Neue Aspek­te und Indi­ka­ti­ons­hil­fe zu Knö­chel-Fuß-Orthe­sen mit Flexgelenken

D. Brams, H.Trebbin, W. Kaphingst
Die Einsatzmöglichkeiten von Flexgelenken, insbesondere im Anwendungsbereich der Unterschenkelorthesen, sind gebräuchlich und vielseitig. Dies setzt allerdings voraus, dass Fragen der pathophysiologischen Indikation, der biomechanischen Gelenkpositionierung und der verschiedenen funktionalen Ausführungsvarianten erkannt und fallspezifisch geklärt wurden. Korrektur bzw. Stabilisierung des Sprunggelenkes in der Frontalebene, Limitierung des Gelenkbewegungsumfanges in der Sagittalebene oder Gelenkbewegungsunterstützung sind unterschiedliche Ansprüche und verlangen unterschiedliche technische Lösungen. Hierbei spielen nicht nur Kriterien wie Passteilauswahl, Zuschnitt und Formgebung, gezielte Versteifung oder Fensterung, sondern auch die Materialauswahl eine wichtige Rolle bei der Erzielung gewünschter Eigenschaften.

Defi­ni­ti­on „Flex­ge­lenk”

Ein Flex­ge­lenk ist ein poly­zen­tri­sches Kunst­stoff­ge­lenk, wel­ches vor knapp 20 Jah­ren von dem ame­ri­ka­ni­schen Ortho­pä­die-Tech­ni­ker Mar­ty Carl­son ent­wi­ckelt wur­de. Es wur­de seit­dem kon­ti­nu­ier­lich wei­ter­ent­wi­ckelt. Heu­ti­ge (Tamarack-)Flexgelenke ver­bin­den Kon­struk­ti­ons- und Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten wie die Zug­fes­tig­keit eines Faser­ka­bels mit der Bie­ge­fle­xi­bi­li­tät eines kur­zen zylin­dri­schen Bie­ge­ele­men­tes und sind in zahl­rei­chen Funk­ti­ons­va­ri­an­ten erhält­lich. Ein sol­ches PU-Kom­po­sit­ge­lenk kann je nach Aus­füh­rung, Ein­bet­tung und Ver­wen­dung von Zusatz­ele­men­ten sowohl bewe­gungs­li­mi­tie­ren­de und frei beweg­li­che als auch bewe­gungs­un­ter­stüt­zen­de Eigen­schaf­ten haben.

Ver­sor­gungs­va­ri­an­ten

Um eine pas­sen­de Gelenk­aus­wahl tref­fen zu kön­nen, ist der Funk­ti­ons­an­spruch zu klä­ren. Wäh­rend bei einem aus­ge­präg­ten Knick­fuß ein in der Sagit­tal­ebe­ne frei beweg­li­ches Gelenk im All­ge­mei­nen hin­rei­chend ist, um die gege­be­ne Fehl­stel­lung effek­tiv zu kor­ri­gie­ren, stellt sich beim kor­ri­gier­ba­ren Spitz­fuß schon eher die Fra­ge der pas­sen­den Gelenk- und ggf. Anschlags­kon­struk­ti­on. In den meis­ten Fäl­len ist die dyna­mi­sche Dor­sal­un­ter­stüt­zungs­funk­ti­on dem sta­ti­schen Plan­t­aran­schlag vor­zu­zie­hen. Hier­durch wird das exzen­tri­sche Absen­ken des Vor­fu­ßes nach dem initia­len Fer­sen­kon­takt ermög­licht, was eine weit­ge­hend phy­sio­lo­gi­sche Gelenk­be­we­gung ohne Belas­tungs­spit­zen gewähr­leis­tet. Aus­schluss­kri­te­ri­um dafür ist eine Quadri­ceps­schwä­che, da durch die Dor­sal­un­ter­stüt­zungs­funk­ti­on ohne Dor­sal­an­schlag ein knie­beu­gen­des Dreh­mo­ment wäh­rend der Stand­pha­se erzeugt wer­den würde.

Das erfor­der­li­che dor­salex­ten­die­ren­de Moment der Flex­ge­len­ke mit Dor­sal­un­ter­stüt­zungs­funk­ti­on wird durch Aus­wahl zwi­schen drei ange­bo­te­nen Här­te- oder Stei­fig­keits­gra­den pro Grö­ße bestimmt. Zur Grö­ßen­aus­wahl der Gelen­ke gibt der Her­stel­ler eine schuh­grö­ßen­ab­hän­gi­ge Ori­en­tie­rungs­hil­fe. Die Ein­schät­zung des kor­rek­ten Exten­si­ons­mo­ments hängt häu­fig mit Para­me­tern zusam­men, die nur im Gang auf­tre­ten und durch Mes­sung nicht unbe­dingt vor­her­be­stimm­bar sind. Im Zwei­fels­fall kann durch ein­fa­chen Gelenk­aus­tausch – auch wäh­rend der dyna­mi­schen Anpro­be – die Kraft­ein­wir­kung an die Bedürf­nis­se des Pati­en­ten ange­passt wer­den. Zusätz­lich steht hier­zu auch eine stu­fen­los ver­stell­ba­re Gelenk­auf­nah­me oder eine Gelenk­auf­nah­me mit zwei vor­ge­ge­be­nen Aus­wahl­po­si­tio­nen zur Ver­fü­gung, um Fein­ein­stel­lun­gen vor­neh­men zu können.

Eine Über­sicht über ver­schie­de­ne Orthe­sen­va­ri­an­ten und mög­li­che Gelenk­kon­fi­gu­ra­tio­nen mit Anga­be ent­spre­chen­der Indi­ka­tio­nen bzw. Kon­tra­in­di­ka­tio­nen bie­tet die neu­ent­wi­ckel­te Indi­ka­ti­ons­hil­fe der Her­stel­ler­fir­ma Tama­rack 1. Die­se kann als hilf­rei­che Unter­stüt­zung für die Ver­sor­gungs­pla­nung her­an­ge­zo­gen wer­den. Wie bei allen ortho­pä­die­tech­ni­schen Kom­po­nen­ten gibt es auch bei der Ver­sor­gung mit Flex­ge­len­ken Gren­zen des Mach­ba­ren und Her­aus­for­de­run­gen an die Wei­ter­ent­wick­lung. Der­zeit arbei­tet der Her­stel­ler ande­rer Ent­wick­lung je eines fein­ein­stell­ba­ren Plan­t­ar- und Dor­sal­an­schla­ges, um zusätz­li­che Ver­sor­gungs­op­tio­nen zu ermög­li­chen. Die­se wer­den vor­aus-sicht­lich im Som­mer 2015 vorgestellt.

Die Abbil­dun­gen 1 und 2 zei­gen die Test­orthe­sen. Die Ver­stell­schrau­ben sind von oben mit dem Inbus­schlüs­sel zugäng­lich. Ein­ge­bet­te­te Anschlag­flä­chen im Fuß­teil der Orthe­se bestehen aus einem geeig­ne­ten ver­schleiß­fes­ten Nylon, wäh­rend die ver­stell­ba­ren Schraub­an­schlä­ge jeweils von einem rost­frei­en Stahl­zy­lin­der auf­ge­nom­men wer­den. Idea­ler­wei­se wird die kom­plet­te Gelenk- und Anschlags­flä­che innen­sei­tig mit einem Shear­Ban-Fle­cken abge­deckt, um even­tu­el­lem Kon­takt von Rau­ig­kei­ten mit Kör­per bzw. Beklei­dung vor­zu­beu­gen. Die in den Abbil­dun­gen 1 und 2 zu erken­nen­den far­bi­gen Anzeich­nun­gen dien­ten als Denk­hil­fen im Designprozess.

Die dar­ge­stell­ten ver­stell­ba­ren Anschlä­ge sind wegen der auf­zu­neh­men­den Kräf­te als Plan­t­aran­schlä­ge aus­ge­legt. Es war zu ver­mu­ten und wur­de durch Test­ma­schi­nen bestä­tigt, dass die PP-Orthe­se die Las­ten in den Dor­sal­an­schlä­gen, ins­be­son­de­re in der vor­ne offe­nen Unter­schen­kel­scha­le aus Poly­pro­py­len, nicht ver­for­mungs­frei auf­neh­men kann. Ein ver­stell­ba­rer Dor­sal­an­schlag kann also nur als zug­be­las­te­tes Ele­ment kon­stru­iert wer­den. Pro­to­ty­pen in die­ser Art sind der­zeit auf der Testmaschine.

Eine gleich­zei­tig wirk­sa­me und unter­schied­lich ein­stell­ba­re Feder­wir­kung sowohl in Plan­t­ar­fle­xi­on als auch in Dor­salex­ten­si­on ist mit Flex­ge­len­ken nicht mög­lich. Bei unsach­ge­mä­ßer Gelenk­fas­sung kann eine mecha­ni­sche Gelenk­in­sta­bi­li­tät in a‑p-Rich­tung auf­tre­ten. Ent­spre­chen­des gilt für die Tor­si­on um die Bein­längs­ach­se unter den glei­chen Bedin­gun­gen. Hier ist auf Form­schluss und mini­ma­les Frei­schnei­den der Gelen­ke zu achten.

Die klas­si­sche Unter­schen­kel-Fuß-Orthe­se mit Flex­ge­len­ken aus Poly­pro­py­len in Halb­scha­len­form stößt ins­be­son­de­re bei einer hyper­to­nen Aus­gangs­si­tua­ti­on (z. B. bei ICP) an ihre Gren­zen: Zum einen kann eine kon­se­quen­te Kor­rek­tur von Fuß­fehl­stel­lun­gen oft nicht gewähr­leis­tet wer­den, zum ande­ren reicht auf­grund der nicht vor­han­de­nen Ver­stei­fung durch Gelenk­schie­nen die Eigen­stei­fig­keit der Orthe­se je nach Anfor­de­rungs­pro­fil nicht aus. Auch Ver­stär­kun­gen und Pro­fi­lie­run­gen in der Orthe­sen­wan­dung kön­nen hier nicht immer Abhil­fe schaf­fen. Daher erschien die Ver­wen­dung von Faser­ver­bund­werk­stof­fen, im Spe­zi­el­len die Prep­reg-Tech­nik (Abb. 3), als hilf­reich, um die Tor­si­ons­stei­fig­keit deut­lich zu erhö­hen. Die Anfor­de­rung nach Tor­si­ons­stei­fig­keit der Orthe­se ergibt sich nicht nur aus dem Kör­per­ge­wicht und dem Akti­vi­täts­grad des Pati­en­ten, son­dern häu­fig auch aus der Not­wen­dig­keit, etwai­gen Rota­ti­ons­fehl­stel­lun­gen kraft­voll entgegenzuwirken.

Durch die Ver­wen­dung von zir­ku­lär geschlos­se­nen Fuß­fas­sun­gen (Abb. 3, 4) kann bei opti­ma­ler Druck­ver­tei­lung die Posi­tio­nie­rung des Rück­fu­ßes und eine drei­di­men­sio­na­le Kor­rek­tur der Fuß­fehl­stel­lung erreicht wer­den. Bei der tech­ni­schen Umset­zung ist hier­bei die Ver­wen­dung von Kork-Dum­mies o. Ä. sinn­voll, um eine unge­hin­der­te Bewe­gung zwi­schen Unter­schen­kel­teil und Fuß­fas­sung sowie Frei­raum für zwi­schen­lie­gen­de Ver­schlüs­se zu erhal­ten (Abb. 5, 6).

Durch die Kom­bi­na­ti­on von Flex­ge­len­ken mit der Prep­reg-Tech­nik ist es heu­te mög­lich, hoch­funk­tio­nel­le und wider­stands­fä­hi­ge Orthe­sen bei extrem nied­ri­gem Gewicht zu rea­li­sie­ren. Außer­dem besteht nun die Mög­lich­keit, fle­xi­ble und rigi­de Berei­che ent­spre­chend den Erfor­der­nis­sen zu kon­stru­ie­ren, sei es, um eine fle­xi­ble Anla­ge am Unter­schen­kel durch Ein­satz von Dynee­ma oder eine gewis­se Ener­gie­rück­ge­win­nung bei Zehen­ab­lö­sung zu ermöglichen.

Gelenk­po­si­tio­nie­rung

Bei der Posi­tio­nie­rung der mecha­ni­schen Knö­chel­ge­len­ke gibt es welt­weit durch­aus ver­schie­de­ne Her­an­ge­hens­wei­sen: Wäh­rend sich bei­spiels­wei­se in den USA die Gelenk­an­ord­nung eher am ana­to­mi­schen Achs­ver­lauf der Arti­cu­la­tio talo­crura­lis ori­en­tiert, wird in Euro­pa die Par­al­le­li­tät zur Knie­ge­lenk­ach­se bzw. zur Bal­len­ab­roll­kan­te in Bezug zur Bewe­gungs­rich­tung favo­ri­siert, d. h. gewis­ser­ma­ßen ein Kom­pro­miss­dreh­punkt geschaffen.

Die Kor­re­la­ti­on der Bewe­gung von obe­rem und unte­rem Sprung­ge­lenk, wie sie bei der phy­sio­lo­gi­schen Gang­ab­wick­lung vor­kommt, ist in der Orthe­se teil­wei­se auf­ge­ho­ben, da die Beweg­lich­keit des unte­ren Sprung­ge­lenks durch das Fuß­teil kon­struk­ti­ons­be­dingt, aber auch im Sin­ne der Fuß­kor­rek­tur (Varus-/Val­gus­fehl­stel­lung) deut­lich ein­ge­schränkt wird. Auch wenn es bei orthe­ti­schen Ver­sor­gun­gen gilt, Inkon­gru­en­zen zwi­schen ana­to­mi­schem und mecha­ni­schem Gelenk zu ver­mei­den, so muss dies immer mit dem Ver­sor­gungs­ziel und einem funk­tio­nel­len Bewe­gungs­ab­lauf zu ver­ein­ba­ren sein.

Unter­su­chun­gen an Prä­pa­ra­ten durch Isman und Inman (1969) 2 sowie Inman (1976) 3 zeig­ten, wie in Abbil­dung 7 zu sehen, fol­gen­den Ver­lauf der obe­ren Sprung­ge­lenk­sach­se und deren Abwei­chun­gen zur Fron­tal- bzw. Trans­ver­sal­ebe­ne: Die Mes­sun­gen erga­ben eine durch­schnitt­li­che Nei­gung der obe­ren Sprung­ge­lenk­sach­se in der Fron­tal­ebe­ne um 10° und in der Trans­ver­sal­ebe­ne­um 6°. Auf­fal­lend sind hier­bei die gro­ßen Stan­dard­ab­wei­chun­gen, die auf inter­in­di­vi­du­el­le Abwei­chun­gen zurück­zu­füh­ren sind. Dar­über hin­aus bestä­tig­ten Lundberg et al. (1989) 4 die Ergeb­nis­se von Hicks (1953) 5, wonach die obe­re Sprung­ge­lenk­sach­se ihre Ori­en­tie­rung in der Fron­tal­ebe­ne, abhän­gig von Dor­salex­ten­si­on oder Plan­t­ar­fle­xi­on, ändert.

Auf­grund unter­schied­li­cher Kon­zep­te bezüg­lich star­rer oder sich ver­än­dern­der Dreh­ach­sen des OSGs, mög­li­chen Abwei­chun­gen bei der Ermitt­lung und Posi­tio­nie­rung der­sel­ben und nicht zuletzt auf­grund der inter­in­di­vi­du­el­len Varia­bi­li­tät der tat­säch­li­chen Sprung­ge­lenk­sach­se erscheint die Funk­ti­on von (poly­zen­tri­schen) Flex­ge­len­ken in vie­len Fäl­len vor­teil­haft. Scher­wir­kun­gen im Gelenk, wie sie bei unzu­rei­chend kol­li­nea­rer Achs­aus­rich­tung mono­zen­tri­scher Gelen­ke zu beob­ach­ten sind, wer­den durch die Fle­xi­bi­li­tät des ver­wen­de­ten Poly­ure­than-Werk­stoffs teil­wei­se kompensiert.

Schluss­fol­ge­rung

In der vor­lie­gen­den Stu­die konn­ten weder alle Fra­gen abschlie­ßend geklärt noch alle Ver­sor­gungs­va­ri­an­ten und deren Ent­ste­hungs­pro­zess dar­ge­stellt wer­den. Es soll jedoch deut­lich wer­den, dass es durch geziel­ten Ein­satz neu­er Kon­struk­ti­ons­ele­men­te in der Kom­bi­na­ti­on mit bereits bekann­ten Mit­teln und Metho­den mög­lich ist, Ver­sor­gun­gen funk­tio­nell wei­ter­zu­ent­wi­ckeln und den indi­vi­du­el­len Anfor­de­run­gen ent­spre­chen­de Lösun­gen zu finden.

Der Autor:
Dani­el Brams
Ortho­pä­die-Mecha­ni­ker-Meis­ter
Fa. Drescher+Lung
In der Eich 4b
87435 Kemp­ten

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
Brams D, Treb­bin H, Kaphingst W. Neue Aspek­te und Indi­ka­ti­ons­hil­fe zu Knö­chel­-Fuß­-Orthe­sen mit Flex­ge­len­ken. Ortho­pä­die Tech­nik, 2015; 66 (3): 48–51
  1. Tama­rack Flex­Ge­lenk. Indi­ka­ti­ons­hil­fe. Eine kli­ni­sche Refe­renz für die Anfer­ti­gung von Unter­schen­kel-Fuß­orthe­sen. Tama­rack Habi­li­ta­ti­on Tech­no­lo­gies Inc., 2013. http://www.beckerortho.com/Catalog/TamarackProductPages/TFJ%20Indikationshilfe.pdf (Abruf am 02.02.2015)
  2. Isman RE, Inman VT. Anthro­po­metric Stu­dies of the Human Foot and Ankle. Bull Prost­het Res, 1969; 10/11: 97–129
  3. Inman VT. The Joints of the Ankle. Bal­ti­more: Wil­liams & Wil­kins, 1976
  4. Lundberg A, et al. The axis of rota­ti­on of the ankle joint. J Bone Joint Surg Br, 1989; 71 (1): 94–99
  5. Hicks JH. The mecha­nics of the foot. I. The joints. J Anat, 1953; 87 (4): 345–357
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