Verschiebung der Fußbelastung vor (links) und nach (rechts) einem Marathon (Nagel et al. 2008) (Plattformmessung, Roman

Plantardruckmessungen können verwendet werden, um die Belastungen zu beurteilen, denen der menschliche Körper beim normalen Gehen oder beim Sport ausgesetzt ist. Die Messung der Kraftverteilung über die Fußsohle ist nützlich, da sie detaillierte Informationen für jeden Kontaktbereich liefert. Gerade bei Patienten mit diabetischem Fußsyndrom sind diese Daten entscheidend für die Erkennung von Bereichen mit hohen Belastungen und für die Überwachung von Interventionsmaßnahmen.

1 a Fersenschlag: Kleiner Bereich mit hoher Kraft = hoher Spitzendruck; b Mittelstandphase: Großer Bereich mit leicht reduzierter Kraft = niedriger Spitzendruck; c Abstoßphase: Kleiner Bereich mit hoher Kraft = hoher Spitzendruck Fußgeschwüre, die zu späteren Fuß- und Beinamputationen führen, sind häufig auf übermäßigen Druck des Schuhs auf den Fuß zurückzuführen. Der Patient sagt dann oft: „Ich habe die Druckstelle erst bemerkt, als ich Blut am Schuh sah“. Der Patient verspürt durch die Neuropathie keine Schmerzen und bemerkt so den Druckschaden nicht. Die Messung der plantaren Druckverteilung objektiviert den Druck auf die Fußsohle. Drittzahler wollen, dass diese Zusatzleistung bei der Versorgung von Diabetikern abgedeckt wird. Um jedoch vergleichbare Aussagen zur Druckverteilung treffen zu können, bedarf es einer standardisierten Terminologie, biomechanischer Expertise und klarer Standards.
Der menschliche Körper beherrscht die Vorwärtsbewegung, indem er Kräfte in den Boden überträgt. Dies geschieht über die Fußsohle während des Abrollvorgangs. Dies führt zu einer Druckbelastung verschiedener Teile des Fußes, die sich bei Vorliegen von Pathologien erheblich ändern kann. Die Messung der plantaren Druckverteilung hilft uns, quantitative und reproduzierbare Metriken zur Druckbelastung zu erhalten.

Daher hat es einen deutlichen Vorteil gegenüber dem Bauplan, der detaillierte Informationen über die Fußlast liefert, aber nicht ausreichend reproduziert oder quantifiziert werden kann. Im Vergleich zu einer Kraftmessplatte können bei der plantaren Messung der Druckverteilung keine Scherkräfte bestimmt werden; die Information beschränkt sich daher auf die vertikale Komponente der Bodenreaktionskraft. Die Kraftmessplatte gibt jedoch keine Auskunft über die Lastverteilung auf die Fußsohle.

Ziele

  1. Beurteilung der Fußfunktion während des Abrollvorgangs unter dynamischen Bedingungen.
  2. Objektive und reproduzierbare Messung des Plantarfußdrucks.
  3. Gleichmäßige Lastverteilung, Vermeidung von Druckspitzen, Ulzerationen.

Der Druckverlauf zeigt einen bimodalen Verlauf während des physiologischen Walzprozesses (Fig. 1). Beide Peaks treten beim Absenken der Ferse (Beginn der Standphase) und beim Abdrücken des Fußes (Ende der Standphase) auf, wenn eine große Kraft auf einen kleinen Bereich ausgeübt wird. In der Mitte der Standphase, wenn der ganze Fuß Bodenkontakt hat (großflächig), wird der Druck trotz nur leicht abnehmender Krafteinleitung deutlich reduziert.

Technologie: Es gibt verschiedene Technologien zur Druckmessung. Sie unterscheiden sich in Design und Form und haben somit unterschiedliche Anwendungsbereiche. Sie alle teilen die Tatsache, dass die verwendeten Sensoren die aufgebrachte Kraft in ein elektrisches Signal umwandeln, das dann basierend auf einer zuvor durchgeführten Kalibrierung erneut an die Kraft übertragen wird.

Gängige Technologien

Kapazitive Sensoren, mit denen sich zwei Kondensatorplatten aufgrund der aufgebrachten Kraft näher zusammenrücken. Die Ladungsänderung bewirkt eine Spannungsänderung (z.B. Novel, München) (Abb. 2a).
Resistive Sensoren, bei denen die Kontaktfläche zweier leitfähiger Schichten durch die Kraft verändert wird. Die Widerstandsänderung bewirkt eine Spannungsänderung (z.B. GeBioM, RS-scan, Medilogic, Fast Scan/Tekscan) (Abb. 2 c bis e).

Piezoelektrische Sensoren, bei denen die Kraft die Ladungsverteilung in einem Kristallgitter verändert. Die Ladungsverschiebung bewirkt eine Spannungsänderung (z.B. Paromed, Neubeuern) (Abb. 2b).

2 eine Funktionalität eines kapazitiven Sensors: Ist der Sensor unbelastet (A), ist das am Empfänger gemessene Hochfrequenzsignal niedrig. Dieses Signal entspricht Null. Wird der Sensor mit zunehmendem Druck (B und C) belastet, wird der Abstand zwischen den Flächen kleiner und das Signal am Empfänger entsprechend stärker. Somit ist diese Änderung des Empfängersignals ein Maß für den erzeugten Druck (Fig. Novel)b Aufbau des Parotec-Sensors: Piezoresistive Drucksensoren sind in eine Hydrozelle eingebettet und messen dort den Fluiddruck (Abb. Paromed). c Der Druckaufnehmer des Fast Scan Systems besteht aus Widerstandsschichten, die zwischen zwei dünnen Kunststofffolien aufgebracht sind. Die geometrische Anordnung der Leiterbahnen definiert die Größe und Anzahl der einzelnen gitterartigen Elemente, die über die Folie verteilt sind (Fig. Megascan). d Die Drucksensoren im Messsystem GeBioM System sind alle einzeln verdrahtet. (Abb. GeBioM). e Im Medilogic-System werden die Sensoren als Leiterbahnen auf einer flexiblen Sohle aufgebracht (Abb. Medilogic)

Parameter der Druckverteilungsmessung

  1. Maximale Kraft: Beschreibt die vom Sensor gemessene maximale vertikale Kraft über den gesamten Abrollvorgang.
  2. Kontaktfläche: Beschreibt den Bereich aller Sensoren, die während des Walzprozesses Daten geliefert haben
  3. Kontaktzeit: Beschreibt die Dauer des Bodenkontakts.
  4. Spitzendruck: Beschreibt den maximalen Druck, der vom Sensor über den gesamten Walzprozess gemessen wird.
  5. Kraft-Zeit-Integral (Puls): Beschreibt die Zeitdauer, in der die Kraft auf einen bestimmten Bereich des Fußes ausgeübt wird.
  6. Ganglinie: Besteht aus dem Kraftangriffspunkt der einzelnen Messungen und gibt Auskunft über die Stabilität des Fußes und die zeitliche Verteilung des Abrollvorgangs. (Abb. 8).

4 In-shoe Messsystem (GeBioM)

Durchführung des Messverfahrens

5 Demonstration der Druckentlastung durch Diabetes-angepasste Bettwäsche: a) normaler Schuh b) mit Diabetes-angepasster Bettwäsche

  1. Messungen mit Messplattformen (Abb. 3): Messplattformen werden verwendet, um die Belastung des Fußes beim Barfußlaufen zu bestimmen. Sie sollten, wenn möglich, in den Boden gesetzt werden, um eine ebene Oberfläche zu gewährleisten. Messplattformen können dank mehrerer tausend Sensoren eine sehr hohe Auflösung haben.
  2. Messungen mit Messsohlen (Abb. 4): Messung sohlen sind verwendet zu tragen heraus messungen in die schuh. Sie sind laborunabhängig einsetzbar und ermöglichen klinisch relevante Untersuchungen. Insbesondere die Wirkung von Fußorthesen kann mit Messsohlen einfach überprüft und nachgewiesen werden.

6 Demonstration der Druckentlastung durch eine weichpolsternde Fußorthese a) bei einem Patienten mit rheumatoider Arthritis Druckverteilung in einem normalen Schuh b) Druckverteilung mit Fußorthese (bei Schuhmessung durch Novel). 145_154_kap_22_laufbandanalyse_englisch_neu 13.04.16 09:30 Seite 1517 Veränderung des Footprints bei verschiedenen Deformitäten: a) Normalfuß,b) Spreizfußc) Flachspreizfuß (Plattformmaß nach GeBioM)

Anwendungsbereiche

Druckverteilungsmessungen eignen sich besonders für die Diagnostik und Therapiemonitoring bei Erkrankungen des Fußes. Dazu gehören unter anderem:

Diabetes mellitus

Die Kontrolle der Druckbelastung des diabetischen Fußes ist wichtig, da hohe Druckbelastungen ein nachgewiesener Risikofaktor für Ulzerationen sind, die zu Amputationen führen können. Einige Krankenkassen in Deutschland haben den Einsatz von Druckverteilungsmessungen vorgeschrieben, um die druckentlastende Wirkung von diabetesadaptiertem Fußbett zu überprüfen (Abb. 5).

Rheumatoide Arthritis (RA)

Fuß- und Zehendeformitäten treten bei über 90% der Patienten mit rheumatoider Arthritis auf. Infolge der Verschlechterung der Fußfunktion treten unter den Mittelfußköpfen extreme Druckbelastungspunkte auf. Die Folgen sind starke Schmerzen und eingeschränkte Mobilität. Hier kann die Verwendung von Fußorthesen zur Druckreduzierung Schmerzen lindern und die Beweglichkeit verbessern (Abb. 6).

Fuß- und Zehendeformitäten

Veränderungen der Fußbelastung durch Fuß- und Zehendeformitäten spiegeln sich direkt in der Druckbelastung der einzelnen Fußbereiche wider. Neben einer Erhöhung der Druckbelastung im Vorfußbereich bei Spreizfuß- und Zehendeformitäten sind schwere Pes planovalgus-, Spreizfuß- und Plattfußdeformitäten mit einer Zunahme der Kontaktfläche im medialen Metatarsusbereich verbunden (Abb. 7). Andererseits ist die Kontaktfläche des Metatarsus bei Pes cavus-Deformität signifikant reduziert (Abb. 8).

Änderung der Fußbelastung im Sport

Die Druckverteilungsmessung kann die Fußbelastung während und nach sportlichen Aktivitäten wie Laufen effektiv erkennen. Nagel et al. untersuchte die Fußbelastung vor und nach einem Marathon bei 200 Läufern und stellte fest, dass sich die Belastung von den Zehen zu den Mittelfußköpfen verlagerte, was auf einen Verlust der aktiven Zehenfunktion aufgrund von Muskelermüdung hindeutet (Abb. 9).

Druckreduzierung: Grundsätze und Maßnahmen

8 Screenshot der Fußdruckmessung mit Darstellung der maximalen Druckwerte in den verschiedenen Bereichen des Fußes und der Krafteinleitungspunkte der einzelnen Rahmen (Ganglinie) (Plattformmessung von GeBioM)Die Reduzierung der Fußbelastung spielt bei Behandlungen, die auf Pedorthik setzen, eine entscheidende Rolle. Der mittlere Spitzendruck beträgt ca. 40 – 50 N/cm2 beim Barfußlaufen und 20 – 30 N/cm2 im Schuh bei mittlerer Gehgeschwindigkeit. In der Diabetesversorgung wird von einigen Krankenkassen eine Reduktion von mindestens 30% gefordert. Dies wird durch Messung der Druckverteilung ohne und mit der Orthese nachgewiesen.

Es ist bekannt, dass hoher Spitzendruck nicht das einzige Problem bei der Entwicklung von Ulzerationen ist. Tatsächlich hängt es mehr davon ab, wie hoch der Druck und die Expositionszeit auf dem betroffenen Gebiet sind. Dieser Effekt wird durch das Kraft-Zeit-Integral oder den Impuls bestimmt. Da der Impuls jedoch direkt vom Körpergewicht und der Ganggeschwindigkeit abhängt, ist der Einfluss auf diesen Parameter sehr begrenzt. Darüber hinaus führen Gangunsicherheiten im Allgemeinen zu niedrigeren Gehgeschwindigkeiten und erhöhen somit die Dauer der Krafteinwirkung. Dies ist häufig bei Patienten mit peripherer Neuropathie der Fall.

9 Verschiebung der Fußbelastung vor (links) und nach (rechts) einem Marathon (Nagel et al. 2008) (platform measuring, Novel)Bei Behandlungen, die auf Pedorthik beruhen, ist es notwendig, ein gutes Fußbett und eine Schuhmodifikation bereitzustellen, um den Spitzendruck und den Impuls effektiv zu reduzieren. Die diabetes-angepasste Fußbettwäsche kann den Spitzendruck je nach gewähltem Material effektiv reduzieren; während die Schuhmodifikation in Form einer Wippe die Ladezeit für den gefährdeten Bereich so kurz wie möglich hält. Der Rocker sollte durch eine steife Sohle ergänzt werden, um seine Wirksamkeit zu gewährleisten.

Vorteile der Messung der plantaren Druckverteilung

  1. Ermöglicht die Beurteilung von Orthesenschuhen.
  2. Ergänzt in der Diagnostik die klinische Untersuchung.
  3. Hilft, den Grad der funktionellen Beeinträchtigung festzustellen.
  4. Ermöglicht die Ergebnisbewertung nach Abschluss der Therapie (konservativ / chirurgisch).
  5. Monitors healing process and/or ­disease progression.

Adress for the authors:

Dr. Arne Nagel, Michael Möller
Möller Orthopädieschuhtechnik
Johann-Krane-Weg 40
48149 Münster
This article is an excerpt from the book „Pedorthics“, written and published bei René Baumgartner, Michael Möller, Hartmut Stinus.