Einlagen: Studiendesigns überdenken
Herr Prof. Baur, wie gut ist die Wirkung von Einlagen auf Fuß- und Überlastungsbeschwerden im Sport untersucht?
Viele klinische Untersuchungen, in jüngerer Zeit auch gut kontrollierte Studien und Erfahrungen aus der praktischen Versorgung zeigen, dass Einlagen bei diesen Beschwerden helfen können. Eine der am häufigsten genannten Erklärungen für die Wirkung von Einlagen ist, dass sie übermäßige Bewegungen des Fußes, insbesondere eine übermäßige Pronation, verhindern, den Fuß aufrichten und dadurch zu einer Neuausrichtung des Skeletts beitragen. Solche Erklärungen gehen davon aus, dass es durch Einlagen zu kinematischen Veränderungen kommt. Der Gedanke dabei ist, dass man einen günstigen Einfluss auf die Eversion des Rückfußes und die Innenrotation der Tibia nehmen und dadurch eine zu starke Pronation einschränken kann, die als Ursache vieler Beschwerden diskutiert wird.
Doch der wissenschaftliche Nachweis für diese Erklärungen ist noch nicht erbracht. Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Studien sind sehr widersprüchlich – einige bestätigten diese Wirkung, andere Studien fanden nur einen geringen oder gar keinen Effekt von Einlagen auf die Fußbewegung und die Skelettausrichtung. Manche stellten einen Effekt auf die Eversion des Rückfußes fest, andere nicht, und genauso heterogen stellten sich die Ergebnisse bei der Innenrotation der Tibia dar. Ursprünglich wurde zudem von einer Kopplung beider Bewegungen ausgegangen. Die Annahme war, dass eine vermehrte Tibiainnenrotation mit einer vermehrten Pronation einhergeht. Dies konnte allerdings nicht bestätigt werden, da kein direkter Zusammenhang beider Bewegungen nachgewiesen werden konnte.
Es scheint sehr schwierig zu sein, Effekte von Einlagen nachzuweisen. Die ersten kinematischen Studien waren noch 2D-Videoanalysen, so wie sie die Pioniere der Bewegungsanalyse, etwa Benno Nigg, in den 1970er-Jahren entwickelt haben. Damit wurde dann zum Beispiel versucht, Veränderungen des Achillessehnenwinkels durch Einlagen zu messen – doch der Nachweis gelang nicht. Als die 3D-Videoanalyse aufkam, hoffte man, durch die genaueren Messmethoden Nachweise erbringen zu können, doch auch da kam man nicht wirklich weiter.
In den 2000er-Jahren kamen die Studien von Stacoff hinzu, der Schrauben (bone pins) in die Knochen drehte und so Erkenntnisse über die realen Bewegungen der Knochen gewinnen wollte. Er kam zu dem Schluss, dass das knöcherne System durch Einlagen nur wenig beeinflusst werden kann und vermutete, dass Einlagen möglicherweise eher über Weichteilverschiebungen oder Reizsetzungen auf Rezeptoren wirken könnten. Trotzdem gab es danach noch viele weitere Studien, die kinematische Effekte von Einlagen zu messen versuchten.
Auch Sie haben diesen Versuch ja jetzt unternommen. Warum haben Sie trotz der bisherigen heterogenen Studienergebnisse versucht, kinematische Effekte nachzuweisen?
Wir wollten wissen, ob eindeutigere Ergebnisse herauskommen, wenn man einige methodische Unzulänglichkeiten, die einige ältere Studien hatten, ausmerzt – oder ob dieser kinematische Ansatz tatsächlich nicht weiterführt. Um genauere Ergebnisse zu erhalten, haben wir zum Beispiel sehr viel mehr Schritte gemittelt, als es andere Studien gemacht haben. Häufig wird gesagt, drei, fünf oder zehn Schritte würden reichen, um einen verlässlichen Mittelwert eines Schrittes zu bekommen. Da wir aber sehr geringe Effekte erwartet haben, haben wir 50 Schritte pro Proband einbezogen.
Mit der heutigen Software ist die Auswertung von so vielen Schritten problemlos möglich. Deshalb würde ich mir das auch für andere Studien wünschen, denn so kommt man zu sehr viel verlässlicheren Durchschnittswerten. Außerdem haben wir versucht, die Variabilität der Ergebnisse bei den Faktoren, die wir beeinflussen können, möglichst gering zu halten. Dies war uns wichtig, gerade weil die bisherigen Einlagenstudien so heterogene Ergebnisse zeigten.
Wie haben Sie das gemacht?
Wir haben zum einen versucht, die Variabilität des Gangs möglichst gering zu halten. Nicht alle Faktoren, die zu dieser Variabilität beitragen, kann man beeinflussen. Zum Beispiel kann man nicht verhindern, dass nicht jeder Schritt des Einzelnen gleich ist oder dass der einzelne Proband auf unterschiedliche Messkonditionen unterschiedlich reagiert. Um jedoch die Unterschiede zwischen den Probanden möglichst gering zu halten, haben wir eine möglichst homogene Probandengruppe gewählt: Sportler, die gewohnt sind, auf dem Laufband zu laufen, und die keine Fußbeschwerden hatten.
Eine weitere ungewünschte Variabilität von Studienergebnissen kann zum Beispiel durch die gewählte Messmethode und ihre Einstellung zustande kommen. Es gibt zum Beispiel ältere Studien, die beim Achillessehnenwinkel oder beim Fuß-Boden-Winkel einen statistisch signifikanten Unterschied von 2 Grad angeben, sich aber nicht fragen, ob das Messsystem einen Winkel von 2 Grad überhaupt auflösen kann. Kann es das nicht, dann sind die angegebenen 2 Grad Unterschied kein verlässlicher Wert.
Diesen Messfehler kann man verringern, indem man mehr Kameras verwendet und diese besser einstellt – da haben wir viel gelernt bei unseren Studien. Wichtig wäre, dass in jeder Studie der Messfehler angegeben wird und dass man offenlegt, bis zu welchem Wert man auflösen kann. Nur Werte, die darüber liegen, können als wirkliche Effekte in der Studie interpretiert werden. Man kann uns allerdings vorwerfen, dass wir unseren Messfehler auch nicht angegeben haben, wir haben ihn aber bei der Auswertung und Interpretation berücksichtigt.
Um genauere Ergebnisse zu bekommen, haben wir außerdem ein Markermodell verwendet, das die Bewegungen des Fußes genauer zeigen kann, als es in den 3D-Studien der 90er-Jahre der Fall war. Damals hat man den Fuß als einen in sich festen Körper betrachtet und geschaut, ob dieser weiter nach innen kippt oder nicht. Bei dem Oxford-Fußmodell, das wir verwendet haben, werden die Marker so gesetzt, dass man Vor- und Rückfuß differenziert betrachten kann. Auch wir haben den gleichen Outcome betrachtet wie diese frühen Studien: Den Achillessehnenwinkel und den Fuß-Boden-Winkel.
Wir wollten genau mit diesen klassischen und etablierten Messgrößen arbeiten, um zu sehen, inwieweit diese Größen aussagekräftig sind, oder ob wir alternative Outcomes entwickeln müssen. Mit dem Oxford-Fußmodell kommen die Ergebnisse differenzierter zustande, weil man den Rückfuß dabei isoliert betrachten kann.
Sie haben den Effekt unterschiedlicher Höhen von Längswölbungsstützen im Vergleich zum Barfußgang und zum Neutralschuh untersucht. Welche Effekte haben Sie gefunden?
Längswölbungsstützen werden ja häufig mit dem Ziel eingesetzt, eine vermehrte Pronation zu verhindern. Die Annahme ist, dass die Längswölbungsstützen die Rückfußeversion und die Innenrotation der Tibia bei der Pronation verringern. Wir wollten wissen, ob unterschiedliche Höhen von Längswölbungsstützen (30 Millimeter, 35 Millimeter und 40 Millimeter) hier unterschiedlich große Effekte erzielen.
Überraschenderweise gab es keinen statistisch signifikanten Unterschied bei den unterschiedlichen Bedingungen – sowohl was die Rückfußeversion, als auch was die Tibiarotation angeht. Für diejenigen, die Längswölbungsstützen erfolgreich bei Überlastungsbeschwerden einsetzen, mag es erstaunlich sein: Es zeigte sich sogar eine höhere Rückfußeversion, also eine stärkere Pronation, beim Tragen von Einlagen im Vergleich zur Barfuß- und zur Neutralsituation. Statt das Bewegungsausmaß des Sprunggelenks zu verringern, scheint eine niedrige Längswölbungsstütze die Gelenkbewegung sogar zu vergrößern. Auch wenn die Ergebnisse hier keinen statistisch signifikanten Unterschied zeigten, haben wir diesen Effekt bei allen Probanden beobachtet.
Hier sieht man aber auch deutlich die Grenzen der kinematischen Betrachtungsweise und der klassischen Messgrößen: Die Bewegungen, die man am Fuß zu erfassen versucht, sind sehr klein und wir arbeiten mit hautbasierten Markern. Die erwartbaren Effekte sind klein, von daher wird es schwierig, dies mit der verfügbaren Methodik sichtbar zu machen.
Würden Sie daraus schließen, dass Einlagen mit Längswölbungsstützen nicht den gewünschten Effekt bei der Behandlung von Überlastungsbeschwerden haben?
Nein, das würde ich daraus nicht folgern. Klinische Untersuchungen zeigen immer wieder, dass Einlagen mit Längswölbungsstützen eine entscheidende Rolle bei der Therapie von laufbedingten Verletzungen spielen. So haben sie zum Beispiel deutliche Effekte auf die Verringerung von Schmerz und die Verbesserung der Fußfunktion bei Läufern mit Überlastungsschäden der unteren Extremität gezeigt. Dass die Effekte auf die Bewegung in wissenschaftlichen Studien noch nicht ausreichend nachgewiesen werden konnte und die Studienergebnisse so heterogen sind, zeigt meiner Meinung nach, dass wir den Wirkmechanismus dahinter noch nicht richtig verstanden haben.
Man könnte aus den heterogenen Studienergebnissen mehrere Schlussfolgerungen ziehen. Eine könnte zum Beispiel sein, dass wir wie beschrieben auf die falschen Parameter schauen. Die meisten Studien betrachten den Achillessehnenwinkel und den Fuß-Boden-Winkel. Als Benno Nigg die ersten 2D-Filmaufnahmen machte, suchte er etwas, das die Pronation abbilden kann. Seine Forschungsgruppe entschied sich dafür, eine Linie auf das Fersenbein und den Unterschenkel zu ziehen und die Veränderung des Winkels zu untersuchen. Dabei ist die Bewegung des Fersenbeins nur eine Komponente der komplexen Pronationsbewegung des Fußes.
Diese Größe war jedoch damals mit 2D-Systemen gut zu betrachten und man wollte erste Einblicke in die Fuß- und Unterschenkelbewegung gewinnen. Seither gibt es diesen Betrachtungsansatz und selbst, als man 3D messen konnte, hat man daran nicht gerüttelt. Die unklaren Forschungsergebnisse haben uns irritiert und wir haben uns gefragt, ob es zu der klassischen Winkelmessung zwischen Körpersegmenten nicht Alternativen gibt.
Gibt es aus Ihrer Sicht andere Möglichkeiten, um die Pronation zu messen?
Messgrößen sollen im besten Fall ein quantitatives Maß für die Abbildung der „Wirklichkeit“ sein. Sie haben aber immer bestimmte Limits, die man kennen muss, um daraus sinnvolle Interpretationen abzuleiten. Patric Eichelberger aus unserem Labor hat in seiner Doktorarbeit zum Beispiel ein Messverfahren entwickelt, das die Bewegung des Os Naviculare erfassen kann. Das Os Naviculare ist der höchste Knochen der Längswölbung. Es senkt sich bei der Pronation ab und wandert nach medial. Patric hat ein einfaches Fußmodell entwickelt, das mit nur vier Markern auskommt und diese Bewegungen zeigen kann. Damit würde man die Pronation nicht mehr über die bekannten Winkel beschreiben, sondern durch Strecken-messungen der Bewegung eines Fußknochens, der an der Pronation wesentlich beteiligt ist.
Erste Messungen haben uns übrigens schon gezeigt, dass es möglich sein könnte, mit diesem Messsystem Effekte von Längswölbungsstützen zu erkennen. Einige wenige Studien anderer Forschungsgruppen gibt es schon, die versuchen, die Absenkung des Naviculare 2D oder 3D von der Seite zu messen. Ich halte das für einen vielversprechenden Ansatz. Zumal die daraus erhaltenen Messgrößen direkten klinischen Bezug haben: In der Orthopädie und Physiotherapie gibt es den „Navicular Drop“-Test, bei dem die Navicularhöhe zwischen Sitzen (teilbelastet) und Stehen (vollbelastet) betrachtet wird.
Man hat so ein Maß für die Absenkung des Gewölbes in einer statischen Situation unter Last. Wir messen nun das Gleiche in der Dynamik und es bedarf keiner großen Erklärung, da jeder diese Messgröße sofort versteht. Ich denke, es ist wichtig, neue Wege einzuschlagen, wenn man merkt, dass einen die klassischen Messgrößen nicht mehr weiter führen. Dabei halte ich es für wichtig, relativ einfache Größen zu suchen, die aber verlässlich Unterschiede zeigen können.
Sollte man aus Ihrer Sicht also neue kinematische Größen entwickeln?
Das wäre sicher eine Möglichkeit. Denkbar ist jedoch auch, dass es insgesamt nicht ausreichend ist, Effekte von Einlagen nur mechanisch zu erklären und mit kinematischen Parametern zu untersuchen. Es gibt ja bereits einige Studien, die diskutieren, ob die Effekte von Einlagen eher auf neuromuskulärer oder sensomotorischer Ebene liegen. Peter Cavanagh hat als einer der ersten den Gedanken formuliert, dass Einlagen die Afferenzen an den Fußsohlen verändern und dass auf diese Weise der motorische Output beeinflusst werden kann. Benno Nigg folgerte aus seinen Ergebnissen, dass sich Gangbilder kinematisch gesehen durch Einlagen nicht oder nur wenig verändern, dass sich aber die muskulären Aktivitäten verändern. Dabei hält er es für günstig, wenn die gleiche Bewegung mit einer geringeren muskulären Aktivität zustanden kommt („preferred movement path“ Theorie).
Auch eine unserer Studien weist darauf hin, dass Einlagen muskuläre Aktivitäten ändern. Wir konnten in einer randomisierten, kontrollierten Studie an 99 Läufern mit Überlastungs-beschwerden zeigen, dass Einlagen die Voraktivierung des Musculus peroneus vor dem Fersenaufsatz steigern. Wie das geschieht, können wir nur vermuten. Die veränderte Muskelaktivität könnte darauf hinweisen, dass wir mit der Einlage an der Längswölbung vielleicht Hautrezeptoren, Muskelspindeln oder Golgi-Sehnen-Apparate des M. peroneus treffen, die diese Reize weiterleiten und damit zur Aktivierung des Muskels beitragen. Anders als Nigg interpretieren wir die höhere muskuläre Aktivität in diesem Fall jedoch als günstig, weil sie zu einer höheren Stabilität im Sprunggelenk beitragen könnte.
In unserer Studie zeigte sich die Änderung der muskulären Vorspannung erst nach einer gewissen Tragezeit. Das könnte darauf hindeuten, dass hier ein Lerneffekt auf neuro-muskulärer Ebene stattfindet. Einlagen könnten dann möglicherweise einen Trainingseffekt haben, der dazu beiträgt, im Bewegungsablauf eine günstigere muskuläre Steuerung zu erzielen und zu erreichen, dass die Muskeln in herausfordernden Situationen günstiger zusammenarbeiten. Um solche Effekte zu untersuchen, muss man jedoch auf jeden Fall eine Studie durchführen, die über einen längeren Zeitraum geht. Wenn es tatsächlich zu Änderungen im sensomotorischen System und auf der Ebene der muskulären Steuerung kommen sollte, dann vollzieht sich das nicht reflektorisch von jetzt auf gleich, sondern durch einen motorischen Lernprozess.
Mit den früheren, rein kinematischen Ansätzen können wir nicht erkennen, ob Einlagen solche Prozesse auslösen. Deshalb bin ich überzeugt, dass wir neue methodische Heran-gehensweisen für Einlagenstudien finden müssen. Womöglich lassen sich Wirkmechanismen von Einlagen eher verstehen, wenn wir auch neurophysiologische Messtechniken in Studien einbeziehen.
Gibt es hierzu schon geeignete Messtechniken?
Es gibt einige Messmethoden, die bereits versuchen, in das sensomotorische System „hineinzuschauen“ – ob damit Effekte bei Einlagen gezeigt werden können, muss noch erprobt werden. Ich denke zum Beispiel an die Messung des Hofmann-Reflexes (H-Reflex), mit der periphere Veränderungen von afferenter Information, deren weitestgehend spinale Modulation und die daraus folgende muskuläre Antwort gemessen werden kann. Oder die transkranielle Magnetstimulation (TMS), die zusätzlich dazu zentrale Modulationen erfassen kann.
Und in Ihrer Zeitschrift haben Sie ja das Interaktive Balancesystem (IBS) vorgestellt, das möglicherweise Aktivitäten auf der Ebene der sensomotorischen Subsysteme messen kann (s. Ausgabe 7/8 2018, S. 12ff.). Leider gibt es noch nicht viele Einlagenstudien, die Veränderungen auf neuromuskulärer und sensomotorischer Ebene in den Blick nehmen. Ich halte es für notwendig, den Blickwinkel zu öffnen und neue Studiendesigns zu entwickeln, um die Effekte von Einlagen besser verstehen zu können.
Halten Sie das für Einlagen jeder Art für sinnvoll?
Ja, ich würde hier keine Unterscheidung zwischen Einlagen, die als „sensomotorische Einlagen“ bezeichnet werden, und klassischen Einlagen oder Sporteinlagen sehen, sondern ähnlich wie Wolfgang Laube sagen, dass jede Einlage sensomotorisch wirkt. In der Studie, die die Veränderung der Voraktivierung des M. peroneus zeigte, haben wir eine movecontrol-Einlage von Ietec und keine speziell „sensomotorische Einlage“ verwendet. Ich selbst vermute, dass die Wirkung von Einlagen immer eine Kombination aus mechanischen und sensomotorischen Effekten darstellt und dass je nach Einlage der mechanische oder der sensomotorische Effekt überwiegt.
Die Produktkategorien „sensomotorische Einlage“ oder „klassische Einlage“, die der Orthopädieschuhmacher in der Versorgung aus praktischen Gründen verwendet, spielen für mich als Wissenschaftler dabei weniger eine Rolle als die Wirkung, die die jeweilige Einlage erzielt. Insofern halte ich es für Einlagen jeder Art für wichtig, sensomotorische Effekte in künftigen Studien stärker zu berücksichtigen.
Das Interview führten Wolfgang Best und Annette Switala
Artikel aus „Orthopädieschuhtechnik“ 10/2018
Literatur
1. Eichelberger P, Blasimann A, Lutz N, Krause F, Baur H. A minimal markerset for three-dimensional foot function assessment: measuring navicular drop and drift under
dynamic conditions. J Foot Ankle Res 2018; Apr 18;11:15. doi: 10.1186/s13047-018-0257-2
2. Wahmkow G, Cassel M, Mayer F, Baur H. Effects of different medial arch support heights on rearfoot kinematics. PLoS ONE 2017 12(3): e0172334. doi:10.1371/journal.pone.0172334.
