nen Grö­ßen ange­bo­ten, sodass sie unab­hän­gig von einem nor­ma­ti­ven Grö­ßen­zu­sam­men­hang zwi­schen Unter- und Ober­schen­kel frei kom­bi­niert wer­den kön­nen. Unter­schied­lich vor­ge­form­te Schie­nen ermög­li­chen zum einen die freie Kom­bi­na­ti­on der Span­gen, ohne die Par­al­le­li­tät der Orthe­sen­ge­len­ke zu beein­träch­ti­gen, zum ande­ren die Anpas­sung der Orthe­se an die indi­vi­du­el­le Bein­kon­tur des Trä­gers. Auf die­se Wei­se las­sen sich etwa auch Varus-/ Val­gus-Fehl­stel­lun­gen indi­vi­du­ell ver­sor­gen. Durch Lang­lö­cher in den Ver­bin­dungs­en­den der Ober- und Unter­schen­kel­span­gen ist eine Anpas­sung der Span­gen­wei­te mög­lich, durch die das Orthe­sen­ge­lenk in der Sagit­tal­ebe­ne in Kon­gru­enz mit der Kom­pro­miss­dreh­ach­se des Knie­ge­lenks posi­tio­niert wer­den kann. In glei­cher Wei­se erlau­ben Lang­lö­cher in den Ver­bin­dungs­en­den der Schie­nen eine Höhen­ver­stel­lung, die eine Anpas­sung der Orthe­se an unter­schied­li­che Bein­län­gen gestat­tet. Mit Hil­fe einer Maß­ta­bel­le kann der Ortho­pä­die­tech­ni­ker die Orthe­se zur sofor­ti­gen mobi­len Ver­sor­gung selbst zusam­men­stel­len oder beim Her­stel­ler pass­ge­nau bestel­len. Abbil­dung 3 ver­an­schau­licht das pro­pa­gier­te Kon­zept des Modul­orthe­sen-Bau­kas­tens, wel­ches pro­to­ty­pisch im Rah­men eines For­schungs­pro­jekts umge­setzt wurde.

Scho­nen­de Reha­bi­li­ta­ti­on durch Mobilisierungsfunktion

Nach Been­di­gung der Behand­lung mit einer Hart­rah­men­orthe­se steigt das Risi­ko eines Rezi­divs deut­lich, sofern wäh­rend der phy­sio­the­ra­peu­ti­schen Mobi­li­sie­rung kei­ne dem The­ra­pie­ver­lauf ange­pass­te sich redu­zie­ren­de Stütz­ver­sor­gung erfolgt. Bis­her wird die Abschu­lung bei Stan­dard-Hart­rah­men­orthe­sen in der Regel durch zeit­re­du­zier­tes Tra­gen erreicht. Unbe­frie­di­gend erscheint dabei aus the­ra­peu­ti­scher Sicht, dass der Pati­ent stän­dig zwi­schen der höchst­mög­li­chen Fle­xi­on und Ruhig­stel­lung bzw. der höchst­mög­li­chen Belas­tung und Ent­las­tung wech­selt. Alter­na­tiv ste­hen Orthe­sen mit ver­min­der­ter Stütz­wir­kung zur Ver­fü­gung, die jedoch einen mehr­fa­chen Aus­tausch der Orthe­se im The­ra­pie­ver­lauf erfor­der­lich machen und hohe Kos­ten ver­ur­sa­chen. Hier bie­tet der modu­la­re Auf­bau der Orthe­se in Wei­ter­füh­rung des pro­pa­gier­ten Kon­zepts das Poten­zi­al, eine Mobi­li­sie­rung suk­zes­si­ve über meh­re­re Ver­sor­gungs­stu­fen zu bewirken:

  • Im Anschluss an die Ver­sor­gung mit der pass­ge­nau­en Hart­rah­men­orthe­se könn­te eine stu­fen­wei­se Abschu­lung z. B. in einer zwei­ten Ver­sor­gungs­stu­fe durch den Umbau der Hart­rah­men­orthe­se in eine Knie­füh­rungs­orthe­se mit 4‑Punkt-Prin­zip und Exten­si­ons-/Fle­xi­ons­be­gren­zung erreicht werden.
  • Hier­an anschlie­ßen lie­ße sich in einer drit­ten Ver­sor­gungs­stu­fe ein Umbau in eine Knie­füh­rungs­orthe­se als Kom­bi­na­ti­on aus einer Ban­da­ge mit seit­li­chen Gelenk­schie­nen, wobei die Gelenk­schie­nen in Abgren­zung zur Hart­rah­men­orthe­se nur noch durch unelas­ti­sche Zug­ele­men­te ver­bun­den sind.
  • In der vier­ten Ver­sor­gungs­stu­fe könn­te nach einer letz­ten Modul­re­duk­ti­on eine Kom­pres­si­ons­ban­da­ge mit Sili­kon­pe­lot­ten lang­fris­tig beim Pati­en­ten verbleiben.

Ver­gleich­ba­re Kon­zep­te für Wir­bel­säu­len­orthe­sen zei­gen, dass durch einen modu­la­ren Auf­bau der Orthe­se mit Mobi­li­sie­rungs­funk­ti­on sowohl eine signi­fi­kan­te Schmerz­re­duk­ti­on als auch eine Funk­ti­ons­ver­bes­se­rung erzielt wer­den kann 7. Das Prin­zip des suk­zes­si­ven Abschu­lens erscheint dabei auch für Knie­orthe­sen vor­teil­haft, da durch die redu­ziert sta­bi­li­sie­ren­den Orthe­sen das unmit­tel­ba­re Auf­tre­ten von Belas­tungs­spit­zen auf das ope­rier­te Kreuz­band bzw. die ver­mehr­te Trans­la­ti­on mit Schwer­be­las­tung nach Abnah­me der sta­bi­li­sie­ren­den Hart­rah­men­orthe­se ver­min­dert wer­den kann. Gera­de bei der schwe­ren Indi­ka­ti­on einer vor­de­ren Kreuz­band­ver­let­zung in Kom­bi­na­ti­on mit einer oder meh­re­ren wei­te­ren Band- oder Menis­kus­ver­let­zun­gen lässt eine stu­fen­wei­se Mobi­li­sie­rung eine scho­nen­de­re Rück­kehr zu einem gesun­den und sta­bi­len Knie­ge­lenk erwar­ten. Zudem bie­tet ein modu­la­res Orthe­sen­sys­tem die Mög­lich­keit, die Orthe­se erneut in einer der höhe­ren Stu­fen auf­zu­bau­en, um vor­über­ge­hend für eine höhe­re Sta­bi­li­sie­rung zu sor­gen. Dies kann etwa bei einer sport­be­ding­ten stark ver­mehr­ten Belas­tung des Gelenks sinn­voll sein, z. B. beim Ski­fah­ren. Eben­so ist die­ses Prin­zip für die Wie­der­ein­glie­de­rung in Beru­fe denk­bar, die eine hohe kör­per­li­che Belas­tung erfor­dern. Die Modu­la­ri­tät des Sys­tems gestat­tet dabei dem Pati­en­ten, die Adap­ti­on der Orthe­se an die Belas­tun­gen oder auch bei Auf­tre­ten von Beschwer­den nach einer Über­las­tung nach ent­spre­chen­der Ein­wei­sung durch den Ortho­pä­die­tech­ni­ker selbst­stän­dig vorzunehmen.

Fazit

Ein nor­ma­ti­ver Zusam­men­hang zwi­schen den Umfän­gen von Unter- und Ober­schen­kel ist zwar grund­sätz­lich gege­ben, jedoch nur schwach aus­ge­prägt. Stan­dard-Hart­rah­men­orthe­sen, die einen nor­ma­ti­ven Zusam­men­hang vor­aus­set­zen, wei­sen aus die­sem Grund für eine Viel­zahl von Pati­en­ten eine ledig­lich ein­ge­schränk­te Pass­ge­nau­ig­keit auf. Dadurch wird die bio­me­cha­ni­sche Wir­kung der Orthe­se ver­min­dert bzw. sogar kon­ter­ka­riert. Eine man­gel­haf­te Pass­ge­nau­ig­keit der Rah­mens­pan­gen resul­tiert in einer ver­min­der­ten Stütz­wir­kung der Orthe­se und begüns­tigt eine Migra­ti­on am Bein. Ein fal­scher Sitz bewirkt dage­gen eine Inkon­gru­enz der Ach­sen von Knie- und Orthe­sen­ge­lenk, in deren Fol­ge Zwangs­kräf­te ins Knie ein­ge­bracht wer­den, die zu einer zusätz­li­chen Belas­tung der Knie­struk­tu­ren füh­ren und neben Schmer­zen blei­ben­de Schä­den ver­ur­sa­chen kön­nen. Im Rah­men des Bei­trags wur­de daher ein neu­er Ver­sor­gungs­an­satz vor­ge­schla­gen, der auf einem modu­la­ren Orthe­sen­sys­tem auf­setzt. Die Modu­la­ri­tät des Sys­tems ver­spricht nicht nur eine indi­vi­du­el­le Maß­ver­sor­gung zu wirt­schaft­lich trag­fä­hi­gen Kon­di­tio­nen, son­dern erlaubt gleich­zei­tig eine the­ra­peu­tisch kor­rek­te Abschu­lung über meh­re­re Mobi­li­sie­rungs­stu­fen mit suk­zes­si­ver redu­zier­ter Stützwirkung.

Für die Autoren:
Mai­ke Sauer­hoff, M. Sc.
Wis­sen­schaft­li­che Mitarbeiterin
Lehr­stuhl für Produktentwicklung
Gebäu­de IC 1/165
Ruhr-Uni­ver­si­tät Bochum
44780 Bochum
sauerhoff@lpe.ruhr-uni-bochum.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zitation 
Sauer­hoff M, Neu­mann M, Ben­der B. Knie­orthe­sen-Modul­sys­tem zur Ver­bes­se­rung der indi­vi­du­el­len Pass­ge­nau­ig­keit bei unter­schied­li­chen Schen­kel­um­fän­gen. Ortho­pä­die Tech­nik, 2020; 71 (4): 48–51
  1. Hoch­mann D. Prüf- und Bewer­tungs­me­tho­den für Knie­orthe­sen. Ber­lin, Bos­ton: Wal­ter de Gruy­ter, 2012 (zugleich Dis­ser­ta­ti­on, TU Ber­lin, 2009)
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  3. Hacker SP. To brace or not to brace? Posi­ti­ve and nega­ti­ve effects of knee braces. Dis­ser­ta­ti­on, Uni­ver­si­tät Ulm, 2019. https://oparu.uni-ulm.de/xmlui/handle/123456789/16298 (Zugriff am 02.03.2020)
  4. Esra­fi­li­an A, Kari­mi MT, Eshraghi A. Design and eva­lua­ti­on of a new type of knee ortho­sis to align the medi­o­la­te­ral ang­le of the knee joint with osteo­ar­thri­tis. Advan­ces in Ortho­pe­dics, 2012: 104927. doi: 10.1155/2012/104927. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3345217/pdf/AOP2012-104927.pdf (Zugriff am 02.03.2020)
  5. Brown­stein B. Migra­ti­on and Design Cha­rac­te­ris­tics of Func­tio­n­al Knee Braces. Jour­nal of Sport Reha­bi­li­ta­ti­on, 1998; 7 (1): 33–43
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  7. Schott C. Signi­fi­kan­te Schmerz­re­duk­ti­on bei simul­ta­ner Funk­ti­ons­ver­bes­se­rung durch modu­la­re Orthe­sen. Ortho­pä­die Tech­nik, 2014; 65 (1): 44–50
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