Untersuchung zur biomechanischen Wirkungsweise von Gonarthrose-Orthesen

Untersuchung zur biomechanischen Wirkungsweise von Gonarthrose-Orthesen

Investigation of the biomechanical effectiveness of valgus-inducing knee braces

Elmar Knopf

Doctoral thesis

Date of Examination: 2010-12-15

Date of issue: 2010-12-08

Advisor: Blumentritt, Siegmar Prof. Dr.

Referee: Nägerl, H. Prof. Dr.

Referee: Crozier, Thomas Prof. Dr. Dr.

Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B16F-A

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Abstract

English

We investigated the biomechanical effectiveness of a valgus-inducing knee brace for 16 patients with medial knee osteoarthritis (mean +/- standard deviation age 56 +/- 10 yr, height 172 +/- 9 cm, mass 83 +/- 12 kg). At the time of investigation, all subjects had been wearing the brace for at least 4 weeks. Besides carrying out standard gait analysis, we calculated the valgus moment generated by the brace. For this purpose we used a novel system that measured the actual deformation of the brace during stance phase and determined the reaction force created by the brace on the leg. The mean maximum value of the orthotic valgus moment was 0,053 Nm/kg, which represents approximately 10 % of the external genu varus moment without the brace. This moment did not induce a significant change in the peak external genu varus moment, but may explain the pain relief reported by patients using such braces in clinical studies. With regard to the horizontal ground reaction force and the exte! rnal knee flexion moment, use of the tested brace also decreased the magnitude of gait asymmetry between the braced and contralateral legs during walking. Presumably the subjects need to walk abnormally to shield the knee from pain was reduced.

Keywords: biomechanics; gait analysis; knee loading; medial knee osteoarthritis; orthopedics; orthotics; pain; rehabilitation; valgus bracing; visual analog scale.

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Wir untersuchten die biomechanische Wirksamkeit einer valgisierenden Knieorthese an 16 Patienten mit medialer Gonarthrose (Mittelwert +/- Standardabweichung Alter 56 +/- 10 Jahre, Größe 172 +/- 9 cm, Gewicht 83 +/- 12 kg). Zum Zeitpunkt der Untersuchung betrug die Tragezeit der Orthese für alle Probanden mindestens 4 Wochen. Zusätzlich zu den bekannten Parametern der Ganganalyse, bestimmten wir das durch die Orthese ausgeübte Valgusmoment. Zu diesem Zweck gebrauchten wir ein neues Verfahren, dass durch Messen der aktuellen Deformation der Orthese die Bestimmung ihrer Rückstellkraft am Bein während der Standphase möglich machte. Der Wert für das von der Orthese ausgeübte mittlere maximale Valgusmoment betrug 0,053 Nm/kg und macht annähernd 10% des externen Varusmoments beim Gehen ohne Orthese aus. Dieses Moment führte nicht zu einer signifikant messbaren Reduktion des maximalen externen Varusmoments am Kniegelenk, bietet aber möglicherweise die Erklärung für di! e in klinischen Studien von Patienten angegebene Schmerzreduktion beim Tragen der Orthese. Liegt der Fokus auf den Werten für die horizontale Bodenreaktionskraft und das extern flektierende Kniemoment zeigt sich eine Abnahme der Gangasymmetrie zwischen dem betroffenen Bein und der Gegenseite. Vermutlich führt das Tragen der Orthese zu einem verringerten Bedarf beim Gehen Schonmechanismen zur Schmerzreduktion einsetzen zu müssen.

Schlagwörter: Biomechanik; Ganganalyse; Knielast; mediale Gonarthrose; Orthopädie; Schmerz; Rehabilitation; valgisierende Knieorthese; visuell analoge Skala.