Die bio­me­cha­ni­sche Belas­tung des nicht betrof­fe­nen Beins bei Men­schen mit ein­sei­ti­ger trans­ti­bia­ler Ampu­ta­ti­on – ein sys­te­ma­ti­scher Literaturüberblick

L. M. Ties­ler, St. Willwacher
Ziel der vor­lie­gen­den Arbeit ist es, die Effek­te der Ver­sor­gung mit einer uni­la­te­ra­len Unter­schen­kel­pro­the­se auf die mecha­ni­sche Belas­tung des Knie- und des Hüft­ge­lenks der nicht betrof­fe­nen Sei­te von Men­schen mit Ampu­ta­ti­on auf der Basis der ein­schlä­gi­gen For­schungs­li­te­ra­tur zu bewer­ten. Dazu wur­de eine sys­te­ma­ti­sche Lite­ra­tur­re­cher­che in der Daten­bank Pub­Med durch­ge­führt. In den ein­ge­schlos­se­nen Stu­di­en wer­den Pro­ban­din­nen und Pro­ban­den mit uni­la­te­ra­ler trans­ti­bia­ler Ampu­ta­ti­on beim eben­erdi­gen Gehen aus­schließ­lich unter Ver­wen­dung pas­si­ver Pro­the­sen bei einer selbst­ge­wähl­ten Geh­ge­schwin­dig­keit bzw. einer Geh­ge­schwin­dig­keit im Bereich von 0,7 bis 1,4 m/s unter­sucht. Bezüg­lich des Knie­ge­lenks berich­ten vier von sechs Ana­ly­sen über eine Erhö­hung des exter­nen Knie­ad­duk­ti­ons­mo­ments auf der nicht betrof­fe­nen Sei­te zwi­schen + 5,1 % und + 31,6 % im Ver­gleich zu einer Kon­troll­grup­pe ohne Ampu­ta­ti­on. Im Ver­gleich zur betrof­fe­nen Sei­te zeig­ten alle ein­ge­schlos­se­nen Stu­di­en ein erhöh­tes exter­nes Knie­ad­duk­ti­ons­mo­ment (+ 5,3 % bis + 56,0 %) auf der nicht betrof­fe­nen Sei­te. Die Unter­su­chun­gen des Hüft­ge­lenks erga­ben bei drei von fünf ein­ge­schlos­se­nen Ana­ly­sen zwi­schen + 5,7 % und + 23,0 % erhöh­te exter­ne Adduk­ti­ons­mo­men­te im Ver­gleich zu einer Kon­troll­grup­pe ohne Ampu­ta­ti­on. Der Ver­gleich mit der betrof­fe­nen Sei­te zeig­te bei allen ein­ge­schlos­se­nen Stu­di­en höhe­re maxi­ma­le Hüft­ad­duk­ti­ons­mo­men­te zwi­schen + 3,1 % und + 39,7 %.

Eine Kom­bi­na­ti­on aus erhöh­ten maxi­ma­len exter­nen Knie- und Hüft­ad­duk­ti­ons­mo­men­ten und einer asym­me­tri­schen Belas­tung der unte­ren Extre­mi­tä­ten kann als Risi­ko­fak­tor für die Ent­ste­hung dege­ne­ra­ti­ver Erkran­kun­gen ange­se­hen wer­den. Die Ergeb­nis­se des Lite­ra­tur­über­blicks zei­gen, dass die mecha­ni­sche Belas­tung (und damit das Risi­ko für die beschleu­nig­te Ent­wick­lung einer Knie- bzw. Hüft­ge­len­kar­thro­se) des nicht betrof­fe­nen Beins nach einer uni­la­te­ra­len trans­ti­bia­len Ampu­ta­ti­on bei Ver­wen­dung pas­si­ver Pro­the­sen­sys­te­me erhöht ist.

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Ent­wick­lung und Eva­lua­ti­on einer 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­orthe­se mit Unter­stüt­zung des Windlass-Effekts

Th. Stief, T. Sprekelmeyer
Eine hohe Beweg­lich­keit des Fußes ist not­wen­dig, um Belas­tun­gen zu dämp­fen. Ande­rer­seits muss der Fuß aber auch eine star­re Kon­fi­gu­ra­ti­on ein­neh­men kön­nen, da er als Hebel für den Vor­trieb essen­zi­ell ist. Gewähr­leis­tet wird dies durch den soge­nann­ten Wind­lass-Mecha­nis­mus („Seil­win­den-Mecha­nis­mus“): Wer­den die Zehen dor­salex­ten­diert, span­nen sich die plan­taren Mus­keln, Seh­nen und Bän­der an – Mit­tel- und Rück­fuß wer­den auf­ge­rich­tet, supi­niert und auf die­se Wei­se ein rigi­der Hebel erzeugt. Bei vie­len Fehl­stel­lun­gen ist die­ser Mecha­nis­mus beein­träch­tigt oder gar nicht vor­han­den; kei­ne Ein­la­ge kann ihn bis­her aktiv unter­stüt­zen oder erset­zen. Die hier vor­ge­stell­te 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­orthe­se unter­stützt den Wind­lass-Mecha­nis­mus, wodurch eine dyna­mi­sche Unter­stüt­zung des Fußes ermög­licht wird. In einer bio­me­cha­ni­schen Stu­die konn­ten die posi­ti­ven Effek­te der 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­orthe­se nach­ge­wie­sen werden.

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„Sen­so­mo­to­ri­sche“ Ein­la­gen­ver­sor­gung – kri­ti­sche Dis­kus­si­on des Begriffs

L. Last­ring
Die Ver­wen­dung des Begriffs der „sen­so­mo­to­ri­schen“ Ein­la­gen­ver­sor­gung erin­nert bis­wei­len an die baby­lo­ni­sche Sprach­ver­wir­rung: Unter dem Sam­mel­be­griff „sen­so­mo­to­risch“ wer­den „propriozeptive“,„afferenzstimulierende“ oder „neu­ro­lo­gi­sche“ Ein­la­gen sub­su­miert, um nur eini­ge zu nen­nen. Manch­mal wer­den die Namen der Ent­wick­ler oder Her­stel­ler als Ergän­zung ange­fügt (z. B. Jahrling‑, Sprin­ger- oder Aich-Ein­la­gen), manch­mal wird in der Bezeich­nung auf die Bau­wei­se ange­spielt (z. B. „Plätt­chen-Ein­la­gen“), manch­mal wer­den Kunst­be­grif­fe gewählt (z. B. „podo­ä­tio­lo­gi­sche“ Ein­la­gen). Die­se sprach­li­che Viel­falt, die auch die tat­säch­li­che Viel­falt der unter­schied­li­chen Kon­zep­te unter dem Ober­be­griff „sen­so­mo­to­risch“ wider­spie­gelt, erschwert die fach­li­che Dis­kus­si­on dar­über, was die­se neue­ren Ein­la­gen­ty­pen tat­säch­lich bewir­ken und wodurch ihre Wir­kung her­vor­ge­ru­fen wird. Ziel die­ses Arti­kels ist es, die­se Viel­falt zu struk­tu­rie­ren, die mög­li­chen Wir­kungs­wei­sen zu dif­fe­ren­zie­ren und kla­re­re Bezeich­nun­gen für die genann­ten Ein­la­gen­ty­pen vorzuschlagen.

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Wir­kung der Zehen­spren­gung im Schuh auf die Bio­me­cha­nik des mensch­li­chen Gangs

F. Sich­t­ing, N. B. Holow­ka, O. B. Han­sen, D. E. Lieberman
Obwohl die meis­ten kon­struk­ti­ven Merk­ma­le heu­ti­ger Schu­he inten­siv erforscht wur­den, ist die Wir­kung der Zehen­spren­gung bis­her kaum unter­sucht. Als Zehen­spren­gung wird der Win­kel zwi­schen der hori­zon­ta­len Boden­ebe­ne und einer Linie vom Abroll­punkt zur vor­de­ren Spit­ze der Schuh­soh­le defi­niert. Die­se bei fast allen Schu­hen vor­han­de­ne Auf­wärts­wöl­bung der Soh­le hebt die Zehen­box vom Boden ab und hält so die Zehen dau­er­haft in einer dor­sal­flek­tier­ten Posi­ti­on. Es ist bekannt, dass die Zehen­spren­gung die Abroll­be­we­gung des Vor­fu­ßes aus der mitt­le­ren Stand­pha­se her­aus erleich­tert, jedoch kann die Zehen­spren­gung auch Aus­wir­kun­gen auf die phy­sio­lo­gi­sche Fuß­funk­ti­on haben. Im Rah­men der vor­ge­stell­ten Stu­die wur­de in einem kon­trol­lier­ten Expe­ri­ment die Aus­wir­kung der Zehen­spren­gung auf die Bio­me­cha­nik des Fußes unter­sucht. Dabei lie­fen die Teil­neh­men­den in spe­zi­ell kon­stru­ier­ten San­da­len mit unter­schied­lich stark gewölb­tem Zehen­be­reich, wodurch Zehen­spren­gun­gen von 10 bis 40 Grad simu­liert wur­den. Mit­tels Tech­ni­ken der inver­sen Dyna­mik konn­te fest­ge­stellt wer­den, dass die Zehen­spren­gung die Gelenk­mo­men­te und die Arbeit an den Zehen in der Form beein­flusst, dass grö­ße­re Gra­de der Zehen­spren­gung zu einem gerin­ge­ren mecha­ni­schen Arbeits­auf­wand beim Gehen füh­ren. Die­se Ergeb­nis­se bie­ten eine Erklä­rung dafür, war­um die Zehen­spren­gung seit Jahr­hun­der­ten ein weit­ver­brei­te­tes Merk­mal von Schu­hen ist, deu­ten aber auch dar­auf hin, dass die Zehen­spren­gung zu einer Schwä­chung der Fuß­mus­ku­la­tur und mög­li­cher­wei­se zu einer erhöh­ten Anfäl­lig­keit für patho­lo­gi­sche Zustän­de wie Plan­t­ar­fas­zii­tis bei­tra­gen kann.

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Bio­me­cha­ni­scher Nut­zen eines frei beweg­li­chen Sys­tem­knie­ge­len­kes mit dyna­mi­schem Extensionsanschlag

D. Böh­le, D. Sab­bagh, J. Fior, R. Gentz
Ganz­bein­orthe­sen (KAFOs) mit frei beweg­li­chen Sys­tem­knie­ge­len­ken wer­den häu­fig bei Pati­en­ten mit neu­ro­lo­gisch beding­ten Geh­stö­run­gen ein­ge­setzt, um Sicher­heit und Sta­bi­li­tät beim Ste­hen und Gehen zu erzie­len. In sol­chen Orthe­sen­ge­len­ken kom­men Exten­si­ons­an­schlä­ge (EA) zum Ein­satz, um einer patho­lo­gi­schen Hyper­ex­ten­si­on des Knies vor­zu­beu­gen. Der dyna­mi­sche EA ermög­licht durch den ein­stell­ba­ren Wider­stand der ven­tra­len Feder­ein­heit eine kon­trol­lier­te Knie­ex­ten­si­on, ohne den Pati­en­ten in sei­nem Bewe­gungs­um­fang ein­zu­schrän­ken. Der Arti­kel erläu­tert zunächst den bio­me­cha­ni­schen Mehr­wert die­ses neu­ar­ti­gen Funk­ti­ons­ele­men­tes und ver­mit­telt sodann die Ergeb­nis­se einer Fall­stu­die, in der ermit­telt wer­den konn­te, dass eine KAFO mit dyna­mi­schem EA im Ver­gleich zum sta­ti­schen EA die Gelenk­ki­ne­ma­tik verbessert.

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Orthe­sen zur Behand­lung der media­len Gonar­thro­se: Funk­ti­ons­prin­zi­pi­en und Wir­kung aus bio­me­cha­ni­scher Sicht – For­schungs­über­blick und prak­ti­sche Relevanz

Th. Schmalz, H. Dre­witz, K. Burkhardt
Das Poten­zi­al von Orthe­sen, die im Rah­men der kon­ser­va­ti­ven Behand­lung der Gonar­thro­se ver­wen­det wer­den kön­nen, wird bis­her nur unzu­rei­chend genutzt. Im Bei­trag wer­den die Wirk­prin­zi­pi­en der gegen­wär­tig nutz­ba­ren Orthe­sen­ar­ten (Knie­orthe­sen, Unter­schen­kel­orthe­sen und Schuhrand­er­hö­hun­gen) unter Aus­wer­tung der ein­schlä­gi­gen inter­na­tio­na­len For­schungs­li­te­ra­tur aus bio­me­cha­ni­scher Sicht zusam­men­ge­fasst und bezüg­lich Zuver­läs­sig­keit und quan­ti­ta­ti­ver Wir­kung mit­ein­an­der ver­gli­chen. Dies wird ergänzt durch Emp­feh­lun­gen aus der Ver­sor­gungs­pra­xis und soll somit Ortho­pä­die­tech­ni­ker bei der Aus­wahl der für den Pati­en­ten opti­ma­len indi­vi­du­el­len Lösung unterstützen.

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Bio­me­cha­ni­sche Simu­la­ti­on orthe­ti­scher Teil­sys­te­me in der Entwurfsphase

M. Böh­me, J. Zentner
Mit Hil­fe bio­me­cha­ni­scher Simu­la­tio­nen kann die Ent­wick­lung orthe­ti­scher Sys­te­me ziel­si­che­rer sowie zeit- und res­sour­cen­ef­fi­zi­en­ter gestal­tet wer­den. In frü­hen Ent­wurfs­pha­sen, wenn die Man­nig­fal­tig­keit in Fra­ge kom­men­der prin­zi­pi­el­ler Lösun­gen noch rela­tiv hoch ist, kön­nen simu­la­ti­ons­ba­sier­te Metho­den hel­fen, die Pro­dukt­ent­wick­lung auf einen Weg mit höchs­ter Erfolgs­wahr­schein­lich­keit zu brin­gen. In die­sem Bei­trag wird für ein zu ent­wi­ckeln­des Bewe­gungs­un­ter­stüt­zungs­sys­tem die Knie­ex­ten­si­on beim Trep­pen­auf­stieg unter­sucht. Für die­se Funk­ti­on wer­den exem­pla­risch drei prin­zi­pi­el­le Lösun­gen (2 × pas­siv; 1 × aktiv) ana­ly­siert. Dazu wer­den die­se in ein Men­sch­mo­dell imple­men­tiert und das Knie­ex­ten­si­ons­mo­ment, basie­rend auf rea­len Bewe­gungs- und Kraft­da­ten, invers berech­net. Im Ergeb­nis zeigt sich, dass alle drei Vari­an­ten den Bewe­gungs­ap­pa­rat unter­stüt­zen, die akti­ve Vari­an­te im Ver­gleich aber bes­ser geeig­net ist.

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Der Ein­satz iner­tia­ler Sen­so­rik zur Bestim­mung indi­vi­du­el­ler Rota­ti­ons­ach­sen im unte­ren Sprunggelenk

S. Schlecht­weg, E.-M. Hau­ser, W. Alt
Indi­vi­du­el­le Prä­ven­ti­ons- und Behand­lungs­stra­te­gien erfor­dern pati­en­ten­spe­zi­fi­sche Kennt­nis­se über ana­to­mi­sche Struk­tu­ren. Obgleich häu­fig als rele­van­ter Fak­tor dis­ku­tiert, gibt es bis­lang kein dia­gnos­ti­sches Ver­fah­ren für die unte­re Sprung­ge­lenk­ach­se, mit dem die Ori­en­tie­rung der Rota­ti­ons­ach­se öko­no­misch und hin­rei­chend genau bestimmt wer­den kann. Ziel der Arbeit ist die Über­prü­fung eines Ver­fah­rens zur Bestim­mung der Ori­en­tie­rung der unte­ren Sprunggelenkachse.

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Zwei mikro­pro­zessor­ge­steu­er­te Pro­the­sen­knie­ge­len­ke im Ver­gleich: Gibt es Unter­schie­de in sicher­heits­re­le­van­ten Alltagssituationen?

T. M. Köh­ler, M. Bell­mann, T. Schmalz
Die zuver­läs­si­ge und siche­re Funkti­onsweise von Pro­the­sen­knie­ge­len­ken ist mit­ent­schei­dend für die erfolg­reiche Reha­bi­li­ta­ti­on von Men­schen mit einer Ober­schen­kel­am­pu­ta­ti­on. Im Rah­men der vor­lie­gen­den Stu­die wur­den sicher­heits­re­le­van­te Gehsi­tuationen (klei­ne Schrit­te, Gehen auf Trep­pe und Ram­pe, Rück­wärts­ge­hen, simu­lier­te Stö­rung der Schwung­phasenextensionsbewegung) an sechs uni­la­te­ral trans­fe­mo­ral am­putierten Per­so­nen mit zwei mikro­pro­zessor­ge­steu­er­ten Kniegelen­ken (C‑Leg 4, Rheo Knee XC) untersucht. 

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Das endo­st­iel­adap­tier­te Exo-Pro­the­sen­ver­sor­gungs­kon­zept „nach Dr. Grundei“

A. Tim­mer­mann, H. Grund­ei
Bereits in den Jah­ren 1999 und 2000 haben die Autoren den Beweis erbracht, dass oberschenkel­amputierte Pati­en­ten mit Pro­the­sen ohne Schaft ver­sorgt wer­den kön­nen. Seit­dem wur­den welt­weit rund 750 Pro­the­sen­an­wen­der mit ihrem ESKA-endo­st­iel­adap­tier­ten Exo-Pro­the­sen­ver­sor­gungs­kon­zept versorgt. 

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