Tübingen, Univ., Diss., 2006.

Universiẗat, Diss., 2004--München.

Universiẗat, Diss., 2005--Kiel.

Freie Universiẗat, Diss., 2005--Berlin. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format. Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2005.

Seitdem erste Hominiden vor ca. 6 bis 7 Mio. Jahren begannen, aufrecht zu gehen, ist die Fußsohle der einzige physische Kontakt zum Untergrund. Dieser einzigartigen Situation entsprechend, werden die Signale plantarer Mechanorezeptoren nicht nur zur Wahrnehmung der Beschaffenheit und Struktur des Untergrundes genutzt. Ihre Afferenzen sowie resultierende Efferenzen tragen auch zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts bei. Mit dem Ziel, die plantare Sensibilität besser zu verstehen und quantifizieren zu können, erforscht diese kumulative Doktorarbeit zwei nahezu omnipräsente Einflussfaktoren der plantaren Sensibilität. Da das Körpergewicht beim Stand und im Gang jederzeit auf den Fußsohlen lastet, behandelt der erste Beitrag den Einfluss eines Auflagekraft auf die plantare Vibrationswahrnehmung (Studie 1). Anhand der Ergebnisse wird erörtert, welche Ursachen für den Zusammenhang zwischen Auflagekraft und Vibrationssensibilität verantwortlich sein könnten, und welche Möglichkeiten sich für eine Standardisierung der Auflagekraft bei der Erhebung von VPTs ergeben. Die darauffolgenden Beiträge thematisieren den Einfluss der mechanischen Hauteigenschaften auf die plantare Sensibilität. In Studie 2 wird aus evolutionsbiologischer Perspektive die Hauthärte und Epidermisdicke sowie die Vibrationssensibilität barfuß lebender und schuhtragender Probanden verglichen. Dabei wird untersucht, ob Hornhaut - eine natürliche Anpassung zum Schutz vor hohen mechanischen Belastungen - die plantare Sensibilität einschränkt und Gangparameter während des initialen Fersenaufsatzes modifiziert. Der dritte Beitrag behandelt den Effekt einer Abrasion der plantaren Hornhaut auf die plantare Vibrations- und Druckwahrnehmung (Studie 3). Das mechanische und sensorische Verhalten der Haut gegenüber den applizierten Reizen wird im Rahmen der Ergebnisse diskutiert, und resultierende Vor- und Nachteile der angewandten Methoden zur Erhebung der plantaren Sensibilität aufgezeigt. Die Zusammenfassung aller Untersuchungen in der finalen Diskussion betrachtet die wichtigsten Ergebnisse unter Einbezug der aktuellen Literatur und bildet eine Wissensbasis, auf die zukünftige Forschungsprojekte zum tieferen Verständnis des Einflusses von Druckbelastungen und Hauteigenschaften auf die plantare Sensibilität aufbauen können.:Inhaltsverzeichnis VIII Abbildungsverzeichnis X Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XIII 1 Motivation und Struktur der Arbeit 15 2 Grundlagen unbehaarter Haut 21 2.1 Zum Aufbau der unbehaarten Haut 23 2.1.1 Hypodermis 23 2.1.2 Dermis 24 2.1.3 Basalmembranzone 25 2.1.4 Epidermis 26 2.1.5 Besonderheiten plantarer Haut 31 2.1.6 Zur Adaptionsfähigkeit plantarer Haut 32 2.2 Zur Mechanorezeption unbehaarter Haut 34 2.2.1 Meissner Körperchen 35 2.2.2 Vater-Pacini-Körperchen 36 2.2.3 Merkelzell-Neuriten-Komplex 37 2.2.4 Ruffini-Körperchen 39 2.2.5 Reizweiterleitung und Verarbeitung 40 2.2.6 Zur Mechanorezeption plantarer Haut 42 3 Methodische Hinweise 44 3.1 Quantifizierung kutaner Mechanorezeption 44 3.1.1 Vibrationswahrnehmungsschwellen 45 3.1.2 Semmes-Weinstein-Monofilamente 47 3.2 Quantifizierung mechanischer Hauteigenschaften 48 3.2.1 Durometer 48 3.2.2 Ultraschall 49 4 Eigener Beitrag 51 4.1 VPTs of Skin Mechanoreceptors are influenced by different contact forces 51 4.2 Foot callus thickness does not trade off protection for tactile sensitivity during walking 54 4.3 Does plantar skin abrasion affect cutaneous mechanosensation? 58 5 Diskussion 61 5.1 Einfluss des Auflagedrucks auf die plantare Vibrationswahrnehmung 61 5.1.1 Welche Auflagekraft sollten Vibrationswahrnehmungsschwellen nutzen? 66 5.1.2 Effekt der Auflagekraft in aufrechter Körperposition 67 5.2 Einfluss mechanischer Hauteigenschaften auf die plantare Mechanorezeption 69 5.2.1 Einfluss auf Vibrationswahrnehmungsschwellen 71 5.2.2 Einfluss auf Semmes-Weinstein-Monofilamentschwellen 73 6 Zusammenfassung 76 7 Literaturverzeichnis 78 8 Anhang 95

BACKGROUND: Missed foot fractures are a known problem in the care of the traumatized patient. They do not usually have an influence on the survival, but on the long-term result and the quality of the patient's life. The aim of this study is to find out how many of these fractures are overlooked in a Level I trauma center and what the consequences for the patients are hypothesing that patients with a delayed diagnosis will have worse clinical results. METHODS: Forty-seven patients (7.3%) with foot fractures could be identified in 642 polytrauma patients, retrospectively. All patients were divided into two groups: early diagnosed fractures and delayed diagnosed fractures, the latter defined as diagnosed after Secondary Survey. Patients were evaluated according to the Hannover Outcome Score, the Short Form-36 Health Survey, the AOFAS Score and the Hannover Scoring System. The average follow-up was 5 years and 8 months. Reasons for overlooking a foot fracture were analyzed. RESULTS: The foot fracture was early diagnosed in 26 (55.3%) patients, but delayed in 21 (44.7%). There were no significant differences in the mean stay in the hospital or in the ICU. The fractures that were most often missed were those of the cuboid or the metarsalia. The highest risk factor for a delayed diagnosis was a fracture already diagnosed on the same foot. In 52.4% of the delayed diagosed fractures, an operative therapy was necessary. There were no significant differences between the two groups in the clinical results. CONCLUSIONS: In summary, the results of this study show that foot injuries can be a safety problem for the patient and the examination of the feet in the trauma room has to be a compulsory part of the algorithm. Although the majority of delayed diagnosed foot fractures demonstrated comparable results to the immediately diagnosed fractures, approximately 10% might have benefited from an earlier diagnosis. Even if there were no significant differences in the clinical results, we have to be aware that missing a fracture in the foot can lead to worse results in the complete polytrauma care.

BACKGROUND: Missed foot fractures are a known problem in the care of the traumatized patient. They do not usually have an influence on the survival, but on the long-term result and the quality of the patient''s life. The aim of this study is to find out how many of these fractures are overlooked in a Level I trauma center and what the consequences for the patients are hypothesing that patients with a delayed diagnosis will have worse clinical results. METHODS: Forty-seven patients (7.3%) with foot fractures could be identified in 642 polytrauma patients, retrospectively. All patients were divided into two groups: early diagnosed fractures and delayed diagnosed fractures, the latter defined as diagnosed after Secondary Survey. Patients were evaluated according to the Hannover Outcome Score, the Short Form-36 Health Survey, the AOFAS Score and the Hannover Scoring System. The average follow-up was 5 years and 8 months. Reasons for overlooking a foot fracture were analyzed. RESULTS: The foot fracture was early diagnosed in 26 (55.3%) patients, but delayed in 21 (44.7%). There were no significant differences in the mean stay in the hospital or in the ICU. The fractures that were most often missed were those of the cuboid or the metarsalia. The highest risk factor for a delayed diagnosis was a fracture already diagnosed on the same foot. In 52.4% of the delayed diagosed fractures, an operative therapy was necessary. There were no significant differences between the two groups in the clinical results. CONCLUSIONS: In summary, the results of this study show that foot injuries can be a safety problem for the patient and the examination of the feet in the trauma room has to be a compulsory part of the algorithm. Although the majority of delayed diagnosed foot fractures demonstrated comparable results to the immediately diagnosed fractures, approximately 10% might have benefited from an earlier diagnosis. Even if there were no significant differences in the clinical results, we have to be aware that missing a fracture in the foot can lead to worse results in the complete polytrauma care.

Background: Various ankle ligaments have different structural composition. The aim of this study was to analyze the morphological structure of ankle ligaments to further understand their function in ankle stability. Methods: One hundred forty ligaments from 10 fresh-frozen cadaver ankle joints were dissected: the calcaneofibular, anterior, and posterior talofibular ligaments; the inferior extensor retinaculum, the talocalcaneal oblique ligament, the canalis tarsi ligament; the deltoid ligament; and the anterior tibiofibular ligament. Hematoxylin-eosin and Elastica van Gieson stains were used for determination of tissue morphology. Results: Three different morphological compositions were identified: dense, mixed, and interlaced compositions. Densely packed ligaments, characterized by parallel bundles of collagen, were primarily seen in the lateral region, the canalis tarsi, and the anterior tibiofibular ligaments. Ligaments with mixed tight and loose parallel bundles of collagenous connective tissue were mainly found in the inferior extensor retinaculum and talocalcaneal oblique ligament. Densely packed and fiberrich interlacing collagen was primarily seen in the areas of ligament insertion into bone of the deltoid ligament. Conclusions: Ligaments of the lateral region, the canalis tarsi, and the anterior tibiofibular ligaments have tightly packed, parallel collagen bundles and thus can resist high tensile forces. The mixed tight and loose, parallel oriented collagenous connective tissue of the inferior extensor retinaculum and the talocalcaneal oblique ligament support the dynamic positioning of the foot on the ground. The interlacing collagen bundles seen at the insertion of the deltoid ligament suggest that these insertion areas are susceptible to tension in a multitude of directions. Clinical Relevance: The morphology and mechanical properties of ankle ligaments may provide an understanding of their response to the loads to which they are subjected.

Im Zentrum dieser kumulativ angefertigten Dissertation stehen vier Untersuchungen, welche den menschlichen Fuß in Abhängigkeit unterschiedlicher Belastungssituationen betrachten und das Verständnis bezüglich seiner funktionellen Anatomie und Biomechanik erweitern sollen. Die einzelnen Studien werden dabei in einer Gesamtschau zusammengetragen. Der erste Beitrag beschäftigt sich mit Trainingsmöglichkeiten der intrinsischen Fußmuskulatur. Der Fokus liegt dabei auf der Ermittlung anatomischer Anpassungserscheinungen und der Untersuchung, wie sich diese auf die Funktionalität des Fußes auswirken. Trotz einer Zunahme des Muskelquerschnitts konnten keinerlei Veränderungen hinsichtlich der Fußfunktionalität festgestellt werden. Daraus wurde die Frage abgeleitet, ob der verwendete Navicular Drop-Test als Vertreter statischer Testverfahren in der Lage ist, das Zusammenspiel der einzelnen Fußstrukturen abzubilden und darüber hinaus Veränderungen zu detektieren. Der zweite Beitrag schließt an diese Frage an und fokussiert sich mit der markerbasierten dreidimensionalen Bewegungsanalyse auf ein Messsystem, welches die Möglichkeit bietet, die Verformung des Fußes zusätzlich auch in dynamischen Belastungssituationen, wie zum Beispiel dem Gehen, zu erfassen. Dabei besitzen die Hautrigidität und die verwendete Markergröße nur einen geringen Einfluss auf die Berechnung gängiger Parameter zur Charakterisierung der Fußverformung. Gemeinsam bilden diese beiden Beiträge die Grundlage für ein anschließendes Experiment, in welchem der Windlass-Mechanismus genutzt wird, um die Fußfunktionalität in statischen und dynamischen Belastungssituationen zu untersuchen und mögliche Unterschiede aufzudecken. Die ermittelten Abweichungen zwischen den beiden Belastungssituationen lassen den Schluss zu, dass statische Experimente nur sehr bedingt dafür geeignet sind die Funktionalität des Fußes in der Dynamik zu beschreiben. Der letzte Beitrag beschäftigt sich mit einer detaillierten Betrachtung der evolutionären Entwicklung der Plantaraponeurose, da diese häufig als einzigartige Anpassungserscheinung des Menschen an die zweibeinige Fortbewegung angesehen wird. Dabei zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die Plantaraponeurose kein menschliches Alleinstellungsmerkmal darstellt und sich in mehreren Primatenarten unabhängig voneinander entwickelte. Die Entwicklung dieser Struktur scheint von der Fortbewegungsform und den damit einhergehenden Belastungen abhängig zu sein. Im Anschluss setzt sich die Abschlussdiskussion mit Möglichkeiten und Grenzen biomechanischer Untersuchungen des menschlichen Fußes auseinander und beschäftigt sich mit der Frage, wie eine möglichst gesamtheitliche Betrachtung gelingen kann.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Erfassung kindlicher Fußformtypen anhand ihrer morphologischen Struktur. Vor dem Hintergrund der beträchtlichen Variabilität kindlicher Füße liegt das Erkenntnisinteresse insbesondere in der Erarbeitung eines Typisierungsansatzes, mit dem die kindliche Fußvielfalt in einem geordneten und vereinfachenden System gefasst werden kann. Ziel ist es, daraus ableitend, Informationen über die Entwicklung der kindlichen Fußform sowie über Verhältnisse des Fußwachstums bereitzustellen (klinisch-orthopädisch orientierte Typologie). Neben dem Alter der Kinder, werden das Geschlecht und der Body Mass Index (BMI) als weitere Einflussfaktoren mitberücksichtigt. Im Weiteren wird dieser Typisierungsansatz im Hinblick auf eine für den Schuhbau umsetzbare Typologie modifiziert (schuhspezifischen Typologie). Zur Konstruktion der Typen dienen clusteranalytische Verfahren. Als Resultat der differenzierten – klinisch-orthopädisch orientierten – Typenbildung können fünf verschiedene Fußtypen identifiziert werden: flacher, schlanker, kräftiger, kurzer und langer Fußtyp. Hinsichtlich des Vorkommens der fünf Typen zeigen sich signifikante Zusammenhänge bezüglich des Alters, Geschlechts und BMI. Im Rahmen der schuhspezifischen Typologie können drei Typen, auf der Grundlage von fünf für den Schuhbau relevanten Merkmalen (Ballenlänge, -winkel, -breite, Spannhöhe und Fersenbreite) generiert werden. Die Betrachtung der drei Typen über alle Schuhgrößen zeigt – analog zur Altersverteilung der differenzierten Typologie – eine größenabhängige Verteilung im Sinne eines Proportionswandels der kindlichen Fußdimensionen. Um den alters- bzw. schuhgrößenspezifischen Proportionen der kindlichen Fußform gerecht zu werden, wird eine stratifizierte Analyse in drei Schuhgrößenblöcken angeschlossen. Im Ergebnis führt dies zu einer drei (Schuhgrößenblöcke) x drei (Typen)-Clusterlösung. Durch diese neun verschiedenen Typen wird die große Variabilität der Fußmaße auf der einen Seite sowie das Wachstum des Kinderfußes – im Sinne des Proportionswandels – auf der anderen Seite, als Grundlage für ein neues Kinderschuh-System berücksichtigt. Dadurch hebt sich das neue System deutlich von bisherigen Konzepten ab, indem die Gestaltunterschiede des Fußes im Sinne eines (mehrdimensionalen) Typisierungsmodells umfassender erfasst werden können. / The object of the present study is to distinguish foot shape types in children based on their morphology. Because of the great amount of variability of children’s feet, a new approach of typifying has been developed to capture the variability of the feet in a structured and simplified model. The aim of this is to gain information about the development of children’s foot shape and the change in proportions throughout childhood (clinical-orthopaedic oriented typology). In addition to the age of the children, gender and Body Mass Index (BMI) are considered. Subsequently, this approach is modified to a typology which is practical for shoe construction (shoe specific typology). Foot types are generated using cluster analysis techniques. As a result of the clinical-orthopaedic oriented typology, five different foot types could be identified: flat, slender, robust, short and long. There are statistically significant differences in the prevalence of the five foot types regarding age, gender and BMI of the children. In the context of the shoe specific typology, three foot types could be identified which are based on five relevant foot measures used in shoe construction (ball-of-foot length, angle, and width, dorsal arch height, heel width). Foot dimensions change their proportions throughout the course of the different shoe sizes as children's feet grow - analogous to the age-related changes of the clinical-orthopaedic oriented typology. Therefore, a stratified analysis for each of the three different foot size sectors will be done to allow for the age and size related change of proportions. Based on the results of this analysis, a three (shoe size sectors) by three (types) cluster solution was generated. These nine foot types are the basis for a new approach for constructing children’s shoes, which allows for the great variability of the foot measures on the one hand, as well as the change of proportions throughout childhood on the other. Thus, this new approach contrasts with previous approaches by gathering the differences in foot shape in terms of a (multidimensional) typing model in a comprehensive way.