Hegewald, Günther: Ganganalytische Bestimmung und Bewertung der Druckverteilung unterm Fuß und von Gelenkwinkelverläufen - eine Methode für Diagnose und Therapie im medizinischen Alltag und für die Qualitätssicherung in der rehabilitationstechnischen Versorgung

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Kapitel 3. Beschreibung des Ganges

3.1. Das Gangbild

Es ist eine Erkenntnis des Alltages, daß der menschliche Gang stark individuell geprägt ist. Er ist z.B. abhängig vom Geschlecht, vom Alter und von persönlichen Lebensbedingungen. Ebenso beeinflußt die seelische Verfassung eines Menschen seinen Gang. Solche Redewendungen wie „er schleicht wie ein geprügelter Hund“ oder „er geht mit stolzgeschwellter Brust“ bringen dies plastisch zum Ausdruck.

Horvath / [3-1] / hat in der deutschen Sprache zum Begriff Gangbild 71 gebräuchliche Wörter festgestellt ( Anhang 2 , Tabelle 18 ), die allgemein erkennbare, abgestufte Gangbildzuordnungen ermöglichen. Die Wörter teilte er in die drei Kategorien Gangkinematik, Gangpantomimik und Gangpathologie ein. Obwohl die Tabelle vermutlich nicht vollständig ist, dokumentiert sie doch eindrucksvoll die inter- und intraindividuelle Gangvarianz. Der Begriff „normaler Gang“ ist daher auf dem Gebiet der Ganganalyse stark umstritten.

Wie Gangstudien an gesunden Menschen verschiedener Altersstufen zeigten, gibt es dennoch Gemeinsamkeiten, welche das Gangbild als normal ausweisen (siehe auch Zitat von Braune und Fischer auf Seite 7 / [2-10] /). Für dieses Gangbild wird in dieser Arbeit in Abgrenzung zum pathologischen Gang die Bezeichnung „unauffälliger Gang“ verwendet.

3.2. Der unauffällige Gang

Inman / [2-19] / verglich den menschlichen Gang mit der Bewegung eines schwach ovalen Rades, welches leicht schlingert und dessen Achse im Hüftgelenk liegt. Sowohl in vertikaler als auch in seitlicher Richtung vollführt der Körperschwerpunkt näherungsweise sinusförmige Schwingungen (s. Abb. 19 ).

Abb. 19: Die Bahn des Körperschwerpunktes (COG) / [2-19] /

Er definierte folgende sechs Determinanten für den normalen Gang / [2-19] /:

  1. Beckenrotation um die vertikale Achse
  2. Seitneigung des Beckens
  3. Hüft- und Kniegelenksbeugung während der Standphase
  4. aktives Fußgelenk
  5. Zusammenspiel der Kniegelenksbeugung mit der Rotation von Unter- und Oberschenkel während der Standphase

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  6. Seitliche Verlagerung des Beckens

Die Wirkung der einzelnen Grundelemente beschrieb er anschaulich an Hand von einfachen Modellen.

Die Beckenrotation führt zur Verringerung der vertikalen Auslenkung des Körperschwerpunktes, ebenso das wechselseitige Heben und Senken des Beckens während des Gehens. Die Kniebeugung kurz nach dem Auftreten dämpft den Aufprall und verringert ebenfalls die Schwerpunktsauslenkung. Das Vorhandensein eines Fußes mit Gelenk und die aktive Arbeitsweise des Sprunggelenkes führt zur weiteren Glättung der Schwerpunktbahn.

Inman ging davon aus, daß die Glättung der Bahn des Körperschwerpunktes vorwiegend der Energieoptimierung des Ganges dient. Es ist jedoch anzunehmen, daß die Evolution des menschlichen Ganges neben der Energieoptimierung weitere Entwicklungsrichtungen besaß. Eine weicher Schwerpunktverlauf schützt z.B. die Gelenke vor harten Stößen / [3-6] , [3-8] /.

Der Mensch mit seiner zweibeinigen und aufrechten Fortbewegung hat eine geringe Standfläche und ein hohe Lage des Körperschwerpunktes. Die geringen Schwankungen der Schwerpunktlage helfen ihm das dynamische Gleichgewicht beim Gehen beizubehalten.

3.2.1. Die Gangphasen

Ein vollständiger Gangzyklus erstreckt sich von einem bis zum nächsten Auftritt desselben Fußes. Er wird als Doppelschritt bezeichnet. Man teilt den Gangzyklus in die Stand- und die Schwungphase. Die Standphase ist die Phase in der das Bein Bodenkontakt hat. Demzufolge ist die Schwungphase der Teil des Ganges, bei dem das Bein in der Luft schwingt.

Die Zeitdauer in der beide Beine am Boden sind heißt Zweibeinstand. Das Gehen unterscheidet sich vom Laufen dadurch, daß die Standphase größer als die Schwungphase ist.

Es hat sich als sinnvoll erwiesen, die Stand- und die Schwungphase in weitere Phasen zu unterteilen (/ [3-2] , [3-3] /). Die Dauer der einzelnen Phasen wird in Prozent Doppelschrittdauer (% DSD) angegeben. Man unterscheidet fünf Phasen innerhalb der Standphase und drei während der Schwungphase. Die nachfolgende Beschreibung der einzelnen Gangzyklen erfolgt zum Teil unter Berücksichtigung der Ergebnisse eigener Untersuchungen. Dies betrifft insbesondere die Lage der Extrema der Gelenkwinkel.

Zum besseren Verständnis der sich anschließenden Erläuterungen sind in Abb. 20 die wesentlichen Bewegungsrichtungen der Gelenke der unteren Extremitäten dargestellt.

Abb. 20: Definition der Bewegungsrichtungen an den Gelenken der unteren Extremitäten


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3.2.1.1. Der Initialkontakt

Der Gangzyklus beginnt mit dem Initialkontakt (IC- Initial Contact, 0 % DSD). Dies ist der Moment in dem das bisher schwingende Bein den Boden berührt. Üblicherweise beginnt der erste Kontakt mit der Ferse. Daher wird dieser Zeitpunkt manchmal auch Fersenkontakt genannt. Um die Definition der Gangphasen jedoch auch für den pathologischen Gang anwendbar zu gestalten, sollte dieser Begriff vermieden werden.

Zum Zeitpunkt des Initialkontaktes befindet sich das Sprunggelenk in Neutralposition. Die Zehen sind gestreckt. Die Dorsal-Flexoren verhindern das „Aufklatschen des Fußes“. Das Knie ist gestreckt. Die Kniebeuger und Kniestrecker stabilisieren das Knie beim Auftritt.

Die Hüfte ist noch gebeugt, aber bereits in der Streckphase. Sie befindet sich in Vorwärtsrotation. Bezüglich der Abduktion bzw. Adduktion ist sie in Neutralstellung. Die Arbeit der Hüftstrecker bremst die Schwungphase ab.

3.2.1.2. Die Belastungsantwort

Dem Initialkontakt folgt die Belastungsantwort (LR - Loading Response, 0 % DSD bis ca. 10 % DSD). In dieser Phase übernimmt das auftretende Bein das Körpergewicht vom kontralateralen Bein. Man befindet sich im ersten Teil des aus zwei Abschnitten bestehenden Zweibeinstandes. Um Bodenkontakt zu gewinnen, wird das Sprunggelenk plantarflektiert. Die aktiven Dorsal-Flexoren verhindern weiterhin ein unkontrolliertes Absenken des Fußes. Die Zehen senken sich in Nullstellung. Zur Stoßdämpfung wird das Knie leicht gebeugt. Die Beugung erfolgt jedoch passiv, das heißt die Knie-Flexoren sind nicht tätig. Das Wirken der Kniestrecker verhindert ein Einknicken im Knie. Kniebeugung und Plantarflexion des Sprunggelenkes dienen der Dämpfung der vertikalen Schwingung des Körperschwerpunktes. Die Vorwärtsrotation des Beckens wird beendet. Die aktiven Hüftabduktoren verhindern eine Beckenkippung. In der Phase der Belastungsantwort , kurz vor dem Abstoß des kontralateralen Beines, befindet sich der Oberschenkel nahezu senkrecht zur Bodenfläche. Durch leichte Oberkörperneigung in Gangrichtung wird der Körperschwerpunkt nach vorn verlagert.

3.2.1.3. Der Mittelstand

Die dritte Gangphase ist der Mittelstand (MST - Midstance, ca. 10 % DSD bis ca. 30 % DSD). Das Standbein hat das Körpergewicht vollständig übernommen. Das Sprunggelenk erreicht in dieser Phase Neutralstellung. Der Fuß stellt einen großflächigen Kontakt zum Boden her. Gegen Ende dieser Phase aktivieren sich die Plantarflexoren des Fußes. Damit wird das Abheben der Ferse vorbereitet. Das Knie ist vollständig gestreckt und die Hüfte erreicht ebenfalls Maximalstreckung. Die Hüftabduktoren sind weiterhin tätig. Die vertikale und laterale Schwingung des Körperschwerpunktes erreichen im Mittelstand ihr Maximum.

3.2.1.4. Der Terminalstand

Die vorletzte Phase innerhalb der Standphase ist der Terminalstand (TST - Terminal Stance, ca. 30 % DSD bis ca. 50 % DSD). Der Beginn dieser Phase ist dadurch definiert, daß sich der Körper relativ zum Fuß des Standbeines vorwärts bewegt. Es wirken weiterhin die Plantarflexoren und das Fußgelenk geht von der Neutralstellung in die Plantarflexion über. Das hat zur Folge, daß sich die Ferse vom Boden abhebt. Knie und Hüfte bleiben gestreckt. Die Hüftadduktoren beginnen ihre Arbeit.

3.2.1.5. Die Prä-Schwungphase

Die Prä-Schwungphase (PSW - Preswing, ca. 50 % DSD bis ca. 60 % DSD) bereitet die Schwungphase des Beines vor. Der Beginn der Phase wird durch das Aufsetzen des kontralateralen Beines definiert. Der zweite Teil des Zweibeinstandes beginnt. Das Sprunggelenk wird immer stärker plantarflektiert, ohne jedoch in dieser Phase das Maximum der Plantarflexion zu erreichen. Es fangen die Dorsal-Flexoren des Fußes an tätig zu werden. Das Knie beginnt sich zu beugen.


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Die Hüftadduktoren und die Hüftbeuger sind aktiv. Kurz vor Beginn der Schwungphase erfolgt die Beugung des Hüftgelenkes.

Der Zeitpunkt des Abstoßes wird manchmal als Zehenabstoß (TO-Toe off) bezeichnet. Man sollte sich aber bei Verwendung des Begriffes bewußt sein, daß beim pathologischen Gang der Abstoß nicht zwangsläufig mit den Zehen erfolgt.

3.2.1.6. Die Frühe Schwungphase

Der erste Teil der Schwungphase ist die Frühe Schwungphase (IS - Initial Swing, ca. 60 % DSD bis ca. 73 % DSD). In diesem Gangzyklus wird das schwingende Bein beschleunigt, um einen ausreichenden Abstand vom Boden zu erhalten. Für den unauffälligen Gang auf ebenen Untergrund wird ein Bodenabstand von ungefähr 2 mm angegeben / [3-4] /, was das hohe Maß der Feinkoordination beim menschlichen Gang verdeutlicht.

Zu Beginn der Frühen Schwungphase erreicht das Sprunggelenk sein Maximum in der Plantarflexion. Die bereits am Ende der Prä-Schwungphase aktivierten Dorsal-Flexoren sorgen für die Dorsal-Flexion des Fußes. Die aktiven Hüftbeuger und die Adduktoren transportieren das schwingende Bein nach vorn und stabilisieren seine Stellung. Die Hüfte wird dadurch weiter gebeugt. Ebenso erfolgt eine passive Beugung des Knies. Der Zeitpunkt des Kniebeugemaximums definiert das Ende dieser Schwungphase.

3.2.1.7. Die Mittlere Schwungphase

Die zweite Phase des Schwunges ist die Mittlere Schwungphase (MSW - Midswing, ca. 73 % DSD bis ca. 87 % DSD). Es wird die Beschleunigung des schwingenden Beines fortgesetzt. Das Sprunggelenk erreicht sein Maximum in der Dorsal-Flexion und dreht sich wieder in Richtung Normalstellung. Die Dorsal-Flexoren bleiben aktiv. Es findet eine passive Knieextension statt. Die Hüft-Flexoren beenden zu Beginn der Mittleren Schwungphase ihre Arbeit. Die Beugung wird passiv fortgesetzt und erreicht in dieser Phase ihr Maximum.

3.2.1.8. Die Terminale Schwungphase

Mit der Terminalen Schwungphase (TSW - Terminal Swing, ca. 87 % DSD bis 100 % DSD) wird der vollständige Gangzyklus abgeschlossen und der Beginn der Standphase vorbereitet. Das Sprunggelenk erreicht Normalstellung. Die Kontraktion der Dorsal-Flexoren fixiert den Fuß in Normalstellung. Es wirken die Knie-Flexoren und Knie-Extensoren und sorgen in Wechselwirkung miteinander für maximale Streckung und Stabilisierung des Knies. Die Hüft-Extensoren bremsen den Vorschwung und beginnen mit der Streckung des Hüftgelenkes.

3.2.1.9. Die Arm- und Kopfbewegungen beim Gehen

Neben den Beinbewegungen sind die Armbewegungen beim unauffälligen Gang das optisch ausgeprägteste Merkmal. Mit Beginn der Schwungphase eines Beines schwingt der kontralaterale Arm annähernd parallel zu diesem. Schulter- und Ellenbogengelenk sind zu Beginn der Schwungphase gestreckt und am Ende gebeugt. Der Arm wird während der Schwungphase am Körper vorbei geführt. Die Rückführung erfolgt während der Standphase des kontralateralen Beines. Das Ausmaß der Armbewegung und der Beugung hängen stark von der Ganggeschwindigkeit ab. Es wird angenommen, daß die Armschwingung dafür sorgt, die Drehbewegung des Oberkörpers so klein wie möglich zu halten / [3-5] /. Diese Annahme stützt sich auf folgende Beobachtung:

Werden die Arme bei gleichbleibender Schrittfrequenz auf dem Brustkorb verschränkt, beginnt der Brustkorb während des Gehens zu rotieren. Da sich Rotationsbewegungen des Brustkorbes auch auf den Halsbereich auswirken, behindern diese die Drehbewegung des Kopfes beim Gehen und damit die Wahrnehmung von Sinneseindrücken.


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Die Bewegung des Kopfscheitelpunktes in vertikaler und horizontaler Richtung ist mit bloßem Auge kaum wahrnehmbar. Wie Braune und Fischer in ihren Versuchen zeigten (vergl. Abschn. 2.2.3.2 : / [2-11] /) kommen die Bahnkurven des Kopfscheitelpunktes denen des Gesamtschwerpunktes nahe. Es kann angenommen werden, daß die Evolution des menschlichen Ganges auch die ungestörte Sinneswahrnehmung beim Gehen zum Ziel hatte.

3.2.2. Energetische Betrachtung des Ganges

Das unauffällige Gehen ist ein sehr energieökonomischer Vorgang. Dies erklärt sich einerseits daraus, daß das Wechselspiel der Gelenke und Muskeln dafür sorgt, daß der COG in vertikaler Richtung relativ gering ausgelenkt wird . Andererseits besteht ein andauerndes Wechselspiel zwischen potentieller und kinetischer Energie (/ [3-6] /). Beim Gang wird - vergleichbar mit einer Achterbahn - kinetische Energie in potentielle umgewandelt und umgekehrt. Es müssen nur die Verluste infolge der Reibung am Boden und des Luftwiderstandes ausgeglichen werden.

Störungen am Bewegungsapparat führen meist zu einen höherem Energiebedarf für den Gang. Ein Oberschenkelamputierter mit Prothese muß z.B. etwa die doppelte Energie aufbringen wie eine Person mit zwei gesunden Beinen / [6-6] /.

Bei der Ganganalyse ist es sinnvoll, den Energieverbrauch entweder pro Zeiteinheit Et oder pro Weglänge Ew anzugeben / [3-9] /.

Der Energieverbrauch Et ist proportional dem Quadrat der Ganggeschwindigkeit v:

Gleichung 1

Die Größen a und b sind personenabhängige Konstanten, die sich naturgemäß im Verlauf der Entwicklungsphasen des Menschen ändern. Der Energieverbrauch pro Wegstrecke Ew ergibt sich aus:

Gleichung 2

Der Energieverbrauch Ew ist eine Funktion der Geschwindigkeit. Um die Geschwindigkeit mit minimalen Energieverbrauch zu erhalten, ist die Gleichung 2 bezüglich v zu differenzieren und der Differentialquotient Null zu setzen. Wir erhalten die optimale Geschwindigkeit bezüglich des Energieverbrauchs vopt:

Gleichung 3

Die optimale Ganggeschwindigkeit vopt ist nur noch eine Funktion der personenabhängigen Konstanten. Wenn einer Person nicht durch äußere Umstände eine Geschwindigkeit aufgezwungen wird (z.B. der schnelle Gang zum Bus oder der gemächliche Schaufensterbummel des Ehemanns mit seiner Gattin), geht diese mit einer ihr als angenehm empfundenen Geschwindigkeit. Diese frei gewählte Geschwindigkeit wird als komfortable Geschwindigkeit vkomf bezeichnet. Diese Geschwindigkeit darf als sehr persönliches Merkmal des Gehverhaltens gewertet werden / [3-5] /. Es ist sehr schwierig, dieses individuelle Gangtempo grundlegend zu ändern.

Inman / [2-19] / bezeichnetet dies als Beispiel für eine grundlegende Eigenschaft des menschlichen Bewegungsverhaltens: Bei freier Wahl des Tempos der Aktivität, wird dieses so gewählt, daß der Energieverbrauch minimal ist. Im Falle des Gehens stellt man Schrittlänge und Schrittfrequenz so ein, daß jeder Meter so energieoptimal wie möglich zurückgelegt wird.


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3.3. Der pathologische Gang

Das Gangbild ist das Ergebnis eines komplexen Zusammenwirkens zwischen zentralem und peripherem Nervensystem sowie dem Stütz- und Bewegungsapparat. Pathologische Änderungen am Bewegungssystem erzeugen häufig ein abnormales Gangbild oder einen gestörten Krafteinsatz, wodurch eine deutliche Unterscheidung vom unauffälligen Gang möglich ist. Einige dieser Besonderheiten lassen sich visuell durch den erfahrenen Beobachter erkennen, andere können nur mit geeigneten Geräten gemessen werden.

Folgende kurze und sicher unvollständige Übersicht der möglichen Ursachen von Gangstörungen soll die große Vielfalt verschiedener Gangstörungen vor Augen führen / [3-10] /:

1.

Beinlängendifferenzen

2.

Fußerkrankungen und Fußdeformitäten

2.1.

Störungen des statischen und dynamischen Gleichgewichtes des Auftrittes durch Fußdeformitäten

 

Spitzfußgang, Hakenfußgang, Klumpfußgang, Knickplattfußgang, Hohlfußgang

 

Spreizfuß und sonstige Vorfußschäden und Zehendeformitäten

2.2.

Versteifungen und schmerzhafte Kontrakturen der Fuß- und Zehengelenke

 

Ankylosen und schmerzhafte Kontrakturen der sublateralen Fußwurzelgelenke

 

Versteifungen des oberen Sprunggelenkes mit und ohne Fehlstellung des Fußes

2.3.

Teilamputationen bis zur vollständigen Exartikulation des Fußes im oberen Sprunggelenk

3.

Kniegelenkschäden

3.1.

Versteifungen

3.2.

schmerzhafte Bewegungskontrakturen

3.3.

Valgus- und Varusdeformitäten bei erhaltener Beweglichkeit

3.4.

Deformitäten und Bewegungsstörungen bei statischen Arthrosen

3.5.

paralytische und neuromuskuläre Knieschäden

3.6.

Schlotterknie und ligamentäre Instabilität

3.7.

Unterschenkelamputaionen bis zur Exartikulation im Kniegelenk

4.

Hüftschäden

4.1.

Ankulosen und Versteifungen

4.2.

Ossäre und fibröse Kontrakturen

4.3.

Lähmungshüfte und neuromuskuläre Insuffizienz

4.4.

Luxationshüfte

4.5.

Kombinationsdeformitäten

4.6.

Amputationen bis zur Exartikulation der Hüfte

5.

Gangstörungen bei Systemerkrankungen des Skelettes

6.

Neuromuskoläre Systemerkrankungen

6.1.

Muskelschäden und Defekte

6.2.

multiple Lähmungen


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Um Gehen zu können, muß das Bewegungssystem in der Lage sein, folgende vier Aufgaben zu bewältigen / [3-11] /:

  1. Jedes Bein muß in der Lage sein, das gesamte Körpergewicht übernehmen zu können.
  2. Die Balance muß auch während des Einbeinstandes beibehalten werden.
  3. Das schwingende Bein muß so eine Position erreichen, daß es die stützende Rolle übernehmen kann.
  4. Um die notwendigen Bewegungen der Gliedmaßen durchführen zu können und den Körper nach vorwärts zu bringen, muß ausreichend Kraft vorhanden sein.

Im Normalfall werden alle diese Anforderungen ohne besondere Probleme und Kraftaufwand erfüllt. Bei einem gestörten Bewegungssystem findet eine Anpassung an die Behinderung statt. Dem Patienten ist die Bewältigung der genannten Aufgaben oft nur mit zusätzlichem Bewegungs- und Kraftaufwand möglich, was mit erhöhtem Energieaufwand einhergeht.

Ein abnormales Gangbild, welches sich deutlich vom unauffälligen Gang unterscheidet, wird als Hinken bezeichnet (Umgangssprachlich versteht man unter Hinken ein auch vom ungeübten Beobachter erkennbares asymmetrisches Gangbild.). So vielfältig die Ursachen des Hinkens auch sein mögen, die Möglichkeiten der Anpassung sind begrenzt. Die pathologischen Grundmuster des Ganges wiederholen sich. Aus dem Gangbild allein kann also nicht mit Sicherheit darauf geschlossenen werden, um welche Art von Störung es sich handelt. Die Ganganalyse kann nur ein Bestandteil einer komplexen Diagnostik sein. Sie muß immer einhergehen mit einer sorgfältigen Anamnese.

Die Vielfalt der Hinkmechanismen erlaubt keine vollständige Beschreibung aller möglichen Formen. Es lassen sich jedoch einige Grundformen definieren / [3-5] , [3-11] /. In einem Grundlagenmaterial für Orthopädie-Studenten an der New York - Universität werden beispielsweise dreizehn grundlegende Hinkmechanismen beschrieben / [3-12] /.

Beispielhaft soll nur noch auf eine weit verbreitete Ganganomalie eingegangen werden, dem Duchenne-Hinken / [3-5] /. Beim Duchenne-Hinken wird im Moment der Belastung des betroffenen Beines der Oberkörper zur Seite dieses Beines verlagert. Während der Phase des Zweibeinstandes ist der Oberkörper aufrecht. Die Oberkörperverlagerungen führen zur Entlastung der Hüftabduktoren und des Hüftgelenkes insgesamt. Es wird daher auch vom „Entlastungshinken“ gesprochen. Sind beide Seiten betroffen, erhält man ein Gangbild welches als „watscheln“ bekannt ist. Die Ursachen für dieses Gangbild sind vielfältig. Sehr verbreitet ist die schmerzende Hüfte von Arthritis-Patienten. Sind die Hüftabduktoren nicht mehr in der Lage, das Becken während des Einbeinstandes zu stabilisieren, dann kann ebenfalls ein Duchenne-Hinken auftreten. Ursache kann der Muskel selbst oder die ihn steuernden Nerven sein. Eine ungleiche Beinlänge kann ebenfalls zum Duchenne-Hinken führen.


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