Einleitung
Das obere Sprunggelenk (OSG) leistet einen essentiellen Beitrag zur Regulation des Stehens und Gehens. Bei einem Ausfall der auf das obere Sprunggelenk einwirkenden Muskulatur kommt es oft zu kompensatorischen Veränderungen des Gangbilds wie beispielsweise “Storchengang” bzw. “Steppergang” (abnormal hoch gehobenes Bein und initialer Bodenkontakt mit der Fußspitze) oder “Kauergang” (Gehen mit flektiertem Sprung‑, Knie- und Hüftgelenk). Eine andere typische Kompensation ist das Gehen mit hyperextendiertem Kniegelenk. Das Stehen auf geneigtem Untergrund bedeutet ebenfalls eine besondere Herausforderung für den Patienten, da sich das betroffene obere Sprunggelenk nicht muskulär an die Schräge anpassen kann. Diese Veränderungen sowohl des Gangbilds als auch des Stands führen zu erhöhten Belastungen des Bewegungsapparates; die Betroffenen empfinden häufig eine erhöhte Unsicherheit sowie Gelenk- und Muskelschmerzen. Die veränderten Bewegungsmuster führen zu einem erhöhten Energieverbrauch; die erreichbare Gehstrecke verkürzt sich. Eine orthetische Versorgung des OSG ist daher unabdingbar; dadurch kann die Kniegelenkbelastung positiv beeinflusst werden 1.
Sind ausschließlich die prätibialen Muskeln betroffen, kommen für die Versorgung zahlreiche Orthesenkonzepte in Frage. Das Spektrum reicht von Bandagen mit Zügeln über zirkulär umfassende Silikonorthesen und dynamische Konstruktionen aus Kohlefaser bis zu individuellen AFOs mit Knöchelgelenken und Fußhebefedern. In den meisten Fällen ist hier die Versorgung mit vorkonfektionierten Orthesen – wie in Ganganalysestudien nachgewiesen – adäquat 2. Je mehr Muskelgruppen jedoch betroffen sind, desto komplexer wird die Versorgung und desto wichtiger ist eine individuelle Orthesengestaltung. Die Hauptindikation des in diesem Beitrag vorgestellten Knöchelgelenkes “Nexgear Tango” (Otto Bock) stellen insuffiziente Plantarflexoren dar.
Möglichkeiten und Grenzen der orthetischen Versorgung insuffizienter Plantarflexoren
Die oben beschriebenen Auswirkungen insuffizienter Muskelfunktionen des OSG können beim ebenen Gehen z. B. mit gelenklosen dynamischen Kohlefaser-Orthesen relativ gut kompensiert werden 3. Insbesondere beim Bergaufgehen und beim Treppabgehen stoßen diese Konstruktionen jedoch an ihre Grenzen, da sich das obere Sprunggelenk des Patienten aufgrund der Orthesenkonstruktion nicht wie erforderlich an die entsprechende Untergrundneigung anpassen kann. Die Bewältigung solcher Situationen stellt sich somit entsprechend beschwerlich dar.
Aus diesem Grund ist für Patienten mit insuffizienter Wadenmuskulatur, die über eine entsprechende OSG-Beweglichkeit verfügen und die im Alltag häufig Situationen mit wechselnden Untergründen zu bewältigen haben, die Versorgung mit einer im Knöchelgelenk beweglichen Unterschenkelorthese vorteilhaft. Im Folgenden wird ein Orthesenknöchelgelenk mit vergrößerter Bewegungsamplitude und einstellbaren Widerständen für die Plantarflexion und Dorsalextension vorgestellt. Abschließend werden die Vorteile des Systems mit Hilfe biomechanischer Parameter exemplarisch dargestellt.
Konstruktionsbeschreibung des Knöchelgelenkes
Das Knöchelgelenk “Nexgear Tango” (Abb. 1) besteht aus einem Grundkörper, der je nach Bedarf jeweils mit sogenannten “Reaction”-Modulen, Federmodulen oder Anschlagmodulen konfiguriert werden kann (Abb. 1a) Die Auswahl der Gelenkgröße richtet sich nach dem Körpergewicht. Dafür stehen 5 Gelenkgrößen zur Verfügung. Der Bewegungsumfang beträgt bis zu 20° Dorsalextension und 20° Plantarflexion. Die Module im Einzelnen:
- “Reaction”-Modul: Das “Reaction“Modul verfügt über sehr hohe Federkräfte, die individuell angepasst werden können. Dazu stehen starke (blau gekennzeichnete) und extra starke (gelb gekennzeichnete) Spiralfedern zur Verfügung. Die Federvorspannung kann über den Federteller individuell justiert werden (Abb. 1e).Mit dem Einsatz des vorderen “Reaction”-Moduls wird in der terminalen Standphase dynamisch das kniestreckende Moment und die Beschleunigung des Unterschenkels ermöglicht. Das hintere “Reaction“Modul ist für eine kontrollierte Plantarflexion zu Beginn der Standphase verantwortlich. Die Fußhebung während der Schwungphase kann damit sehr stark unterstützt werden.
- Feder-Modul: Das Feder-Modul (Abb. 1d) hat eine stufenlos einstellbare Druckfeder zur Unterstützung der Dorsalextension. Es kommt somit in der Regel ausschließlich posterior zur Verwendung. Es entspricht der Federstärke von traditionellen Fußhebefedern und ist immer dann sinnvoll, wenn bei entsprechender Insuffizienz der prätibialen Unterschenkelmuskulatur der Fuß in der Schwungphase in Neutralstellung gehalten werden soll und ein möglichst schneller ganzsohliger Fußkontakt in der Standphase wichtig ist.
- Anschlagmodul: Mit dem Modul für den einstellbaren Anschlag kann stufenlos der Dorsal- oder Plantaranschlag eingestellt werden (Abb. 1c). Ein Anwendungsbereich für das Anschlagmodul ist die postoperative Versorgung, z. B. nach Fußumstellungsoperationen. Damit lässt sich die Bewegung des oberen Sprunggelenkes über ein vorderes und hinteres Anschlagsmodul temporär einschränken. Entsprechend dem Heilungsverlauf können die Anschlagsmodule dann durch “Reaction-” oder Feder-Module ausgetauscht werden, ohne dass eine neue Orthesenanfertigung erforderlich wird. Dieses Vorgehen kann aber auch bei Patienten gewählt werden, für die zunächst eine relativ rigide Orthese mit Anschlagmodulen mehr Standsicherheit bedeutet, wie es beispielsweise bei zentralen Paresen mit eingeschränkter Tiefensensibilität der Fall sein kann. Die Orthesen werden dann entsprechend dem Therapiefortschritt mit den “Reaction”-Modulen oder mit Feder-Modulen aufgerüstet.
Orthesenaufbau
Der Aufbau ist entscheidend für die entsprechende Funktion der Orthese und verantwortlich für eine möglichst physiologische Belastung der Beingelenke 4. Beim Orthesen-Gelenk “Nexgear Tango” werden Statik und Dynamik getrennt voneinander bewertet und justiert. Über die Aufbaujustierung wird der individuelle OSG-Winkel festgelegt, von dem aus die Federspannung in der Realsituation wirkt. Diese Methode ermöglicht es, den maximalen Bewegungsspielraum des Orthesen-Knöchelgelenkes auszunutzen. Im Folgenden wird nun diese Vorgehensweise beschrieben.
Statische Anprobe
In der praktischen Anwendung werden die “Reaction”-Federn zunächst durch feste Kunststoff-Dummys ersetzt (Abb. 1e, links). Über den einstellbaren Anschlag erfolgt dann die Aufbaujustierung, wie sie auch bei konventionellen Doppelanschlag-Gelenken bekannt ist.
Hier hat sich ein Abstand der Belastungslinie (Vertikalkomponente der Bodenreaktionskraft), gemessen mit dem L.A.S.A.R. Posture oder dem 3D‑L.A.S.A.R., in einer Größenordnung von 15 mm zur Kompromissdrehachse des Kniegelenkes nach Nietert 5 bewährt (Abb. 2) 6 7 8.
Bei einem flektierten Kniegelenk wird die Statik im anterioren Modul in Plantarflexion (Abb. 2 oben) und bei einem Genu recurvatum im posterioren Modul die Dorsalextension (Abb. 2 unten) justiert. Mit dem einstellbaren Anschlag im jeweiligen gegenüberliegenden Modul wird schließlich der individuell ermittelte Winkel des oberen Sprunggelenkes fixiert.
Dynamische Anprobe
Nach der Montage der “Reaction”-Federn werden diese nun nur so weit vorgespannt, bis die soeben ermittelte statische Situation wieder erreicht ist. Erst dann erfolgt die dynamische Anprobe. Dabei ist die physiologische Kniegelenkbewegung eines der wesentlichen zu überprüfenden Kriterien, die nochmals mit weiterer Justierung der Federvorspannung optimiert werden kann. Sollte dabei ein größeres Nachjustieren der Federvorspannung erforderlich sein, ist es sinnvoll, die Vorgehensweise der statischen Justierung mit den Dummys erneut durchzuführen, um beispielsweise bei noch zu stark ausgeprägtem Kauergang die Plantarflexion zu verstärken. Diese Justierung kann wieder sehr kontrolliert auf dem L.A.S.A.R. Posture durchgeführt werden.
Das Orthesendesign bei einer Schwäche der Plantarflexoren sollte idealerweise mit einer ventralen Unterschenkelanlage gestaltet werden. Die ventrale Anlage bietet zum Ende der mittleren Standphase und zu Beginn der terminalen Standphase den Gegenhalt für die Federvorspannung, um dann schließlich die gewünschte Beschleunigung des Unterschenkels zu bewirken. Bei einem Genu recurvatum kann eine steife Ferse das kniebeugende Moment zusätzlich zur Federvorspannung verstärken (siehe Abb. 2).
Patientenbeispiel mit Vergleich unterschiedlicher Orthesenkonzepte
Stehen auf der Schräge
Für die Bewertung orthetischer Versorgungsoptionen ist es zunächst sinnvoll, die Anpassung des gesunden Bewegungsapparates an geneigte Untergründe zu analysieren. Abbildung 3 zeigt einen gesunden Probanden jeweils stehend auf einer um 10° abwärts geneigten Fläche, auf geradem Boden und auf einer um 10° aufwärts geneigten Fläche. Im dazugehörigen Balkendiagramm sind die einer Studie 9 entnommenen Mittelwerte von 40 Probanden für den OSG-Winkel, den Kniewinkel und die Rumpfneigung für die drei Situationen angegeben. Es wird deutlich, dass sich bei intakter OSG-Muskulatur ausschließlich das obere Sprunggelenk der jeweiligen Schrägen adaptiert; Kniewinkel und Rumpfneigung zeigen keine messbaren Anpassungen.
Abbildung 4 zeigt einen Patienten mit insuffizienter Unterschenkelmuskulatur aufgrund inkompletter Querschnittlähmung BWK12–LWK1 (links Fußheber 3/5, Fußsenker 1/5; rechts Fußheber 2/5, Fußsenker 2/5; keine strukturellen Verkürzungen oder Kontrakturen) in den gleichen Situationen wie beim oben beschriebenen gesunden Probanden. In der Ebene ist die Kauerhaltung mit der abnormen Knieflexion als notwendige Kompensation der geschwächten Plantarflexoren anzusehen. Dieser Effekt wird auf abwärts geneigtem Untergrund deutlich verstärkt. Dahingegen hilft die Aufwärtsneigung dem Patienten ohne Hilfsmittel, das Kniegelenk mit Hilfe der natürlichen Blockierung des oberen Sprunggelenkes im Vergleich zur Situation in der Ebene etwas weiter zu strecken. Wenn sich der Patient in diesen Situationen mit gelenklosen Orthesen befindet (Abb. 4 Mitte), wird sehr deutlich, wie wichtig es ist, in diesen Situationen die Sprunggelenkbeweglichkeit in seinem Bewegungsspielraum nur so wenig wie möglich einzuschränken. Auf der Ebene kann mit der gelenklosen AFO eine optimale Statik und Standsicherheit erreicht werden. Auf der abwärtsgeneigen Schräge hingegen ist es zwar möglich, über das “Anlehnen” an die ventrale Anlage eine gewisse Stabilität zu erreichen, jedoch muss die sich aus der Bodenschräge und der in der Orthese fixierten Winkelstellung des OSG ergebende Unterschenkelneigung mit entsprechender Knieflexion kompensiert werden.In der aufwärtsgeneigten Situation kann die Stehfähigkeit nur mit einer enormen Rumpfvorneigung erreicht werden, um ein Fallen nach hinten zu verhindern.
Mit der Unterschenkelorthese “Nexgear Tango” (Abb. 4 unten) ist in allen drei Situationen eine deutlich physiologischere Winkelstellung der Gelenke möglich: Das obere Sprunggelenk passt sich der Untergrundneigung an; die “Reaction”-Federn entwickeln Kräfte, mit denen eine entsprechende Standstabilität erreicht wird.
Aufwärtsgehen auf einer Rampe
Weitere Vorteile des Systems werden bei der biomechanischen Analyse des Rampenaufwärtsgehens eindrucksvoll deutlich: In der linken Momentaufnahme von Abbildung 5 ist zu erkennen, dass sich in der Situation mit steifem Knöchelgelenk die für diese Gegebenheit erforderliche Dorsalextensionsbewegung mit entsprechender Vorfußlast sowie dem Abheben der Ferse kompensiert werden kann. Der Patient berichtet, dass es sehr anstrengend sei, die Schräge aufwärts zu gehen und dass sich die Orthesen in dieser Situation wie zusätzliche Hindernisse anfühlen, die überwunden werden müssen. Mit dem Gelenk “Nexgear Tango” hingegen kann sich der Winkel des oberen Sprunggelenkes der Untergrundneigung anpassen (Abb. 5b); der Patient spürt sogar einen Beschleunigungseffekt, der es ihm wesentlich erleichtert, die Schräge aufwärts zu bewältigen.
Die ganganalytischen Daten (Abb. 6) untermauern die Aussagen des Patienten: Der größere Bewegungsumfang des oberen Sprunggelenkes mit dem Gelenk “Nexgear Tango” (Abb. 6a) fördert die Knieflexion unter Belastung (Abb. 6b). Dies führt weiter zu einer physiologischeren Extensionsbewegung des Hüftgelenkes (Abb. 6c).
Abwärtsgehen auf einer Treppe
Ein weiterer grundsätzlicher Vorteil des Gelenkes lässt sich beim Treppabgehen beobachten: Während mit einer gelenklosen Orthese bzw. einer Orthese mit Dorsalanschlag die fehlende Dorsalextension nur mit dem Überrollen an der Stufenkante kompensiert werden kann, ermöglicht das Gelenk “Nexgear Tango” eine für den Patienten sicherere ganzsohlige Platzierung des Fußes auf der Stufe (Abb. 7).
Verwendung des Gelenkes in KAFOs
Der Einsatz des Gelenkes ist grundsätzlich auch in KAFOs möglich, jedoch sind dabei für eine nutzbringende Versorgung Wechselwirkungen zwischen Orthesenknie- und ‑knöchelgelenk zu beachten. Bei einer KAFO-Versorgung mit Dorsalanschlag und Kniegelenkrückverlagerung – beispielsweise aufgrund einer Quadrizepsschwäche – ist von der Verwendung eines hinteren “Reaction”-Moduls dringend abzuraten. Denn aufgrund der hohen Federstärke würde unmittelbar nach dem “initial contact” ein kniebeugendes Moment provoziert, und der Patient wäre hochgradig sturzgefährdet. Hier bietet sich der Einsatz des Federmoduls an: Dessen Federkraft ist stark genug, um den Fuß während der Schwungphase in Neutralstellung zu halten und so ausreichend Bodenfreiheit zu ermöglichen. Gleichzeitig ist die Feder aber auch schwach genug, um zu Beginn der Standphase sehr schnell den ganzsohligen Bodenkontakt des Fußes zu erreichen, was für diese Patientengruppe mit dieser Versorgungsart essentiell ist. Hingegen kann bei Bedarf die hintere “Reaction”-Feder bei einer KAFO mit Standphasenbewegungssicherung (beispielsweise “C‑Brace”, Ottobock) aufgrund des kniebeugenden Momentes das Yielding unterstützen und somit ein noch physiologischeres Gangbild bewirken.
Bei standphasenkontrollierten KAFOs und beim C‑Brace ist die Freischaltung der Schwungphase unter anderem abhängig von einem Knieextensionsmoment in der terminalen Standphase. Bei Verwendung eines “Nexgear-Tango”-Gelenkes mit vorderem “Reaction”-Modul sollte aufgrund des veränderten “dynamischen Anschlagsverhaltens” im Gegensatz zum klassischen Dorsalanschlag in der dynamischen Anprobe kritisch auf ein zuverlässiges Freischalten des Orthesenkniegelenkes geachtet und ggf. die Federvorspannung erhöht oder der Aufbau mit stärkerer Plantarflexion justiert werden.Des Weiteren kann das über das vordere “Reaction”-Modul erreichte dynamischere Einleiten der terminalen Standphase bzw. Vorschwungphase indirekt schwache Hüftbeuger unterstützen. Letzteres trifft gleichermaßen auch auf Unterschenkelorthesen zu.
Fazit
Neuroorthopädietechnische Orthesenversorgungen sind höchst individuell. Die jeweilige Konstruktionsplanung sollte nicht nur das zu kompensierende muskuläre Defizit, sondern auch die persönlichen Lebensumstände des Patienten und die geplanten Einsatzgebiete der Orthese berücksichtigen. Auch kosmetische Aspekte spielen für viele Patienten eine große Rolle.
Für einen Anwender, dessen Priorität auf einer möglichst leichten und zudem unauffälligen Orthese liegt und der sich überwiegend auf ebenem und flachem Untergrund bewegt, wird eine dynamische gelenklose Kohlefaserorthese eine adäquate Versorgungsmöglichkeit darstellen. Wenn dagegen die häusliche und berufliche Umgebung des Anwenders durch Bewegungsabläufe auf wechselnden Untergründen, Schrägen und Treppen gekennzeichnet und eine hohe Funktionalität gefordert ist, wird der Patient eine Orthese mit dem hier vorgestellten Gelenk bevorzugen. Aus funktioneller Sicht sollte ein Knöchelgelenk gewählt werden, das den größtmöglichen Bewegungsfreiraum des oberen Sprunggelenkes ermöglicht. Gleichzeitig sollte das Gelenk einen ausreichenden Plantarflexionswiderstand bieten, um ein sicheres Stehen zu gewährleisten und in der zweiten Standphasenhälfte eine physiologische Kniestreckung zu unterstützen.
Interessenskonflikt
Die Autoren sind Mitarbeiter der Otto Bock HealthCare Deutschland GmbH und der Ottobock SE & Co. KGaA.
Für die Autoren:
Heiko Drewitz M. Sc., OTM
Leiter Orthetik
Otto Bock HealthCare
Deutschland GmbH
Kompetenzzentrum Forschungs- und Entwicklungswerkstatt
Hermann-Rein-Str. 2a
37075 Göttingen
drewitz@ottobock.de
Begutachteter Artikel/reviewed paper
Drewitz H, Schmalz T, Pröbsting E, Köhler TM. Multifunktionales Knöchelgelenk für Orthesen – ein Mobilitätsgewinn für den Anwender. Orthopädie Technik, 2020; 71 (9): 56–61
- Orthesenversorgung bei Läsion des Plexus brachialis — 4. Dezember 2024
- Anforderungen an additiv gefertigte medizinische Kopfschutzhelme — 4. Dezember 2024
- Vergleich der Wirksamkeit von robotergestützter Rehabilitation und konventioneller Therapie zur Verbesserung der oberen Extremitätenfunktion bei Kindern und Jugendlichen mit Zerebralparese: eine Literaturübersicht — 3. Dezember 2024
- Drewitz H, Schmalz T, Blumentritt S. Biomechanische Wirkung von dynamischen GRAFOs bei Patienten mit Kauergang. Orthopädie Technik, 2013; 64 (7)1–10
- Menotti F, Laudani L, Damiani A, Orlando P, Macaluso A. Comparison of walking energy cost between an anterior and a posterior ankle-foot orthosis in people with foot drop. J Rehabil Med, 2014; 46 (8): 768–772
- Drewitz H, Schmalz T, Blumentritt S. Biomechanische Wirkung von dynamischen GRAFOs bei Patienten mit Kauergang. Orthopädie Technik, 2013; 64 (7)1–10
- Drewitz H, Schmalz T, Blumentritt S, Milde L. Anwendung des L.A.S.A.R.-Posture in der Beinorthetik. Orthopädie Technik, 2000; 51(2), 92–101
- Nietert M. The Compromise Pivot Axis of the Knee Joint: Studies of the Kinematics of the Human Knee Joint in Regard to their Approximation in Prosthetics. Shaker-Verlag, Düren, 2008
- Drewitz H, Schmalz T, Blumentritt S. Biomechanische Wirkung von dynamischen GRAFOs bei Patienten mit Kauergang. Orthopädie Technik, 2013; 64 (7)1–10
- Drewitz H, Schmalz T, Blumentritt S, Milde L. Anwendung des L.A.S.A.R.-Posture in der Beinorthetik. Orthopädie Technik, 2000; 51(2), 92–101
- Otto Bock HealthCare Deutschland GmbH. 3D L.A.S.A.R. Tutorial Orthetik, 2018; https://pe.ottobock.com/de/downloads/646d1188_orthetik_tutorial.pdf
- Höncher, F . Biomechanik des Stehens auf Schrägen. Masterarbeit, Georg-August-Universität Göttingen, 2012