Einführung
Das paraspastische Gangbild
Das paraspastische Gangbild ist geprägt durch die Verkürzung der Knie- und Hüftflexoren, eine Tonuserhöhung der Mm. gastrocnemii und eine augenscheinlich verzögerte Aktivierung der Mm. peronei. Die Funktion des M. tibialis posterior ist insuffizient, sodass ein Gehen nur mit stark proniertem Fuß möglich ist 1 2.
Häufig wird das Längsgewölbe wegen der verstärkten Pronation aufgefächert, sodass der mediale Vorfußhebel eine pathologische Verlängerung erfährt. Die Ferse zeigt sich dann in valgischer Fehlstellung, und der Fußaufsatz wird mit Vorfußabduktion vollzogen. Dabei ist oft eine Valgisierung des Großzehengrundgelenks zu beobachten. Der Fersenaufsatz ist während des Initialkontakts durch die begleitende spastische Tonuserhöhung der Mm. gastrocnemii nur bedingt möglich. Dies hat wiederum eine Ventralkippung des Calcaneus zur Folge, was eine weitere Fußpronation und damit die Insuffizienz des M. tibialis posterior begünstigt 3 (Abb. 1). Diese Insuffizienz des M. tibialis posterior stört die mediale und laterale Muskelbalance zwischen M. tibialis posterior und M. peroneus erheblich. Dadurch wird die ohnehin schon valgische Fehlstellung im Bereich der Ferse unter Belastung während des Gehens noch einmal verstärkt. Infolgedessen kommt es zu einer weiteren Verkürzung der Mm. gastrocnemii, was unter der Belastung des Gehens die Spastik weiter fördert. Das Resultat aus diesem pathologischen Teufelskreis ist ein Gangbild mit plantarflektierten Sprunggelenken, die mit deutlich ausgeprägten Flexionskontrakturen in den Hüft- und Kniegelenken einhergehen 4 5. Ferner kommt es zu einer ausgeprägten Beckenkippung nach ventral mit pathologischer Hyperlordosebildung im Bereich der Lendenwirbelsäule. Infolge der Ataxie, des unphysiologisch verlagerten Körperschwerpunkts und der reduzierten Fußhebung ist das Sturzrisiko extrem erhöht.
Die sensomotorische Einlage
Das Versorgungsprinzip der sensomotorischen Einlage zielt im Allgemeinen darauf ab, eine statische und dynamische Korrektur von Fußfehlstellungen über eine muskuläre, tonusregulierende Wirkung zu erzielen (Abb. 1 u. 2). Dabei gilt es den Grundsatz „form follows function“ zu berücksichtigen. Das Einlagenrelief wird gemäß der individuellen funktionellen Fußsohlenanatomie gestaltet, wodurch für die Planung, Gestaltung und Dimensionierung einer solchen Einlage stets eine eingehende, mitunter langwierige Untersuchung der Patienten notwendig ist. Bei dieser Untersuchung werden Muskel- und Sehnenansätze palpiert und die Bewegungsumfänge der Gelenke aufgenommen. Im Fokus stehen dabei die muskulären Dysbalancen, die in der Fußfehlstellung und im Bewegungsverhalten deutlich werden. Es ist daher notwendig, eine visuelle Ganganalyse durchzuführen. Mit einem manuellen Blauabdruck der Fußsohlenform oder mittels Scanbild können dann die am Fuß wirkenden Hebelarme ermittelt werden. Für die Ausgestaltung des Einlagenreliefs ist es darüber hinaus wichtig zu wissen, ob und wann der Vorfuß z. B. dynamisch in einer relativen Abduktion oder Adduktion zum Rückfuß steht. Bei einer Abduktion ist der mediale Vorfußhebel verlängert, bei einer Adduktion verkürzt. Mit den vorliegenden Informationen können dann Rückschlüsse gezogen werden, ob die am Fuß supinierend wirkende Muskulatur eher einer hypertonen oder hypotonen Funktion entspricht. So ist z. B. bei einer hypotonen Funktion der mediale Vorfußhebel verlängert, und der Vorfuß steht in relativer Abduktion zum Rückfuß. Das Einlagenrelief wird nun so gestaltet, dass einzelne Muskelfunktionen im Gangzyklus mittels Tonuserhöhung oder ‑reduzierung gesteuert werden und somit Einfluss auf ein pathologisches Gangbild genommen werden kann. Die tonusregulierende Wirkung wird dabei unter Berücksichtigung der Muskel- und Sehnenverläufe erzielt. Eine Tonuserhöhung kann durch eine Verkürzung der entsprechenden Muskelstrecke und eine Tonusreduzierung durch die Verlängerung der Muskelstrecke erreicht werden 6.
Die FES bei der zentralbedingten Fußheberschwäche
Mit der FES wird dem Patienten bei der zentral bedingten Fußheberschwäche die verlorengegangene Anhebung des Fußes während der Schwungphase wieder ermöglicht und somit das Sturzrisiko reduziert. Eine mögliche Elektrodenanlage besteht dabei am M. tibialis anterior und am N. peroneus communis. Funktionell bewirkt die Stimulation am Fuß eine Dorsalextension, die je nach Elektrodenplatzierung sowohl von einer Vorfußabduktion als auch von einer Pronation begleitet werden kann. Die Stärke der einzelnen Stimulationen wird durch die Elektrodenanlage und durch die Frequenz, die Reizstromstärke und das Timing des Fußhebersignals beeinflusst. Dies geschieht gangphasenadaptiert in der Schwungphase und bei Bedarf auch in der Standphase.
In der Regel bestehen die Systeme aus dem Stimulator, einer Unterschenkelmanschette, einem Fersenschalter und den Elektroden. Das Einschalten erfolgt je nach System über eine Fernbedienung oder direkt am Stimulator. Über ein Triggersignal, das vom Fersenschalter generiert wird, wird der Prozess der Signalgebung zur Stimulation der ausgefallenen Muskulatur zur zuvor ausfindig gemachten Gangphase initiiert. Die wiedererlangte Fußhebung verkleinert neben dem Sturzrisiko auch kompensatorische Körperbewegungen, mit denen z. B. die funktionelle Beinverlängerung während der Schwungphase ausgeglichen wird. Der Patient wird dadurch in die Lage versetzt, weitestgehend physiologisch mit der Ferse aufzusetzen und wieder physiologisch abzurollen 7. Für jede Versorgung ist im Vorfeld ein Patientenscreening notwendig. Kontraindikationen wie z. B. Epilepsie, Knie- und Hüftendoprothesen und elektronische Implantate wie z. B. Herzschrittmacher müssen dabei ausgeschlossen bzw. auch mit dem behandelnden Arzt abgeklärt werden.
Das Patientenscreening beinhaltet zudem die Untersuchung der Gelenkfunktion der unteren Extremität. Bei selbstständiger Geh- und Stehfähigkeit wird das unversorgte Gehen und Stehen analysiert. Dabei muss sichergestellt werden, dass die Fußhebung für das spätere Probegehen in der Schwungphase möglich ist, damit ein Fersenaufsatz während der Lastantwort ermöglicht und das Sturzrisiko somit so klein wie möglich gehalten wird. Ferner wird im Sitzen die Elektrodenplatzierung getestet. Dabei wird die Nervenelektrode über dem N. peroneus communis, also im distalen, leicht dorsal versetzten Bereich des Fibulaköpfchens platziert. Die Muskelelektrode wird direkt auf dem M. tibialis anterior platziert, also im anterior-distalen Bereich der Nervenelektrode. Mit der Elektrodenverschiebung am N. peroneus communis nach ventral wird die Fußhebung mehr von einer Adduktion begleitet, mit einer Verschiebung weiter nach dorsal mehr von einer Abduktion (Abb. 3). Das Ziel sollte eine Fußhebung mit 15° Dorsalextension im oberen Sprunggelenk mit ca. 10° Fußaußenrotation sein. Abschließend folgen die ersten Gehversuche und weitere dynamische Optimierungsschritte, sodass diese Werte vor allem während der frühen Schwungphase erreicht werden. So wird z. B. die Stromstärke des Stimulus (mA) angepasst, wobei die Einstellparameter so lange optimiert werden, bis ein weitestgehend physiologisches Gangbild erreicht wird.
Methode
Das Fallbeispiel in der Bewegungsanalytik
Eine Patientin (31 Jahre) mit paraspastischem Gangbild wurde bilateral mit sensomotorischen Einlagen und funktioneller Elektrostimulation (Typ MyGait, Otto Bock HealthCare GmbH, Duderstadt) versorgt. Nach einer dreiwöchigen Adaptationsphase wurden das Einlagenrelief und die FES anhand dynamischer Anproben eingestellt. Im Vordergrund stand dabei die Optimierung des Gangbilds und des Tragekomforts. Anschließend fand eine instrumentierte Ganganalyse (Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK; Kraftmessplatten: AMTI, Watertown, MA, USA) (Abb. 4) mittels des Plug-in-Gait-Modells statt, wobei die Patientin zunächst barfuß, unversorgt und im Folgenden mit Schuhen, SME und dann mit Schuhen, SME und FES vermessen wurde. Die Fersensprengung der verwendeten Straßenschuhe betrug 1,1 cm. In jeder Situation wurden mindestens 5 Trials erfasst und prozessiert. Die Ergebnisse wurden durch eine vergleichende Analyse der Gelenkwinkelverläufe und Bodenreaktionskräfte ermittelt.
Die Kombination der SME mit FES im Detail
Beim verwendeten Einlagenrelief kamen verschiedene Elemente zum Einsatz. Mit der medialen Längsgewölbestütze und dem lateralen Fersenkeil sollte die muskuläre Balance zwischen M. tibialis posterior und Mm. peronei wieder hergestellt werden. Die Längsgewölbestütze soll darüber hinaus die Fersenkippung nach ventral in der Sagittalebene verkleinern, wodurch die Dehnung der Mm. gastrocnemii – also ihre Detonisierung – bewirkt werden soll. Mit der tieferen Lagerung des ersten Os metatarsale relativ zu den anderen Strahlen wird eine Normalisierung des medial erhöhten Vorfußhebels angestrebt, womit dem medialen Längsgewölbe die Möglichkeit für eine supinatorische Aufrichtung eingeräumt wird (Abb. 5). Die retrokapitale Pelotte und der Zehensteg sollen beidseits muskulär eine weitere Detonisierung der Plantarfaszie und der Wadenmuskulatur bewirken. Eine am oberen Sprunggelenk mechanisch dorsalextendierende Wirkung während der Lastübernahme soll dadurch erzielt werden, dass die Pelottenhöhe mit ca. 1,5 cm Aufbauhöhe sehr prägnant gearbeitet wird (siehe Abb. 1).
Ferner sollte der Vorfuß während des Gehens in relativer Abduktion ausgerichtet sein, wobei der Vorfußhebel verkürzt und die supinierend wirkende Muskulatur während der Lastübernahme bis zum Einleiten der frühen Schwungphase in eine vermehrte Funktion überführt wird, sodass das Längsgewölbe mittels der medialen Gewölbestütze mit dem höchsten Scheitelpunkt unterhalb des Sustentaculum tali um ca. 4 cm wieder aufgerichtet werden kann. Es soll die exzentrische Funktion des M. tibialis posterior während der Lastübernahme bis zur terminalen Standphase bei der Fersenanhebung verbessert werden. Mit der Tieferlegung des ersten Os metatarsale soll neben der Verkürzung des medialen Vorfußhebels die exzentrische Muskelarbeit des M. flexor hallucis longus während der Fersenanhebung gefördert werden, was mit einer ca. 8 mm starken Vorfußaußenranderhöhung verfolgt wurde. Mit dem lateralen Fersenkeil soll zudem der Calcaneus stabilisiert und die Valgisierung während der mittleren Standphase aufgehoben werden.
Die bipolare Elektrodenanlage des FES-Systems kann neben der Dorsalextension eine Vorfußabduktion und eine Pronation bewirken. Weil der Vorfuß bereits pathologisch abduziert und das Längsgewölbe proniert, ist diese Stimulation kontraindiziert und muss zwingend vermieden werden. Mittels Probestimulation wurde deshalb die Elektrodenplatzierung auf der Hautoberfläche über dem M. tibialis anterior und über dem N. peroneus communis auf Höhe des Fibulaköpfchens ca. 1,5 cm nach dorsal verschoben vorgenommen. Die Position wurde dabei so lange optimiert, bis der Fuß ohne signifikante Abduktion und Pronation im Sitzen gehoben werden konnte. Nun folgte eine dynamische Optimierung des Stimulationssignals (Abb. 6).
Ergebnisse
Während des initialen Bodenkontakts änderte sich der Winkel des oberen Sprunggelenks signifikant von ‑10° unversorgt zu 4° mit SME und zu 9° mit SME und FES. Die Maximalwerte der Dorsalextension in der terminalen Standphase steigerten sich signifikant von 9° unversorgt auf 18° mit SME und auf 16° mit SME und FES (Abb. 7). Die Fußaußenrotation wurde signifikant in der mittleren Standphase von 12° unversorgt auf 1° mit SME bzw. auf 4° mit SME und FES korrigiert. Während der mittleren Schwungphase änderten sich die Innenrotationswerte versorgungsabhängig von 8° unversorgt auf 12° mit SME und 17° mit SME und FES (Abb. 8). Die Kniewinkelverläufe zeigten eine konsekutive Reduzierung der Knieflexionswerte während der initialen bis mittleren Schwungphase von 50° unversorgt zu 43° mit SME und 39° mit SME und FES. Dies korrespondiert mit einer Verminderung der Knieflexion in der frühen Schwungphase mit 33° unversorgt zu 30° mit SME und zu 27° mit SME und FES (Abb. 9). Die sagittale Drehmomentanforderung im oberen Sprunggelenk konnte beidseitig zu Beginn der mittleren Standphase von 17,5 Nmm/kg unversorgt auf 11,1 Nmm/kg mit SME und 5,0 Nmm/kg mit SME und FES reduziert werden (Abb. 10). Die Drehmomentanforderung im Knie zeigt während der terminalen Standphase bis zur frühen Schwungphase eine Varianzreduzierung durch SME und durch SME mit FES. Während der Lastübernahme erzielen sowohl SME als auch SME und FES im Vergleich zur unversorgten Situation während der Standphase eine Verminderung der knieflektierenden Momente.
Diskussion und Schlussfolgerung
Mit beiden Versorgungen ist eine deutliche Verbesserung des paraspastischen Gangbilds zu erzielen. Die SME-Versorgung berücksichtigt dabei eine Kombination aus Rückfußstabilisierung mit medialer und lateraler Anstützung und bewirkt somit eine standphasenabhängige Reduzierung des Abduktion auf den Vorfuß. In Kombination mit dieser Rückfußkorrektur wird die Dorsalextension mit Hilfe der retrokapitalen Pelotte mit Zehensteg deutlich erhöht. Dieses Ergebnis führen die Autoren unter anderem auf die Tonuserhöhung der Mm. tibialis anterior und posterior zurück. In der Frontalebene wird die Valgisierung des Calcaneus aufgehoben, wobei durch das physiologische Aufrichten die muskuläre Insuffizienz des M. tibialis posterior gelöst wird. Die Längsgewölbestütze scheint die Detonisierung der Mm. gastrocnemii und die retrokapitale Pelotte sowie der Zehensteg scheinen beidseits eine weitere Detonisierung der Plantarfaszie und der Wadenmuskulatur zu bewirken.
Im Zusammenspiel mit der FES wird die ohnehin schon vermehrte Vorfußabduktion nochmals erhöht. Gleichzeitig wird die Fußhebung durch die FES weiter verstärkt 7 8 9, was insbesondere während des initialen Bodenkontakts, aber auch während der Schwungphase ohne eigentliche Wirkung der SME deutlich wird. Im Ergebnis wurde eine schwungphasenabhängige Fußhebung ermöglicht, die gleichzeitig eine kniestreckende Wirkung erzielt. Die durch konsekutive Versorgung bedingte stufenweise Reduzierung der Drehmomente im oberen Sprunggelenk zeigt auf, dass allein mit einer effektiven Einlagenversorgung eine signifikante Energieersparnis zu erreichen ist. Diese kann durch eine Kombinationsversorgung mit FES noch einmal deutlich gesteigert werden. Beide Versorgungen wirken dabei am Fuß gegenläufig rotatorisch. Aus der Sagittalebene betrachtet wird die Lastübernahme in der Standphase mit Näherung zur physiologischen Knie- und Hüftstreckung augenscheinlich mit verbesserter Rumpfstabilität und weniger kompensatorischen Bewegungen im Oberkörper ermöglicht. Die Stimulationssignalintensität erhielt am Ende der Untersuchung noch einen variablen Wertebereich, sodass der Patientin eine situationsbezogene Anpassung im Alltag erhalten blieb.
Für die Autoren:
Oliver Umbach
John+Bamberg GmbH & Co. KG
Anna-von-Borries-Straße 2
30625 Hannover
umbach@john-bamberg.de
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