Return to Sports – Neu­ent­wick­lung einer Knie­orthe­se für den Skisport

H. Semsch, P. Brucker, A. Huber, V. Junior, P. Spitzenpfeil, K.-H. Waibel
Skifahren ist die beliebteste Wintersportart in Deutschland und wird von über vier Millionen Sportlern betrieben. Die Verletzungsrate im alpinen Skilauf ist jedoch hoch, denn es verletzen sich etwa 41.000 bis 43.000 Deutsche jährlich. Anstatt die Kreuzbänder des Kniegelenkes nach Unfällen operativ rekonstruieren zu müssen, hat sich der Deutsche Skiverband (DSV) zusammen mit einem interdisziplinären Expertenteam zum Ziel gesetzt, einen präventiven Schutz zu entwickeln, um schwere Knieverletzungen möglichst zu vermeiden.

Die Pro­jekt­grup­pe, koor­di­niert von der Münch­ner Inno­va­ti­ons­ma­nu­fak­tur GmbH, bestand außer­dem aus Wis­sen­schaft­lern und Medi­zi­nern der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Mün­chen, Exper­ten des Olym­pia­stütz­punkts Bay­ern, Fer­ti­gungs­ex­per­ten der Phoe­nix GmbH & Co. KG sowie erfah­re­nen Ortho­pä­die-Tech­ni­kern der Orte­ma GmbH. Nach mehr als zwei Jah­ren For­schungs- und Ent­wick­lungs­tä­tig­keit, geför­dert ab Janu­ar 2011 vom Bun­des­in­sti­tut für Sport­wis­sen­schaft (IIA-081501/11–13), ist so eine Orthe­se, die soge­nann­te Prä­ven­the­se (Abb. 1a/b), ent­stan­den, die mit einer ®evo­lu­tio­när neu­en Tech­nik jeder Ath­le­tin und jedem Ath­le­ten indi­vi­du­ell mit­tels 3‑D-Scans ange­passt wird.

Anzei­ge

Denn das Knie­ge­lenk mit der vor­de­ren Kreuz­bandrup­tur stellt die am häu­figs­ten ver­letz­te Regi­on am Kör­per dar. Ski­renn­läu­fer wei­sen eben­falls ein hohes Ver­let­zungs­ri­si­ko auf. Dass dies nicht nur ein natio­na­les Pro­blem ist, zei­gen die Ergeb­nis­se des Inju­ry Sur­veil­lan­ce Sys­tem (ISS), das Unfäl­le im Auf­trag des Inter­na­tio­na­len Ski­ver­ban­des (FIS) bei Welt­cup­renn­läu­fern ana­ly­siert hat. Hier­bei ist eben­falls das Knie mit ca. 36 % die am häu­figs­ten ver­letz­te Kör­per­re­gi­on. Meist han­delt es sich dabei auch um schwer­wie­gen­de Ver­let­zun­gen wie Rup­tur des vor­de­ren Kreuz­ban­des, Menis­kus­ver­let­zun­gen und Knor­pel­schä­den, die zu lan­gen Aus­fall­zei­ten oder sogar zum Kar­rie­re­en­de führen.

Ein­lei­tung

Das Knie­ge­lenk ist beim Ski­sport im All­ge­mei­nen, spe­zi­ell jedoch im alpi­nen Ski­renn­sport, sehr hohen Belas­tun­gen aus­ge­setzt und damit für Über­las­tun­gen und Ver­let­zun­gen prä­de­sti­niert. Dabei reprä­sen­tiert das Knie­ge­lenk im Renn­sport wie im Brei­ten­sport die am häu­figs­ten betrof­fe­ne Kör­per­re­gi­on. Neben iso­lier­ten Liga­ment­ver­let­zun­gen am Knie­ge­lenk fin­den sich auch Kom­bi­na­ti­ons­ver­let­zun­gen meh­re­rer liga­men­tä­rer Struk­tu­ren sowie der Menis­ken und des Knor­pels. In einer von der Fédé­ra­ti­on Inter­na­tio­na­le de Ski (FIS) in Auf­trag gege­be­nen Stu­die von Flø­re­nes 1 zeigt sich über die letz­ten Jah­re, dass ins­ge­samt 36 % der Ver­let­zun­gen das Knie­ge­lenk der Renn­läu­fer betra­fen. Von die­sen Knie­ver­let­zun­gen wur­den 54 % mit mehr als 28 Tagen Wett­kamp­fund Trai­nings­ab­senz als schwer ein­ge­stuft. In einer wei­ter­füh­ren­den Stu­die mit umfas­sen­der Daten­er­he­bung über sechs Welt­cup-Ski­sai­sons (2006–2012) war das Knie­ge­lenk mit einem rela­ti­ven Anteil von 38 % sogar das am häu­figs­ten ver­letz­te Gelenk.

Obwohl das hohe Risi­ko einer Knie­ver­let­zung im alpi­nen Ski­renn­sport bekannt ist, leh­nen die meis­ten Ath­le­ten her­kömm­li­che Knie­orthe­sen ab, denn die­se sind ihnen einer­seits zu volu­mi­nös, ande­rer­seits schränkt die Ver­gur­tung, mit der sie am Bein befes­tigt sind, sub­jek­tiv die Bewe­gungs­frei­heit und damit die Leis­tung des Ath­le­ten ein.

Ziel die­ses For­schungs­pro­jekts war die Kon­zep­ti­on, Ent­wick­lung, pro­to­ty­pi­sche Umset­zung und qua­li­ta­ti­ve Eva­lu­ie­rung eines Knie­ge­lenks­pro­tek­tors für den alpi­nen Ski­renn­sport in enger Koope­ra­ti­on mit dem Deut­schen Ski­ver­band (DSV) unter sport­tech­no­lo­gi­schen sowie medi­zi­ni­schen und bio­me­cha­ni­schen Gesichts­punk­ten. Die wis­sen­schaft­li­chen und tech­ni­schen Zie­le des Vor­ha­bens bestan­den dar­in, rele­van­te The­men­fel­der wis­sen­schaft­lich fun­diert zu ana­ly­sie­ren, dar­aus ein sys­te­ma­ti­sches Anfor­de­rungs­pro­fil für eine wirk­sa­me und prak­ti­ka­ble Knie­orthe­se für den Ski­renn­sport abzu­lei­ten und auf die­ser Basis einen prä­ven­ti­ven Schutz zu entwickeln.

Metho­dik

Ein in der Ski­hal­le Wit­ten­burg mit Kader­ath­le­ten des DSV im Jahr 2008 durch­ge­führ­ter Test mit vor­kon­fek­tio­nier­ten Hart­rah­men­knie­orthe­sen (Abb. 2a/b) zeig­te, dass kei­ner­lei signi­fi­kan­te Unter­schie­de bei Sla­lom­trai­nings­läu­fen mit und ohne Knie­orthe­sen fest­ge­stellt wer­den konn­ten. Dabei wur­den Zei­ten gemes­sen und ana­ly­siert, Video­auf­zeich­nun­gen aus­ge­wer­tet 2 und sub­jek­ti­ve Aus­sa­gen der Sport­ler zu den Trai­nings­läu­fen mit und ohne Orthe­se verglichen.

Die Lauf­zei­ten in den ein­zel­nen Fahr­ten und die Rück­mel­dun­gen der Sport­ler leg­ten den Schluss nahe, dass die Gelen­ke, wie sie bei den her­kömm­li­chen Orthe­sen ver­wen­det wer­den, zu kei­ner Ein­schrän­kung der Per­for­mance füh­ren. Eine exak­te Nach­bil­dung der kom­ple­xen Knie­ki­ne­ma­tik schien also nicht notwendig.

Aus­ge­löst durch die Volu­men­ver­än­de­run­gen im Ober­schen­kel wäh­rend der Belas­tung erga­ben sich auf­grund der straf­fen Fixa­ti­on durch die Klett­ver­schluss­bän­der Beein­träch­ti­gun­gen der Mus­kel­funk­ti­on und damit kein aus­rei­chen­der Tra­ge­kom­fort über einen län­ge­ren Zeit­raum. Ers­te Quan­ti­fi­zie­run­gen der Volu­men­ver­än­de­run­gen wur­den im Rah­men der leis­tungs­dia­gnos­ti­schen Kraft­tests vor und nach einer ski­spe­zi­fi­schen Kraft­aus­dau­er­be­las­tung von 75 Sekun­den durch­ge­führt (Abb. 3).

Die Ergeb­nis­se zei­gen deut­lich die teil­wei­se gra­vie­ren­den, aber auch sehr indi­vi­du­el­len Ver­än­de­run­gen des Mus­kel­um­fangs nach den Belas­tun­gen. Die Rei­hen­un­ter­su­chung mit­tels 3‑D-Ober­flä­chen­scan (Abb. 4) in ver­schie­de­nen ski­ty­pi­schen Situa­tio­nen vor und nach Belas­tung stütz­te die ers­ten Ver­mu­tun­gen bezüg­lich der Varia­bi­li­tät der Volu­men­än­de­run­gen je nach indi­vi­du­el­ler Anthro­po­me­trie. Gemein­sam waren die Ten­den­zen zu grö­ße­ren Volu­men­än­de­run­gen bei klei­ne­ren Knie­win­keln. Dies ver­deut­lich­te noch­mals die Not­wen­dig­keit der indi­vi­du­el­len Aus­ar­bei­tung der Orthesen.

Nach mehr als zwei Jah­ren For­schung und Ent­wick­lungs­ar­beit, geför­dert vom Bun­des­in­sti­tut für Sport­wis­sen­schaft (BISp) in der Zeit von 2011 bis 2013, wur­den wis­sen­schaft­li­che Grund­la­gen erar­bei­tet und Erkennt­nis­se in fol­gen­den Teil­be­rei­chen gewonnen:

  • Stand der Tech­nik im Bereich ortho­pä­di­scher Knieorthesen
  • poten­zi­el­le Mate­ria­li­en und Tech­no­lo­gien für eine pro­tek­ti­ve Knieorthese
  • aktu­el­ler Sta­tus quo im Bereich der Ver­let­zungs­in­zi­denz und deren Mecha­nis­men im alpi­nen Ski­renn­sport 3
  • „Sta­te of the Art“ in der sport­me­di­zi­ni­schen Betreu­ung, Prä­ven­ti­on und The­ra­pie bei Knieverletzungen
  • phy­sio­lo­gi­sche, bio­me­cha­ni­sche und psy­cho­lo­gi­sche Effek­te beim Tra­gen von Knieorthesen
  • geschlechts­spe­zi­fi­sche Unter­schie­de und Beson­der­hei­ten im Nachwuchsleistungssport

Aus den Erkennt­nis­sen der wis­sen­schaft­li­chen Ana­ly­se wur­de ein dezi­dier­tes Anfor­de­rungs­pro­fil erstellt und dar­auf auf­bau­end ein zeit­nah rea­li­sier­ba­res Kon­zept für eine neu zu ent­wi­ckeln­de Knie­orthe­se ein­schließ­lich pro­to­ty­pi­scher Umset­zung aus­ge­ar­bei­tet. Dabei fan­den fol­gen­de Aspek­te beson­de­re Berücksichtigung:

  • Unter­stüt­zung der phy­sio­lo­gi­schen Knie­ki­ne­ma­tik ohne Bewegungseinschränkung
  • Auf­nah­me und Abbau von ein­wir­ken­den Kraft­spit­zen, die zu einer Schä­di­gung oder unphy­sio­lo­gi­schen Belas­tung der ana­to­mi­schen Struk­tu­ren des Knie­ge­len­kes führen
  • Schutz­funk­ti­on für die am häu­figs­ten auf­tre­ten­den Ver­let­zungs­me­cha­nis­men bei Knie­ge­lenks­ver­let­zun­gen, ins­be­son­de­re von vor­de­ren Kreuzbandrupturen
  • Unter­stüt­zung der mecha­ni­schen und funk­tio­nel­len Gelenk­sta­bi­li­tät mit Opti­mie­rung der sen­so­mo­to­ri­schen Fähigkeiten

Mit der Über­füh­rung der gewon­ne­nen Daten und Erkennt­nis­se in ein Trans­fer- und Imple­men­tie­rungs­kon­zept wur­de die prak­ti­sche Nutz­bar­keit sowie die wis­sen­schaft­li­che Umsetz­bar­keit des Pro­jekt­er­geb­nis­ses sichergestellt.

Zu Beginn des Pro­jek­tes wur­den die Zah­len des „FIS Inju­ry Sur­veil­lan­ce Sys­tem“ (ISS) des Oslo Sports Trau­ma Rese­arch Cen­ter 4 her­an­ge­zo­gen, um Ver­let­zungs­in­zi­den­zi­en und ‑mecha­nis­men zu eva­lu­ie­ren und nach einer qua­li­fi­zier­ten Ana­ly­se der Bewe­gungs­mus­ter eine Ent­schei­dung hin­sicht­lich mög­li­cher Ver­let­zungs­pro­phy­la­xe-Sze­na­ri­en zu treffen.

In der Ent­wick­lung und Umset­zung einer der­ar­ti­gen prä­ven­ti­ven Knie­ge­lenks­orthe­se muss­ten ver­schie­de­ne Para­me­ter gleich­zei­tig Berück­sich­ti­gung fin­den und den ski­ty­pi­schen Gelenk­be­we­gun­gen Fol­ge leis­ten. Dies waren maxi­ma­le Pro­tek­ti­on, best­mög­li­che Com­pli­an­ce bei den Ath­le­ten, rutsch­freie Anbin­dung sowie die Rea­li­sie­rung von Volu­men- und Form­ver­än­de­run­gen bei unter­schied­li­chen Win­kel­stel­lun­gen des Knie­ge­len­kes und mus­ku­lä­rer Anspan­nung 5.

Um die Volu­men- und Form­ver­än­de­run­gen zu rea­li­sie­ren, wer­den meh­re­re 3‑D-Ober­flä­chen­scans in ver­schie­de­nen Win­kel­stel­lun­gen des Knie­ge­len­kes auf einer schie­fen Ebe­ne (14° Nei­gung) im Ski­schuh gefer­tigt. Die­se zei­gen die Flä­chen der gerings­ten Volu­men­ver­än­de­rung bei ski­ty­pi­schen Bewe­gun­gen und geben Hin­wei­se zur indi­vi­du­el­len Rah­men­form­ge­stal­tung der Präventhese.

So ergab sich die Ent­wick­lung einer neu­ar­ti­gen Carbon­knie­orthe­se mit poly­zen­tri­schen, zwei­ach­si­gen Zahn­seg­ment­ge­len­ken aus hoch­wer­ti­gem Titan. Durch eine kom­ple­xe 3‑D-Ver­mes­sung des Bei­nes kön­nen die Flä­chen der Ober- und Unter­schen­kel opti­mal an den jewei­li­gen Ath­le­ten bzw. die jewei­li­ge Ath­le­tin mit ihrer indi­vi­du­el­len Anthro­po­me­trie ange­passt werden.

Eine knie­ge­lenk­um­schlie­ßen­de, ver­stärk­te Rah­men­kon­struk­ti­on, die durch Pro­fi­lie­rung über extrem leich­te, anmo­del­lier­te und mit Car­bon­fa­sern umman­tel­te Kunst­stoff­rip­pen aus­ge­steift ist, wird gefer­tigt. In Kom­bi­na­ti­on mit einer Kom­pres­si­ons­ho­se mit inte­grier­ten Sili­kon­strei­fen, die einen best­mög­li­chen Halt gewähr­leis­ten, wird eine opti­ma­le Anbin­dung an das Bein erreicht. So ent­stand eine Knie­orthe­se, die das Knie­ge­lenk sta­bi­li­siert, ohne die Bewe­gung einzuschränken.

Jedoch wur­den die Anla­ge­flä­chen an Ober- und Unter­schen­kel völ­lig neu gestal­tet. Durch die Ori­en­tie­rung der Car­bon­fa­sern konn­te ein neu­ar­ti­ger Zuschnitt ent­wi­ckelt wer­den, der sich aus­schließ­lich an wenig in Volu­men und Topo­gra­phie ver­än­der­ten Mus­kel­area­len abstützt. Durch ein fle­xi­bles, aber unelas­ti­sches Band wer­den media­le und late­ra­le Scha­len­an­tei­le am Ober­schen­kel ver­bun­den und Mus­kel­funk­ti­on und Leis­tungs­fä­hig­keit auch in ski­ty­pi­scher Abfahrt­po­si­ti­on nicht irri­tiert. Ein sub­jek­ti­ves „Ein­schnü­ren“ der Mus­ku­la­tur wird effek­tiv ver­mie­den. Am Unter­schen­kel umschließt die Car­bon­scha­le den Mus­cu­lus tibia­lis ante­rior gar nicht, durch eine semi­zir­ku­lä­re Waden­span­ge wird jedoch eine deut­lich ver­bes­ser­te Rota­ti­ons­sta­bi­li­sie­rung der Orthe­se am Bein erreicht. Die Län­ge der Orthe­se muss exakt auf die Bein­län­ge und Höhe des Ski­schuh­schaf­tes abge­stimmt sein. Es soll­te der Kon­takt zwi­schen Prä­ven­the­se und dista­lem Ski­schu­hen­de in Kör­per­vor­la­ge wie in Rücken­la­ge ver­mie­den wer­den. Dadurch wird die Per­for­mance des Ath­le­ten trotz Tra­gen der Orthe­se nahe­zu nicht beein­flusst. Dabei ver­eint die Prä­ven­the­se das bewähr­te Schutz­prin­zip einer indi­vi­du­ell gefer­tig­ten klas­si­schen Knie­orthe­se mit einem neu­en Kon­zept der Anbin­dung am Bein.

Die­ses neu­ar­ti­ge Mehr­schicht­prin­zip ist fol­gen­der­ma­ßen auf­ge­baut: Die ers­te Ebe­ne, die direkt auf der Haut des Bei­nes auf­liegt, besteht aus einer Sport­kom­pres­si­ons­ho­se, die pro­prio­zep­tiv wirkt und damit schon eine ers­te sen­so­mo­to­ri­sche Unter­stüt­zung für das Knie­ge­lenk bie­tet, aber haupt­säch­lich für einen opti­ma­len Sitz und die Orts­stän­dig­keit des Hart­rah­men­an­teils der Orthe­se sorgt (Abb. 5). Die Kom­pres­si­ons­ho­se ist an defi­nier­ten Stel­len mit einem elas­ti­schen sili­kon­ar­ti­gen rutsch­hem­men­den Mate­ri­al beschich­tet und redu­ziert damit die Rela­tiv­be­we­gung zwi­schen Bein und Orthe­se auf ein abso­lu­tes Minimum.

Die zwei­te Ebe­ne besteht aus zwei Car­bon­scha­len, die zur Anbin­dung der drit­ten Ebe­ne die­nen und selbst schon gerin­ge bis mitt­le­re Kräf­te auf­neh­men kön­nen. Zur Gestal­tung die­ser Scha­len wer­den die Bei­ne jedes Ski­ath­le­ten mit­tels eines 3‑D-Ober­fä­chen­scan­ners in ver­schie­de­nen ski­ty­pi­schen Beu­ge­win­keln gescannt (Abb. 6a/b). Über eine spe­zi­ell von der Ent­wick­ler­grup­pe erstell­te Soft­ware kön­nen die Stel­len am Bein defi­niert wer­den, die bei den ski­ty­pi­schen Bewe­gun­gen kei­ne oder kei­ne rele­van­te Mus­kel­vo­lu­men­ver­än­de­rung auf­wei­sen. Die­se Area­le am Bein wer­den per Com­pu­ter­pro­gramm gekenn­zeich­net und die­nen als idea­ler Ort für die Anbin­dung der Orthe­se am Bein.

Die drit­te und sta­bils­te Ebe­ne besteht aus einem zwei­tei­li­gen Car­bon­rah­men, der über poly­zen­tri­sche Gelen­ke mit­ein­an­der ver­bun­den ist und das Knie sehr sta­bil umschließt. Die­se Schicht dient der Auf­nah­me von hohen Kräf­ten und ist somit die wich­tigs­te Ebe­ne der pro­tek­ti­ven Ein­heit, lässt aber gleich­zei­tig die gefor­der­ten ski­ty­pi­schen Knie­be­we­gun­gen mit Volu­men­än­de­rung am Ober­schen­kel zu (Abb. 7). Durch die­ses Zusam­men­spiel des Mehr­schicht­prin­zips wird das Knie­ge­lenk sta­bi­li­siert, ohne den Ski­ath­le­ten in sei­ner Per­for­mance nega­tiv zu beeinträchtigen.

Vali­die­rung

Um die Wett­kampf- und Pra­xis­taug­lich­keit der Prä­ven­the­se zu bewer­ten und zu erpro­ben, muss­ten zwei Haupt­kri­te­ri­en erfüllt werden:

  • Die Regle­men­ta­ri­en für Schutz­aus­rüs­tung im Ski­sport muss­ten ein­ge­hal­ten werden.
  • Ein posi­ti­ves Feed­back der Ath­le­ten muss­te ein­ge­holt werden.

Die Ein­hal­tung der Regeln für Schutz­aus­rüs­tung im Ski­renn­sport wur­de gewährleistet

  • durch die Ein­bin­dung des DSV und des­sen sport­wis­sen­schaft­li­chen Erfahrungen,
  • durch die lang­jäh­ri­ge Erfah­rung in der Sport­ler­ver­sor­gung der Fir­ma Ortema,
  • durch einen engen Kon­takt mit der FIS; in ver­schie­de­nen Ent­wick­lungs­sta­di­en wur­de das Pro­jekt den FIS-Ver­ant­wort­li­chen vor­ge­stellt, um sie so in die Ent­wick­lung miteinzubeziehen.

Das Feed­back der Ath­le­ten spiel­te für die (Weiter-)Entwicklung der Prä­ven­the­se eine sehr gro­ße Rol­le und wur­de haupt­säch­lich in direk­ten Gesprä­chen (durch Trai­ner, Ent­wick­ler und Her­stel­ler) und durch Befra­gun­gen mit­tels Fra­ge­bo­gen ein­ge­holt. Die Ath­le­ten beur­teil­ten die Prä­ven­the­se grund­sätz­lich sehr posi­tiv und

  • hat­ten das Gefühl, dass die Prä­ven­the­se sie bei Trai­nings­stür­zen vor Ver­let­zun­gen geschützt hat;
  • fühl­ten sich nicht erkenn­bar in ihrer Bewe­gungs­füh­rung nega­tiv beein­flusst und gleich­zei­tig sicherer;
  • kön­nen sich vor­stel­len, die Prä­ven­the­se lang­fris­tig bei Wett­kämp­fen zu tragen;
  • wür­den die Prä­ven­the­se auch ande­ren Ath­le­ten emp­feh­len (ent­we­der zur Prä­ven­ti­on oder nach einer Knieverletzung);
  • äußer­ten den Wunsch nach beid­sei­ti­ger Versorgung.

Um even­tu­el­le nega­ti­ve Effek­te auf das Leis­tungs­ver­mö­gen zu ermit­teln, wur­den wäh­rend der Pro­to­ty­pen­er­stel­lung und mit der ers­ten Ver­sor­gung Bewer­tun­gen und Erpro­bun­gen der Wett­kampf- und Pra­xis­taug­lich­keit durchgeführt:

Tests im Rah­men der Leis­tungs­dia­gnos­tik Ski alpin mit und ohne her­kömm­li­che Orthe­sen (N = 5)

Es wur­den aus­ge­wähl­te Tests der Leis­tungs­dia­gnos­tik Ski alpin mit und ohne her­kömm­li­che Orthe­sen durch­ge­führt. Als Ergeb­nis konn­te fest­ge­hal­ten wer­den, dass der Prä­ven­the­sen-Pro­to­typ bes­ser abschnitt als her­kömm­li­che Orthe­sen. Der Ver­gleich mit und ohne Prä­ven­the­se zeig­te kei­ne rele­van­ten Unterschiede.

Ziel der EMG-Mes­sung war die Über­prü­fung des Ein­flus­ses der Prä­ven­the­se auf die Mus­kel­ak­ti­vi­tät der Pro­ban­den und die Mus­kel­leis­tungs­fä­hig­keit. Drei Tests wur­den ein­mal ohne und ein­mal mit Prä­ven­the­se (ein­schließ­lich Kom­pres­si­ons­ho­se, Ebe­ne 1) durchgeführt:

  • 3 ver­schie­de­ne Sprung­for­men: Coun­ter Move­ment Jump, Squat­jump, Squat­jump mit Auftaktbewegung
  • Kraft­test an der Des­mo­tro­nic, ana­log zum Leis­tungs­test des DSV
  • Reak­tiv­kraft­test an der Beinpresse

Es wur­den M. vas­tus medi­a­lis, M. rec­tus femo­ris, M. biceps femo­ris, M. tibia­lis ante­rior und M. gas­tro­c­ne­mi­us abge­lei­tet. Eine Ablei­tung des M. vas­tus late­ra­lis war wegen des Prä­ven­the­sen­rah­mens nicht mög­lich. Als Ergeb­nis wur­de in den Leis­tun­gen bzw. Sprung­hö­hen fest­ge­stellt (Abb. 8):

  • Sprung­hö­hen in allen Sprung­for­men (CMJ, SJ) identisch
  • des­modro­mi­sche Bein­pres­se: sowohl in der Kon­zen­trik (2,9 %) als auch in der Exzen­trik (2,4 %) höhe­re Leis­tun­gen mit Präventhese
  • schrä­ge Bein­pres­se: gro­ße Vari­anz in der Aus­füh­rung bei ähn­li­chen Muskelleistungen

Ergän­zend wur­de die Bestim­mung der Belas­tungs­ver­tei­lung im Labor vor­ge­nom­men. Es wur­den mit einem Mess-Ski eine nor­ma­le Stand­mes­sung und eine Stand­mes­sung in der Schrä­ge durch­ge­führt. Auch hier ist wie­der fest­zu­hal­ten, dass kei­ne Unter­schie­de zwi­schen den Ver­su­chen mit und ohne Prä­ven­the­se fest­ge­stellt wer­den konn­ten. Somit kann eine nega­ti­ve Aus­wir­kung der Prä­ven­the­se auf die Gleit­ei­gen­schaf­ten der Ath­le­ten aus­ge­schlos­sen werden.

Am Anfahrts­si­mu­la­tor des FES (Insti­tut für For­schung und Ent­wick­lung von Sport­ge­rä­ten) Ber­lin wur­den bei drei Ath­le­tin­nen fol­gen­de Para­me­ter bestimmt:

  • Kraft­an­griffs­punkt rechts und links
  • Kräf­te in je vier Qua­dran­ten rechts und links
  • Kräf­te seit­li­che Ver­schie­bung rechts und links
  • Dreh­mo­men­te Tor­si­on rechts und links

Ziel die­ser Unter­su­chun­gen war fest­zu­stel­len, ob sich eine nega­ti­ve Belas­tungs­ver­tei­lung wie in Abbil­dung 9 links dar­ge­stellt (ein­sei­ti­ge Last­ver­tei­lung führt zu schlech­te­ren Gleit­ei­gen­schaf­ten) durch geeig­ne­te Ver­än­de­run­gen in Spren­gung, Ski­schuh und Prä­ven­the­se posi­tiv ver­än­dern lässt. Ins­be­son­de­re in der Ver­än­de­rung des Kraft­an­griffs­punk­tes ist es bei die­ser Pro­ban­din ein­drucks­voll gelun­gen, eine zen­tra­le, sym­me­tri­sche Belas­tung zu erzielen.

Eva­lua­ti­on der Prä­ven­the­se am Knie­si­mu­la­tor (Abb. 10)

Der­zeit lau­fen noch Unter­su­chun­gen an einem neu­en Knie­si­mu­la­tor an der TU-Mün­chen. Die­se zei­gen ers­te posi­ti­ve Ergeb­nis­se hin­sicht­lich der Sta­bi­li­sie­rung des Knie­ge­len­kes und des Schut­zes des Kreuz­ban­des. Die Unter­su­chun­gen sind noch nicht abgeschlossen.

Nach mehr als zwei Jah­ren For­schungs- und Ent­wick­lungs­tä­tig­keit wur­de der Grund­stein für eine revo­lu­tio­nä­re Tech­no­lo­gie gelegt, die mitt­ler­wei­le für Sport­ler ver­füg­bar ist. Bis Mit­te 2016 konn­ten ca. 70 Sport­ler-Ver­sor­gun­gen erfolg­reich aus­ge­führt wer­den. Mit der Orte­ma konn­te ein erfah­re­ner Ortho­pä­die-Tech­nik-Part­ner für die Pro­duk­ti­on und den Ver­trieb gewon­nen wer­den, der eine jah­re­lan­ge Exper­ti­se in der indi­vi­du­el­len Ver­sor­gung von Spit­zen­sport­lern mit Knie­ver­let­zun­gen aufweist.

Return to Sports/ Ergebnisse

Durch die Prä­ven­the­se gelingt es ver­letz­ten Sport­lern, nach kur­zer Zeit zu ihren sport­spe­zi­fi­schen Trai­nings­ein­hei­ten zurück­zu­keh­ren, was in ver­schie­de­nen Test­rei­hen wis­sen­schaft­lich doku­men­tiert wur­de. Hier­bei scheint eine dop­pel­sei­ti­ge Ver­sor­gung mit prä­ven­ti­ver Sta­bi­li­sie­rung der unver­letz­ten Gegen­sei­te sinn­voll zu sein, um Irri­ta­tio­nen oder Ein­sei­tig­kei­ten zu vermeiden.

Durch die früh­zei­ti­ge Ein­bin­dung des Inter­na­tio­na­len Ski­ver­ban­des in die Ent­wick­lung und den engen Kon­takt wäh­rend der ver­schie­de­nen Ent­wick­lungs­sta­di­en des Pro­jek­tes konn­te die Ein­hal­tung der Regu­la­ri­en pro­blem­los erreicht wer­den. Des Wei­te­ren wur­de auf die Exper­ti­se und die Kennt­nis­se ver­sier­ter Ortho­pä­die-Tech­ni­ker bei der Fer­ti­gung der neu­en Rah­men­tech­no­lo­gie zurück­ge­grif­fen. Das Feed­back der Ath­le­ten spiel­te in der Ent­wick­lung eine gro­ße Rol­le und wur­de haupt­säch­lich in direk­ten Gesprä­chen durch Trai­ner, Mann­schafts­ärz­te, Ent­wick­lungs­in­ge­nieu­re und Ortho­pä­die-Tech­ni­ker über direk­te Befra­gung oder mit­tels Aus­wer­tung von Fra­ge­bö­gen ein­ge­holt. Dabei beur­teil­ten die Ath­le­ten die Prä­ven­the­se grund­sätz­lich sehr positiv.

Abschlie­ßend lässt sich kon­sta­tie­ren, dass in die­sem inter­dis­zi­pli­nä­ren Pro­jekt durch Ent­wick­lung und Ein­satz einer neu­ar­ti­gen Orthe­sen­ver­sor­gung (der soge­nann­ten Prä­ven­the­se) prä­ven­ti­ve Maß­nah­men erfolg­reich sowohl in den pro­fes­sio­nel­len alpi­nen Ski­renn­sport als auch in den all­ge­mei­nen Ski­sport imple­men­tiert wer­den konn­ten. Hier­bei ist es gelun­gen, einen mög­lichst umfas­sen­den Schutz ohne Ein­schrän­kung des ski­ty­pi­schen Bewe­gungs­spiel­rau­mes im Knie­ge­lenk zu ermög­li­chen. Nichts­des­to­trotz arbei­tet das Pro­jekt­team der­zeit an wei­te­ren Opti­mie­run­gen der Prä­ven­the­se und der Kom­pres­si­ons­ho­se: Die Sili­kon­be­schich­tung auf der Kom­pres­si­ons­ho­se soll hier­bei den soge­nann­ten „lines of non-exten­si­on“ (LONEs) fol­gen. Die­ses Kon­zept wur­de bereits bei der Ent­wick­lung von Raum­fahrt­an­zü­gen der Natio­nal Aero­nau­tics and Space Admi­nis­tra­ti­on (NASA) ein­ge­setzt und soll bei der Prä­ven­the­sen-Ver­sor­gung die Anbin­dung der Hart­rah­men­an­tei­le an die Kom­pres­si­ons­ho­se wei­ter ver­bes­sern und damit die Orts­stän­dig­keit der Prä­ven­the­se perfektionieren.

Ein wei­te­res Ziel wird zukünf­tig sein, die­se Erkennt­nis­se auch in ande­re Risi­ko-Sport­ar­ten (z. B. Motor­cross, Eis­ho­ckey) zu trans­fe­rie­ren. Zusätz­lich wer­den die­se Erkennt­nis­se auch dem Frei­zeitund Brei­ten­sport zur Ver­fü­gung gestellt, um auch hier die hohen Ver­let­zungs­zah­len des Knie­ge­len­kes beim Ski­fah­ren in Zukunft redu­zie­ren zu können.

Schluss­fol­ge­rung

Die Akzep­tanz der neu ent­wi­ckel­ten Prä­ven­the­se zeigt sich durch die stei­gen­den Ver­sor­gungs­zah­len. Auch konn­ten per­ma­nent durch­ge­führ­te Unter­su­chun­gen bei Spit­zen­sport­lern zei­gen, dass die Orthe­sen­ver­sor­gung sich weder nega­tiv auf deren Per­for­mance noch auf den Mus­kel­auf­bau aus­wirkt. Durch Detail­ver­bes­se­run­gen und Modi­fi­ka­tio­nen konn­te die Com­pli­an­ce eben­falls deut­lich ver­bes­sert wer­den, und die Aus­ar­bei­tung der Orthe­sen wur­de wett­kampf­taug­li­cher. Die Tat­sa­che, dass sich Ver­tre­ter unter­schied­li­cher Ski-Natio­nal­mann­schaf­ten in einem Exper­ten­mee­ting erst vor Kur­zem zu einem inten­si­ven Gedan­ken­aus­tausch über die Ver­let­zungs­pro­phy­la­xe von Knie­ver­let­zun­gen tra­fen, zeugt von der Wich­tig­keit des The­mas. Zur wis­sen­schaft­li­chen Beur­tei­lung des pro­tek­ti­ven Poten­zi­als der Neu­kon­struk­ti­on wer­den die Ath­le­ten pro­spek­tiv erfasst, und es wer­den objek­ti­ve und sub­jek­ti­ve Daten ausgewertet.

Die tat­säch­li­che Wirk­sam­keit kann aber letzt­lich nur über eine retro­spek­ti­ve Stu­die ermit­telt wer­den. In einer Fall-Kon­troll-Stu­die soll­te über einen län­ge­ren Zeit­raum die Ver­let­zungs­häu­fig­keit von Prä­ven­the­se­trä­gern mit nicht orthe­tisch ver­sorg­ten Ski­fah­rern ver­gli­chen wer­den. Dazu wird eine Grup­pe von Pro­ban­den gewählt, die in ihren für die Unter­su­chung wesent­li­chen Eigen­schaf­ten wie Alter, Gewicht, Leis­tungs­le­vel und Dis­zi­pli­nen denen der ers­ten Grup­pe in etwa ent­spricht. Im Anschluss an das Matching wird unter Befra­gung der Pro­ban­den und mit Hil­fe sta­tis­ti­scher Aus­wer­tungs­me­tho­den ana­ly­siert, ob die Ver­let­zungs­häu­fig­keit in der ers­ten im Ver­gleich zur zwei­ten Grup­pe gerin­ger oder gleich hoch ist. Dabei sind jedoch exter­ne Fak­to­ren wie die Tail­lie­rung des Skis, die Auf­bau­hö­he von Bin­dungs­plat­ten und Ski­schu­hen sowie die Pis­ten­prä­pa­ra­ti­on bei Ver­glei­chen bei Ver­än­de­run­gen zu beachten.

Ein For­schungs­an­trag beim BISp zur Wei­ter­ent­wick­lung von Funk­ti­on, Wirk­wei­se und Gelenk­me­cha­nik ist gestellt, wodurch die Ver­let­zungs­prä­ven­ti­on noch­mals gestei­gert wer­den soll.

Für die Autoren:
Hart­mut Semsch
Ortho­pä­die-Tech­ni­ker-Meis­ter ORTEMA GmbH
Kurt-Lin­de­mann-Weg 10
71706 Mark­grö­nin­gen
Hartmut.Semsch@ortema.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
Semsch H, Bru­cker P, Huber A, Juni­or V, Spit­zen­pfeil P, Wai­bel K.-H. Return to Sports – Neu­ent­wick­lung einer Knie­orthe­se für den Ski­sport. Ortho­pä­die Tech­nik, 2016; 67 (12): 30–35
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