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Effectiveness of a foot orthosis on muscular activity in functional ankle instability

Der Einfluss einer Schuheinlage auf die muskuläre Aktivität bei funktioneller Sprunggelenksinstabilität

  • A majority of studies documented a reduced ankle muscle activity, particularly of the peroneus longus muscle (PL), in patients with functional ankle instability (FI). It is considered valid that foot orthoses as well as sensorimotor training have a positive effect on ankle muscle activity in healthy individuals and those with lower limb overuse injuries or flat arched feet (reduced reaction time by sensorimotor exercises; increased ankle muscle amplitude by orthoses use). However, the acute- and long-term influence of foot orthoses on ankle muscle activity in individuals with FI is unknown. AIMS: The present thesis addressed (1a) acute- and (1b) long-term effects of foot orthoses compared to sensorimotor training on ankle muscle activity in patients with FI. (2) Further, it was investigated if the orthosis intervention group demonstrate higher ankle muscle activity by additional short-term use of a measurement in-shoe orthosis (compared to short-term use of “shoe only”) after intervention. (3) As prerequisite, it was evaluated ifA majority of studies documented a reduced ankle muscle activity, particularly of the peroneus longus muscle (PL), in patients with functional ankle instability (FI). It is considered valid that foot orthoses as well as sensorimotor training have a positive effect on ankle muscle activity in healthy individuals and those with lower limb overuse injuries or flat arched feet (reduced reaction time by sensorimotor exercises; increased ankle muscle amplitude by orthoses use). However, the acute- and long-term influence of foot orthoses on ankle muscle activity in individuals with FI is unknown. AIMS: The present thesis addressed (1a) acute- and (1b) long-term effects of foot orthoses compared to sensorimotor training on ankle muscle activity in patients with FI. (2) Further, it was investigated if the orthosis intervention group demonstrate higher ankle muscle activity by additional short-term use of a measurement in-shoe orthosis (compared to short-term use of “shoe only”) after intervention. (3) As prerequisite, it was evaluated if ankle muscle activity can be tested reliably and (4) if this differs between healthy individuals and those with FI. METHODS: Three intervention groups (orthosis group [OG], sensorimotor training group [SMTG], control group [CG]), consisting of both, healthy individuals and those with FI, underwent one longitudinal investigation (randomised controlled trial). Throughout 6 weeks of intervention, OG wore an in-shoe orthosis with a specific “PL stimulation module”, whereas SMTG conducted home-based exercises. CG served to measure test-retest reliability of ankle muscle activity (PL, M. tibialis anterior [TA] and M. gastrocnemius medialis [GM]). Pre- and post-intervention, ankle muscle activity (EMG amplitude) was recorded during “normal” unperturbed (NW) and perturbed walking (PW) on a split-belt treadmill (stimulus 200 ms post initial heel contact [IC]) as well as during side cutting (SC), each while wearing “shoes only” and additional measurement in-shoe orthoses (randomized order). Normalized RMS values (100% MVC, mean±SD) were calculated pre- (100-50 ms) and post (200-400 ms) - IC. RESULTS: (3) Test-retest reliability showed a high range of values in healthy individuals and those with FI. (4) Compared to healthy individuals, patients with FI demonstrated lower PL pre-activity during SC, however higher PL pre-activity for NW and PW. (1a) Acute orthoses use did not influence ankle muscle activity. (1b) For most conditions, sensorimotor training was more effective in individuals with FI than long-term orthotic intervention (increased: PL and GM pre-activity and TA reflex-activity for NW, PL pre-activity and TA, PL and GM reflex-activity for SC, PL reflex-activity for PW). However, prolonged orthoses use was more beneficial in terms of an increase in GM pre-activity during SC. For some conditions, long-term orthoses intervention was as effective as sensorimotor training for individuals with FI (increased: PL pre-activity for PW, TA pre-activity for SC, PL and GM reflex-activity for NW). Prolonged orthoses use was also advantageous in healthy individuals (increased: PL and GM pre-activity for NW and PW, PL pre-activity for SC, TA and PL reflex-activity for NW, PL and GM reflex-activity for PW). (2) The orthosis intervention group did not present higher ankle muscle activity by the additional short-term use of a measurement in-shoe orthosis at re-test after intervention. CONCLUSION: High variations of reproducibility reflect physiological variability in muscle activity during gait and therefore deemed acceptable. The main findings confirm the presence of sensorimotor long-term effects of specific foot orthoses in healthy individuals (primary preventive effect) and those with FI (therapeutic effect). Neuromuscular compensatory feedback- as well as anticipatory feedforward adaptation mechanism to prolonged orthoses use, specifically of the PL muscle, underpins the key role of PL in providing essential dynamic ankle joint stability. Due to its advantages over sensorimotor training (positive subjective feedback in terms of comfort, time-and-cost-effectiveness), long-term foot orthoses use can be recommended as an applicable therapy alternative in the treatment of FI. Long-term effect of foot orthoses in a population with FI must be validated in a larger sample size with longer follow-up periods to substantiate the generalizability of the existing outcomes.show moreshow less
  • HINTERGRUND: Eine Mehrzahl an Studien konnte bei Patienten mit funktioneller Sprunggelenksinstabilität (FI) eine reduzierte Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur, besonders des M. peroneus longus (PL), zeigen. Es gilt als valide, dass Schuheinlagen als auch sensomotorische Trainingsformen einen positiven Effekt auf die Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur bei Gesunden und Personen mit Überlastungsreaktionen der unteren Extremität oder flachem Fußgewölbe haben (reduzierte Reaktionszeit durch sensomotorisches Training; erhöhte Muskelamplitude durch den Gebrauch von Einlagen). Jedoch ist der Akut-und Langzeiteinfluss von Schuheinlagen auf die Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur bei Personen mit FI unbekannt. ZIELE: Die vorliegende Arbeit befasste sich mit Akut (1a)- und Langzeiteffekten (1b) von Schuheinlagen im Vergleich zu sensomotorischem Training auf die Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur bei Patienten mit FI. (2) Des Weiteren wurde untersucht, ob eine Einlageninterventionsgruppe eine höhereHINTERGRUND: Eine Mehrzahl an Studien konnte bei Patienten mit funktioneller Sprunggelenksinstabilität (FI) eine reduzierte Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur, besonders des M. peroneus longus (PL), zeigen. Es gilt als valide, dass Schuheinlagen als auch sensomotorische Trainingsformen einen positiven Effekt auf die Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur bei Gesunden und Personen mit Überlastungsreaktionen der unteren Extremität oder flachem Fußgewölbe haben (reduzierte Reaktionszeit durch sensomotorisches Training; erhöhte Muskelamplitude durch den Gebrauch von Einlagen). Jedoch ist der Akut-und Langzeiteinfluss von Schuheinlagen auf die Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur bei Personen mit FI unbekannt. ZIELE: Die vorliegende Arbeit befasste sich mit Akut (1a)- und Langzeiteffekten (1b) von Schuheinlagen im Vergleich zu sensomotorischem Training auf die Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur bei Patienten mit FI. (2) Des Weiteren wurde untersucht, ob eine Einlageninterventionsgruppe eine höhere Muskelaktivität durch den zusätzlichen kurzzeitigen Einsatz einer In-Schuh-Messeinlage (im Vergleich mit dem kurzzeitigen „nur Schuheinsatz“) nach der Intervention zeigt. (3) Als Voraussetzung wurde bewertet, ob die Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur zuverlässig (reproduzierbar) erfasst werden kann und (4) ob sie sich zwischen gesunden Personen von der bei Personen mit FI unterscheidet. METHODEN: Drei Interventionsgruppen (Einlagengruppe [OG], Sensomotorische Trainingsgruppe [SMTG], Kontrollgruppe [CG]), bestehend aus je Gesunden und Personen mit FI, wurden einer Längsschnittuntersuchung (Randomisierte kontrollierte Studie) unterzogen. In der 6 wöchigen Interventionsphase trug die OG eine In-Schuh-Einlage mit einem spezifischen „PL Stimulationsmodul“, während die SMTG heimbasierte Übungen durchführte. Die CG diente dazu, die Test-Retest-Zuverlässigkeit der Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur (PL, M. tibialis anterior [TA] and M. gastrocnemius medialis [GM]) zu messen. Vor- und nach der Intervention wurde die Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur (EMG-amplitude) während „normalem“ unperturbiertem (NW) und perturbiertem Gehen (PW) auf einem „split-belt“-Laufband (Reiz 200 ms nach initialem Fersenkontakt [IC]) und während eines „Seitschrittes“ (SC) als Antäuschmaneuver, jeweils mit Tragen von „Nur-Schuhen“ und mit zusätzlichen In-Schuh-Messeinlagen (randomisierte Reihenfolge), aufgezeichnet. Die normalisierten RMS-Werte (100% MVC, mean±SD) wurden vor (100-50 ms) und nach (200-400 ms) dem IC berechnet. ERGEBNISSE: (3) Die Test-Retest Zuverlässigkeit zeigte eine hohe Streuung der Werte bei Gesunden und Personen mit FI. (4) Verglichen mit den Gesunden, zeigten Patienten mit FI eine geringere PL Voraktivität beim SC, jedoch eine höhere PL Voraktivität beim NW und PW. (1a) Der akute Einlagengebrauch beeinflusste die Muskelaktivität des Sprunggelenkes nicht. (1b) Für die meisten Konditionen war das sensomotorische Training effektiver bei Personen mit FI als die langfristige Einlagenintervention (erhöhte Aktivität: PL and GM Voraktivität und TA Reflexaktivität beim NW, PL Voraktivität und TA, PL und GM Reflexaktivität beim SC, PL Reflexaktivität beim PW). Jedoch war der langfristige Einlagengebrauch vorteilhafter im Sinne einer erhöhten GM Voraktivität beim SC. Für einige Konditionen war die langfristige Einlagenintervention genauso effektiv wie das sensomotorische Training bei Personen mit FI (erhöhte Aktivität: PL Voraktivität beim PW, TA Voraktivität beim SC, PL and GM Reflexaktivität beim NW). Langanhaltender Einlagengebrauch war auch bei gesunden Personen vorteilhaft (erhöhte Aktivität: PL und GM Voraktivität beim NW und PW, PL Voraktivität beim SC, TA und PL Reflexaktivität beim NW, PL und GM Reflexaktivität beim PW). (2) Die Einlageninterventionsgruppe wies keine höhere Muskelaktivität der Sprunggelenksmuskulatur durch den zusätzlichen kurzzeitigen Einsatz einer In-Schuh-Messeinlage beim Re-test nach der Intervention auf. SCHLUSSFOLGERUNG: Große Variationen für die Reproduzierbarkeit spiegeln die physiologische Variabilität der Muskelaktivität während des Gehens wider und werden daher als akzeptabel erachtet. Die Hauptergebnisse bestätigen das Vorhandensein von sensomotorischen Langzeiteffekten von spezifischen Schuheinlagen bei Gesunden (primär-präventiver Effekt) und Personen mit FI (therapeutischer Effekt). Der neuromuskuläre kompensatorische Feedback- als auch der antizipatorische Feedforward- Anpassungsmechanismus auf die langfristige Einlagennutzung, insbesondere des M. peroneus longus, untermauert die Schlüsselrolle des PL in der Bereitstellung von essentieller dynamischer Sprunggelenksstabilität. Aufgrund seiner Vorteile gegenüber sensomotorischem Training (positives subjektives Feedback hinsichtlich des Komforts, Zeit-und-Kosteneffektivität), kann der langanhaltende Einlagengebrauch als geeignete Therapiealternative in der Behandlung von FI empfohlen werden. Der Langzeiteffekt von Schuheinlagen in einer Population mit FI bedarf einer Validierung mittels höherer Stichprobengrößen und längerer Follow-up-Perioden, um die Verallgemeinerbarkeit der existierenden Studienergebnisse zu belegen.show moreshow less

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Metadaten
Author:Antje ReschkeORCiDGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-104366
Subtitle (English):a randomized controlled trial
Subtitle (German):eine randomisierte, kontrollierte Studie
Advisor:Steffen Müller
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2016
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2017/02/22
Release Date:2017/04/05
Tag:Elektromyografie der unteren Extremität; Schuheinlagen; chronische Sprunggelenksinstabilität; neuromuskuläre Aktivität; randomisierte, kontrollierte Studie
chronical ankle instability; electromyography of lower limb; foot orthoses; neuromuscular activity; randomized controlled trial
Pagenumber:XII, 155, XXXVIII
RVK - Regensburg Classification:ZX 9320
Organizational units:Humanwissenschaftliche Fakultät / Institut für Sportmedizin und Prävention
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
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