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Dissertation: Angela Hoehne


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Dissertation: Angela Hoehne

Dissertation / Doktorarbeit / Thesis

Deutsche Sporthochschule Köln
Institut für Biomechanik und Orthopädie
Hoehne, Angela (2012): Effects of experimentally reduced plantar cutaneous sensation on perturbed and unperturbed human locomotion Zusammenfassung:
“Effects of experimentally reduced plantar cutaneous sensation on perturbed and unperturbed human locomotion”

Abstract


Peripheral afferent feedback from muscles, tendons and skin of the lower limb plays a pivotal role in neural control of human locomotion and its impairments may contribute to altered gait, increased risk of falls and foot complications in diabetic peripheral neuropathy. The present thesis examines how reduced plantar cutaneous sensation modifies the locomotor output during undisturbed walking and how it is involved in locomotor adjustments and locomotor adaptation to unexpected surface changes during walking. Cutaneous sensation in the soles of both feet was reduced by means of intradermal injections of an anaesthetic solution, without affecting foot proprioception or muscles. Sensory testing of pressure touch and vibration perception revealed that the intervention significantly lowered plantar sensation reducing it to the level of sensory neuropathy. The results show that impaired plantar sensation itself generates no changes in plantar pressure distribution variables during walking underscoring the impact of further comorbidities of peripheral neuropathy with regard to increased plantar pressures in the diabetic foot. Changes in lower limb kinematics, gait dynamics and modifications of muscle activation patterns occurred particularly during the first half of stance suggesting that plantar cutaneous afferents are involved in control of foot loading and may contribute to gait alterations. The gait perturbation protocol included surface alterations (hard/soft) to one covered exchangeable element. Dynamic stability was quantified by using the margin of stability based on the extrapolated center of mass concept. The locomotor response to the first unexpected perturbation was an increase of the base of support at the recovery step, more pronounced under plantar anaesthesia, which led to a more stable body-position suggesting possible sensory substitutions. Similar improvements in the adaptation rate and magnitude indicate that the locomotor adaptational potential may not decrease due to the loss of plantar sensation.

“Effekte experimentell reduzierter plantarer Hautsensorik auf das Gehen und auf Störungen während des Gehens”

Zusammenfassung


Periphere afferente Informationen aus den Muskeln, den Sehnen sowie der Haut der unteren Extremität sind maßgeblich an der neuronalen Kontrolle der menschlichen Fortbewegung im Gehen beteiligt. Deren Beeinträchtigung in Folge einer diabetischen peripheren Neuropathie kann zu Gangpathologien, einem erhöhten Sturzrisiko und Komplikationen des diabetischen Fußes beitragen. Die vorliegende Dissertation untersucht wie eine verringerte Sensibilität der Haut der Fußsohle zum Einen die Gangcharakteristik während des Gehens beeinflusst und zum Anderen welchen Einfluss diese auf die Gangstabilität bei unerwarteten Veränderungen des Untergrundes und motorische Adaptationsvorgänge während des Gehens hat. Die Hautsensibilität der Fußsohlen wurde hierfür gezielt mittels multipler intradermaler Injektionen einer lokalanästhetischen Lösung reduziert, ohne die Propriozeption des Fußes und die Funktion der intrinsischen Fußmuskulatur zu beeinträchtigen. Die Evaluation der sensorischen Wahrnehmungsschwellen für Berührungsdruck und Vibration bestätigte, dass die experimentelle Intervention die Hautsensibilität der Fußsohle signifikant auf das Niveau einer ausgeprägten sensorischen peripheren Neuropathie anheben konnte. Die Analyse der plantaren Druck- und Kraftverteilungsvariablen zeigte, dass eine verringerte Hautsensibilität der Fußsohle keine Veränderungen der plantaren Druckverteilung im Gehen generiert. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die erhöhten plantaren Spitzendruckwerte des diabetischen Fußes durch andere Folgeschädigungen einer peripheren Neuropathie bedingt werden. Veränderungen der Gangkinematik, der dynamischen Gangvariablen und der Muskelaktivität der unteren Extremität insbesondere in der ersten Hälfte der Stützphase zeigten die Bedeutung plantarer Hautafferenzen in der sensiblen Phase der Körpergewichtsübernahme während des Gehens und deuten auf deren Beteiligung an der Entstehung von Gangpathologien. Für die Analyse der Gangstabilität wurde ein Gangprotokoll durchgeführt, in welchem der Untergrund bei einem Bodenelement ohne Wissen der Probanden variiert werden konnte (harter/weicher Untergrund). Als Kriterium für die Stabilität bei unerwarteten Veränderungen des Untergrundes wurde die dynamische Stabilität (“margin of stability”) auf der Grundlage des Konzeptes des extrapolierten Körperschwerpunktes kalkuliert. Als reaktive Feedback-Antwort während der ersten unerwarteten Veränderung des Untergrundes wurde eine Vergrößerung der Unterstützungsfläche während des Restabilisierungsschrittes generiert. Diese Reaktion war bei verringerter Hautsensibilität der Fußsohle ausgeprägter, resultierte in einer höheren Stabilität und kann als sensorische Substitution interpretiert werden. Das motorische Adaptationspotential zur Kontrolle der dynamischen Stabilität war durch die Verminderung plantarer Hautafferenzen nicht verringert.


17.10.2017 - 03:17