Einfluss der Ganggeschwindigkeit auf spatio-temporale Gangparameter im Heilungsverlauf osteosynthetisch versorgter Tibiafrakturen und Frakturen des oberen Sprunggelenkes

Abstract

Hintergrund: Tibiafrakturen zählen zu den häufigsten Frakturen langer Röhrenknochen und zeigen mit einer Inzidenz von bis zu 15% eine inadäquate ossäre Konsolidierungen mit Ausbildung einer Pseudarthrose. Pseudarthrosen tragen durch komplexe und oft langwierige Behandlungen zur sozioökonomischen Belastung des Gesundheitssystems bei. Konventionelle radiologische Verfahren stellen zwar den diagnostischen Standard zur Beurteilung der Frakturheilung dar, sind jedoch mit Strahlenexposition und einer beschränkten Aussagekraft hinsichtlich der funktionellen Frakturstabilität verbunden. Daher besteht ein Bedarf an ergänzenden, nicht invasiven Verfahren zur Beurteilung der Frakturheilung und frühzeitigen Identifikation von Komplikationen. Klinische Studien liefern Hinweise, dass Veränderungen spatio-temporaler Gangparameter, wie unter anderem der Schrittlänge, der Schrittfrequenz oder der Dauer der Standphase, Rückschlüsse auf die Rekonvaleszenz nach Tibia- und Sprunggelenkfrakturen ermöglichen könnten. Untersuchungen an Ganggesunden belegen jedoch, dass diese Parameter von der Ganggeschwindigkeit abhängen. Zielsetzung: Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Verlauf der Ganggeschwindigkeit während der Frakturheilung zu untersuchen und den Einfluss der habituellen (beim freien Gehen) sowie der reproduzierbaren graduell gesteigerten (Laufband) Ganggeschwindigkeit auf spatio-temporale (Schrittlänge, prozentuale Standphasendauer, Schritthöhe, Schrittzeit) bzw. variabilitäts- und asymmetriebezogene Gangmerkmale zu analysieren. Methodik/Ergebnisse: In einer prospektiven, longitudinalen Observationsstudie am Universitätsklinikum des Saarlandes wurden 62 PatientInnen (24 Frauen, 38 Männer; mittleres Alter 51,0 ± 16,6 Jahre) mit osteosynthetisch versorgten Tibia- oder oberen Sprunggelenkfrakturen (proximal n = 15; diaphysär n = 12; distal n = 4; OSG n = 31) über sechs Monate zu drei Follow-Up-Zeitpunkten mittels eines kamerabasierten Bewegungserfassungssystem (3D Motion Capture) untersucht. Eine alters- und geschlechts-gematchte Kontrollgruppe aus 19 ProbandInnen (8 Frauen, 11 Männer; mittleres Lebensalter: 50,5 ± 17,6 Jahre) diente zum Vergleich. Die mittlere Ganggeschwindigkeit nahm im sechsmonatigen Beobachtungszeitraum signifikant zu (pV1-2 = 0,002; pV2-3 = 0,022), unabhängig von der Frakturlokalisation (V1 p = 0,188; V2 p = 0,990; V3 p = 0,982). Zum letzten Messzeitpunkt bestand kein signifikanter Unterschied zwischen der Frakturkohorte und der Kontrollgruppe (p = 0,138). Es zeigte sich ein signifikanter linearer Zusammenhang zwischen der Ganggeschwindigkeit und den spatio-temporalen Gangparametern: Bei habitueller Ganggeschwindigkeit korrelierten Schrittlänge (r = 0,425; p < 0,01), Schritthöhe (r = 0,536; p < 0,001) und Schrittzeit (r = - 0,509; p < 0,001) mit dem Gangtempo. Unter reproduzierbaren Laufbandbedingungen zeigten sich noch stärkere Zusammenhänge für Schrittlänge (r = 0,938; p < 0,001), Schritthöhe (r = 0,682; p < 0,001) und Schrittzeit (r - 0,613; p < 0,001). Auch die variabilitätsbezogene Gangdomäne erwies sich als geschwindigkeitsabhängig: Beim Gehen auf ebener Strecke korrelierte die Variabilität der Schrittzeit (r = 0,199; p = 0,032) und der prozentualen Standphasendauer (r = - 0,194; p = 0,036) mit der Ganggeschwindigkeit, während unter den Bedingungen des Laufbands alle der vier untersuchten Variabilitätsparameter vom Gangtempo determiniert waren (Variabilität der Schrittzeit r = - 0,659; p < 0,001, Variabilität der Schrittlänge r = - 0,659; p < 0,001, prozentuale Standphasendauer r = -0,786; p < 0,001, Schritthöhe r = 0,373; p < 0,001). Die asymmetriebezogene Gangdomäne zeigte mit Ausnahme der prozentualen Standphasendauer (r = 0,373; p < 0,001) keinen linearen Zusammenhang mit der habituellen oder reproduzierbaren Ganggeschwindigkeit. Diskussion/Schlussfolgerung: Die Ergebnisse verdeutlichen, dass räumliche und rhythmusbezogene Gangparameter sowie die variabilitätsbezogene Gangdomäne unterschiedlich stark von der Ganggeschwindigkeit determiniert werden und daher als isolierte Indikatoren zur Beurteilung der Frakturheilung nur eingeschränkt geeignet sind. Asymmetriebezogene Parameter könnten hingegen als robuste, weitgehend geschwindigkeitsunabhängige Monitoring-Instrumente zur Verlaufsbeurteilung der Frakturheilung in Betracht gezogen werden.

Background: Tibial fractures are among the most common fractures of long bones and, with an incidence of up to 15%, show inadequate bone consolidation with the formation of nonunion. These contribute to the socioeconomic burden on the healthcare system due to complex and often lengthy treatments. Although conventional radiological methods are the diagnostic standard for assessing fracture healing, they are associated with radiation exposure and limited informative value regarding functional bone stability. Therefore, there is a need for complementary, non-invasive methods for assessing fracture healing and early identification of complications. Clinical studies provide evidence that changes in spatio-temporal gait parameters, such as stride length, stride frequency, or stance phase duration, could allow conclusions to be drawn about convalescence after tibia and ankle fractures. However, studies on healthy walkers show that these parameters are dependent on walking speed. Aim: The aim of this study was to investigate the course of walking speed during fracture healing and to determine the influence of habitual (when walking freely) and reproducible, gradually increased (treadmill) gait speed on spatio-temporal (stride length, percentage stance phase duration, step height, step time) and variability- and asymmetry-related gait characteristics. Methods/Results: In a prospective, longitudinal observational study at Saarland University Hospital, 62 patients (24 women, 38 men; mean age 51.0 ± 16.6 years) with osteosynthetically treated tibial or upper ankle fractures (proximal n = 15; diaphyseal n = 12; distal n = 4; OSG n = 31) were examined over a period of six months at three follow-up points using a camerabased motion capture system (3D Motion Capture). An age- and gender-matched control group of 19 people (8 women, 11 men; mean age: 50.5 ± 17.6 years) served as a comparison. The mean walking speed increased significantly during the six-month observation period (pV1- 2 = 0.002; pV2-3 = 0.022), regardless of the fracture location (V1 p = 0.188; V2 p = 0.990; V3 p = 0.982). At the last measurement point, there was no significant difference between the fracture cohort and the control group (p = 0.138). A significant linear relationship was found between gait speed and spatio-temporal gait parameters: at habitual gait speed, step length (r = 0.425; p < 0.01), step height (r = 0.536; p < 0.001) and step time (r = - 0.509; p < 0.001) with walking speed. Under reproducible treadmill conditions, even stronger correlations were found for step length (r = 0.938; p < 0.001), step height (r = 0.682; p < 0.001) and step time (r - 0.613; p < 0.001). The variability-related gait domain also proved to be speed-dependent: When walking on a flat surface, the variability of step time (r = 0.199; p = 0.032) and the percentage of stance phase duration (r = - 0.194; p = 0.036) correlated with walking speed, whereas under treadmill conditions, all four variability parameters examined were determined by walking speed. (Variability of step time r = - 0.659; p < 0.001, variability of step length r = - 0.659; p < 0.001, percentage of stance phase duration r = - 0.786; p < 0.001, step height r = 0.373, p < 0.001). With the exception of the percentage of stance phase duration (r = 0.373; p < 0.001), the asymmetry-related gait domain showed no linear relationship with habitual or reproducible walking speed. Discussion/conclusion: The results illustrate that spatial and rhythm-related gait parameters as well as the variability-related gait domain are determined to varying degrees by gait speed and are therefore only of limited suitability as isolated indicators for assessing fracture healing. Asymmetry-related parameters, on the other hand, could be considered as robust, largely speed-independent monitoring instruments for assessing the progress of fracture healing.