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Die
Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung zur Reduzierung
des Thrombose- und Osteoporoserisikos.
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Die
Thrombose ist eine nicht selten auftretende Erkrankung, bei der
sich ein Blutgerinnsel (Thrombus) in einem Gefäß,
meist einer Vene, bildet. Die Gerinnselbildung führt zur
Einengung der Strombahn und damit zu einer Störung des
Blutkreislaufs. Gerinnsel können sich lösen und
abgeschwemmt werden. So kann als schwerste Komplikation einer Venenthrombose
eine massive Lungenembolie mit akutem Herzkreislaufstillstand auftreten.
Bei offenem Foramen ovale (Defekt in der Herzscheidewand) ist auch
eine Hirnembolie, also ein Schlaganfall, möglich.
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Eine
Thrombose kann bei Immobilisierungen, wie z. B. bei Erkrankungen
oder nach operativen Eingriffen entstehen. In zunehmendem Maße
tritt sie als so genannte Reisethrombose auf, und zwar in Form einer
tiefen Beinvenenthrombose und manchmal als Bein-Beckenvenenthrombose.
Auf Reisen, im Auto, Flugzeug oder auf einem Schiff, führt
mangelnde Bewegung des Reisenden und das Zusammendrücken
von Venen, z. B. das Abdrücken der Kniekehlenvene durch
die Vorderkante der Sitzfläche, zu einer Verringerung,
teilweise auch einem vorübergehende Stopp des venösen
Blutrückstroms aus den Füßen und den
Unterschenkeln. Durch diese Stase wird die Bildung von Blutgerinnseln
in den Bein- und Beckenvenen begünstigt. Bei Flugreisenden
ist dieses Phänomen auch als ”Economy Class Syndrome” bekannt,
weil die Passagiere gerade in engen Sitzen über wenig Bewegungsfreiheit
verfügen.
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In
Kenntnis dieses Problems wird daher versucht, beim Reisenden die
Strömungsgeschwindigkeit in den Beinvenen zu erhöhen,
also den venösen Rückstrom zu fördern.
Dies kann beispielsweise durch regelmäßiges Aufstehen
und Umhergehen erfolgen. Durch die Belastung der Füße
und die Betätigung der Beinmuskeln wird die Durchblutung
(arteriell wie venös) gesteigert. Der venöse Rückstrom
wird einerseits durch das Zusammenpressen des Fußsohlenblutadergeflechts
(Plantarplexus) gefördert und andererseits durch die Kontraktionen
der Unterschenkelmuskulatur. Hierbei spielt die Existenz eines Faszienlogensystems
im Unterschenkel eine Rolle, wodurch bei Kontraktion der Muskeln
die Venen komprimiert werden. Darüber hinaus wird durch
Venenklappen verhindert, dass ein Flow nach distal, also vom Herzen
weg, erfolgt.
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Da
jedoch in vollbesetzten Flugzeugen und insbesondere in der Economy
Class ein häufiges Aufstehen unerwünscht ist,
weil dies die übrigen Passagiere stört, wurde
nach anderen Möglichkeiten gesucht, um einer Reisethrombose
vorzubeugen.
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In
DE 91 12 809 U1 ist
daher eine Vorrichtung zur Förderung der Durchblutung in
den Beinen beschrieben, die die Anordnung zweier Pedale auf einer
gemeinsamen Achse vorsieht, so dass jedes Pedal für sich
gegen eine Federkraft um die Achse schwenkbar ist. Hierdurch soll
die Unterschenkelmuskulatur, insbesondere die Wadenmuskulatur aktivierbar
sein.
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Wie
sich jedoch herausgestellt hat, ist für eine wirksame Thromboseprophylaxe
nicht nur allein die Bewegung des Fußes ausreichend, vielmehr muss
auch eine ausreichende Kraft erzeugt werden, um mit der ”Wadenpumpe” einer
Thrombose sicher entgegenwirken zu können.
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Dagegen
sind kraftvolle Fußhebeübungen nicht sinnvoll,
weil hierdurch eine Überanstrengung der in der vorn-seitlichen
Unterschenkelloge gelegenen Fuß- und Zehenheber möglich
ist, so dass ein sogenanntes ”exertion- or exercise-induced
compartment syndrome” ausgelöst werden könnte.
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Ein ähnliches
Problem wie die Thrombose stellt die Osteoporose dar. Osteoporose
entsteht ebenfalls durch mangelnde körperliche Aktivität,
z. B. bei älteren Menschen. Werden Knochen durch Muskelanspannungen
nicht gefordert, verkümmern sie. Sie werden osteoporotisch
und können leichter brechen. Dies geschieht auch unter
den Bedingungen der Schwerelosigkeit. Astronauten müssen
deshalb zur Osteoporoseprophylaxe ein tägliches Trainingsprogramm
absolvieren, durch das Kräfte auf den Knochen wirksam werden,
wie bei körperlicher Aktivität unter Schwerkrafteinfluss.
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Ein
Beispiel für die altersunabhängige Entwicklung
einer Osteoporose auf der Erde ist Bewegungsmangel durch monate-
bis jahrelange Bettlägerigkeit oder Rollstuhlpflichtigkeit.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Thromboserisiko insbesondere
bei Passagieren von Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen und ebenfalls
das Osteoporoserisiko zu verringern.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Verwendung
einer zur Kraftermittlung bei Personen ausgebildeten Vorrichtung,
die über einen Druckaufnehmer die von einer Person mit
ihrem Vorfuß erzeugte Vorfußkraft ermittelt und
ein Signal generiert, das die Person erkennen lässt, ob
ihre Vorfußkraft einen Mindestwert erreicht hat.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Vorfußkraft über
den Bereich des Vorfußballens (Höhe der Köpfchen
der Mittelfußknochen, Metatarsalia) und der Zehen erzeugt.
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Insbesondere
wird die Vorfußkraft bei einer Plantarflexion erzeugt.
Bei dieser Form der Bewegung handelt es sich um eine Fuß-
und Zehensenkung, die mit einem Anspannen der Wadenmuskulatur einhergeht:
also einer Betätigung der ”Wadenpumpe”.
Bei einer kraftvollen Plantarflexion gegen ein Widerlager wird auch
der Plantarplexus zumindest teilweise komprimiert, so dass eine
Steigerung des venösen Rückstroms auch durch einen
venösen Zufluss aus dem Plantarplexus begünstigt
wird.
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Die
Vorfußkraft wird durch die Wadenmuskulatur, insbesondere
durch Kontraktion des Musculus gastrocnemius, des Musculus soleus
und der Zehenbeugemuskeln erzeugt.
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Da
es sich herausgestellt hat, dass die bloße Bewegung des
Fußes für die zur Vermeidung einer Thrombose erforderliche
Durchblutungssteigerung nicht ausreicht, sondern auch eine bestimmte
Vorfußkraft erzeugt werden muss, ist die Ermittlung der Vorfußkraft
von großer Bedeutung. Nur so kann der venöse Blutrückfluss
ausreichend gesteigert werden.
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Die
Vorfußkraft sollte insbesondere zur Thromboseprophylaxe
abhängig sein von dem Körpergewicht der Person
und bei jeder Plantarflexion in einer Größe von
mindestens 10%, vorzugsweise von mindestens 20% und insbesondere
von 30 bis 70% des Körpergewichts erzeugt werden.
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Da
die Kraft F (angegeben in Newton (N)) proportional zur Masse und
abhängig von der Fallbeschleunigung ist, gilt auf der Erde
F = 9,81 N.
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Wird
in regelmäßigen Abständen eine Vorfußkraft
mit dem halben Körpergewicht je Fuß erzeugt, ergäbe
sich für eine Person mit einem Körpergewicht von
60 kg auf der Erde bei jeder Fußneigung eine Vorfußkraft
von 9,81 × 30, d. h. von ungefähr 300 N.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere zur Reisethromboseprophylaxe.
Sie kann aber auch als Thromboseprophylaxe bei bettlägerigen
oder anderen in ihrer Bewegungsfreiheit beeinträchtigten
Personen angewandt werden.
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Für
eine Osteoporoseprophylaxe ist ebenfalls ausreichende körperliche
Aktivität wichtig.
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Der
Begriff ”ausreichende körperliche Aktivität” ist
derzeit nicht genau definiert, kann aber etwa mit ”ausreichend
auf den Beinen und in Bewegung sein” umschrieben werden. ”Ausreichend” dürfte
einer durchschnittlichen Schrittzahl von 5.000 bis 8.000 pro Tag
entsprechen.
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Bei
jedem Schritt kommt es zu einer Vorfußbelastung beziehungsweise
Vorfußkraft von etwa 110% des Körpergewichts,
also bei 8.000 Schritten eines 60 kg schweren Menschen: 66 kg × 8.000
= 528.000 kg bzw. ungefähr 5.280.000 N.
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Das
Erzeugen einer Vorfußkraft kann daher auch zur Osteoporoseprophylaxe
genutzt werden, da das Erzeugen einer Vorfußkraft bereits
die erforderliche Wirkung auf die Knochen ausübt. Durch
Vorfußkräfte können somit Schrittzahlen
simuliert werden, sogar im Sitzen oder Liegen.
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Mit
der Verwendung einer zur Kraftermittlung bei Personen ausgebildeten
Vorrichtung besteht der Vorteil, dass wirklich körperliche
Leistung, also Kraft auf den Knochen erfasst wird. So ist es ein
großer Unterschied für die Beanspruchung des Skeletts,
ob Schritte auf einer ebenen Fläche gemacht werden oder
ob man beispielsweise eine Treppe hinauf steigt.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen,
dass das Signal bei Erreichen einer vorgegebenen Gesamtvorfußkraft
abgegeben wird.
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In
der Praxis würde man zunächst die Aktivitätsleistung
einer Person messen und dann entscheiden, ob zur Osteoporoseprophylaxe
eine Steigerung ratsam wäre. So könnte man beispielsweise
als Wert für eine Gesamtvorfußkraft 330.000 kg
bzw. 3.300.000 N vorgegeben. Eine 60 kg schwere Person müsste
dann 5.000 Schritte am Tag mit einer Vorfußkraft für
jedes Bein von 66 kg machen, nämlich 5.000 × 66
kg = 330.000 kg bzw. 3.300.000 N. Bei Erreichen von 330.000 kg bzw.
3.300.000 N würde ein Signal abgegeben. Bei Schritten mit
größerer Vorfußkraft, beispielsweise
durch Treppensteigen, würde das Signal nach einer geringeren
Zahl von Schritten, also eher, abgegeben, bei kraftlosen Trippelschritten auf
einer ebenen Fläche später.
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Zur
Anordnung des Druckaufnehmers 1 ergeben sich mehrere Möglichkeiten.
Soll die Druckmessung ortsunabhängig erfolgen können,
wie beispielsweise bei Passagieren von Flugzeugen, empfiehlt es
sich, den Druckaufnehmer 1 an dem Fuß des Passagiers
anzubringen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der
Druckaufnehmer 1 an oder in einem Strumpf angeordnet ist,
der über den Fuß oder einen Schuh des Passagiers
gezogen wird.
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Der
Druckaufnehmer 1 kann aber auch an entsprechender Stelle
an oder in einem Schuh, beispielsweise an der Schuhsohle angebracht
sein. Als Schuhe kommen unter anderem leicht anziehbare Schuhe wie
Pantoffeln oder auch Überschuhe in Betracht.
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Mit
einer solchen Vorrichtung kann sich die Person frei bewegen und
im Grunde an beliebiger Stelle ihre Thrombose- oder Osteoporoseprophylaxe betreiben.
Der Vorfuß 5 wird – mit oder ohne Schuh – lediglich
gegen ein Widerlager 4 gedrückt, so dass der Druckaufnehmer 1 die über
den Vorfuß entstehende Kraft erfassen kann. Als Widerlager 4 können der
Fußboden dienen, ebenso wie etwaige Fußstützen
an Vordersitzen in Fahrzeugen oder andere unbewegliche Gegenstände.
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Andererseits
kann es vorteilhaft sein, den Druckaufnehmer 1 nicht an
dem Fuß einer Person anzubringen, sondern direkt an einem
Widerlager 4, gegen den die Person ihren Vorfuß 5 drückt.
Eine solche Vorrichtung lässt sich beispielsweise von mehreren
Personen nacheinander nutzen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckaufnehmer 1 mit
einer Messeinrichtung 2 und diese mit einer Anzeigeeinrichtung 3 verbunden.
So kann bei Erreichen einer vorgegebenen Vorfußkraft von
der Anzeigeeinrichtung 3 ein Signal an die Person ausgegeben
werden. Die Person kann auf diese Weise ihre für die Thrombose-
und Osteoporoseprophylaxe erforderlichen Fußbewegungen
durchführen und diese optimieren, da die Vorrichtung die
erforderlichen Kräfte genau misst und bei Erreichen vorgegebener
Werte dies der Person signalisiert. Die Person wird über
die ausgegebenen Signale über die Zahl der wirksamen Plantarflexionen
und die Notwendigkeit durchzuführender Wiederholungen informiert.
Sie erhält auf diese Weise Gewissheit darüber,
dass sie die Maßnahmen zur Thrombose- und Osteoporoseprophylaxe
richtig und vor allem effizient durchgeführt hat.
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Das
von der Anzeigeeinrichtung ausgegebene Signal kann optisch, akustisch
oder in anderer Weise ausgebildet sein. Ein Vibrationssignal hat
den Vorteil, dass es grundsätzlich weniger störend
auf andere Personen wirkt als beispielsweise ein akustisches Signal.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von konkreten Versuchsergebnissen
sowie einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
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Versuchsergebnisse
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Eine
Untersuchung des venösen Rückstroms erfolgte durch
Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Blutes in der Kniekehlenvene
(Vena poplitea). Gemessen wurde die maximale retrograde Flussgeschwindigkeit
(Vmax) in cm/s in der rechten Kniekehlenvene mittels Dopplersonographie in
Ruhe und bei dosierter Anspannung der Wadenmuskulatur zur Fußsenkung
im Liegen und im Stand.
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Versuchsperson
war ein 67-jähriger gesunder Proband von 60 kg Körpergewicht
und 171 cm Körpergröße.
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Als
Messgerät diente ein Ultraschallgerät LOGIQ 7
(General Electrics), Schallkopf 7,5 MHz, 2D, Farbdoppler.
- I. Dopplersonographie in Rückenlage
auf einer Liege
a. Mehrfachmessung in Ruhe:
Vmax-Einzelwerte:
13,1; 10,2; 9,9; 11,3 cm/s:
Vmax-Mittelwert: 11,1 cm/s
b.
Messung bei Fußsenkung gegen eine am Fußende der
Liege senkrecht positionierte digitale Personenwaage:
– mit
Druck von 13 kg: Vmax 54,4 und 77 cm/s
– mit Druck
von 16 kg: Vmax 71,9 cm/s
Wie die Ergebnisse zeigen, führte
die Fußsenkung gegen ein Widerlager mit einem Druck von 13–16
kg im Mittel zu einer Steigerung der Flussgeschwindigkeit um etwa
das 6-fache (67,8 cm/s gegenüber 11,1 cm/s).
- II. Messung der maximalen retrograden Flussgeschwindigkeit (Vmax)
in cm/s in der rechten Kniekehlenvene (Vena poplitea) mittels Dopplersonographie
in Ruhe und bei dosierter Anspannung der Wadenmuskulatur zur Fußsenkung
im Stand
Zur Bestimmung des Fußsohlendrucks des rechten
Beins wurde das Bein auf eine elektronische Personenwaage gestellt
und das andere Bein voll belastet. Als Eigengewicht des re. Beins
wurde auf diese Weise 6,2 kg gemessen. Dieser Wert diente bei der
Ermittlung des aktiven Gewichts als Nullwert.
a. Mehrfachmessung
in Ruhe (d. h. lediglich Absetzen des Beins auf die Personenwaage):
Vmax-Einzelwerte:
7,7; 8,0; 8,5 cm/s:
Vmax-Mittelwert: 8,1 cm/s
b. Mehrfachmessung
bei Fußsenkung gegen die Personenwaage mit einem Gewicht
von 15 kg (bedeutet bei Abzug des Beineigengewichts von 6,2 kg ein
aktives Gewicht von ca. 9 kg):
Vmax-Einzelwerte: 20,9; 30,0;
30,7; 37,2; 37,2; 30,7 cm/s
Vmax-Mittelwert: 31,1 cm/s
Die
Fußsenkung im Stand gegen ein Widerlager mit einem aktiven
Gewicht von ca. 9 kg führte im Mittel zu einer Steigerung
der Flussgeschwindigkeit um etwa das 3,8-fache.
c. Mehrfachmessung
bei Fußsenkung gegen die Personenwaage mit einem Gesamtgewicht
von 20 kg (bedeutet bei Abzug des Beineigengewichts von 6,2 kg ein
aktives Gewicht von ca. 14 kg):
Vmax-Einzelwerte: 39,8; 43,7;
64,0; 36,5; 18,3; 19,6; 21,2; 21,2 cm/s
Vmax-Mittelwert: 29,4
cm/s
Die Fußsenkung im Stand gegen ein Widerlager mit
einem aktiven Gewicht ca. 14 kg führte im Mittel zu einer
Steigerung der Flussgeschwindigkeit um etwa das 3,6-fache.
d.
Mehrfachmessung bei Fußsenkung gegen die Personenwaage
mit einem Gesamtgewicht von 25 kg (bedeutet bei Abzug des Beineigengewichts von
6,2 kg ein aktives Gewicht von ca. 19 kg):
Vmax-Einzelwerte:
42,4; 32,6; 41,8; 34,6; 43,7; 31,3; 34,6 cm/s
Vmax-Mittelwert:
37,3 cm/s
Die Fußsenkung im Stand gegen ein Widerlager mit
einem aktiven Gewicht von ca. 19 kg führte im Mittel zu
einer Steigerung der Flussgeschwindigkeit um etwa das 4,6-fache.
e.
Mehrfachmessung bei Fußsenkung gegen die Personenwaage
mit einem Gesamtgewicht von 30 kg (bedeutet bei Abzug des Beineigengewichts von
6,2 kg ein aktives Gewicht von ca. 24 kg):
Vmax-Einzelwerte:
36,5; 30,0; 44,4; 31,7; 46,3; 64,0; 60,7; 40,8; 65;3 cm/s
Vmax-Mittelwert:
46,6 cm/s
Die Fußsenkung im Stand gegen ein Widerlager mit
einem aktiven Gewicht von ca. 24 kg führte im Mittel zu
einer Steigerung der Flussgeschwindigkeit um etwa das 5,8-fache.
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Die
Tatsache, dass bei 9 kg und 14 kg aktivem Gewicht eine fast gleiche
Steigerung der Flussgeschwindigkeit gefunden wurde, dürfte
mit Ungenauigkeiten bei der Erzeugung des intendierten aktiven Gewichts
zusammenhängen.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Figur zeigt eine Vorrichtung, wie sie zur Thrombose- und Osteoporoseprophylaxe
verwendbar ist. Der Fuß einer Person befindet sich hier
auf einer Platte, die ein Widerlager 4 darstellt. Dabei
ist der Fuß so positioniert, dass der Vorfuß 5 einen
Druckaufnehmer 1 berührt, so dass von der Person über den
Vorfuß 5 eine Vorfußkraft erzeugt werden
kann, die von der Messeinrichtung 2 über den Druckaufnehmer 1 messbar
ist. Die Messeinrichtung 2 steht wiederum mit einer Anzeigeeinrichtung 3 in
Verbindung, über die ein Signal an die Person ausgegeben werden
kann, so dass die Person erkennt, ob die von ihr erzeugte Vorfußkraft
ausreichend ist.
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Im
gezeigten Beispiel ist das Widerlager 4 starr, so dass
eine ausgeprägte Plantarflexion nur dann möglich
ist, wenn die Ferse angehoben wird. Dadurch wird gleichzeitig das
Knie etwas angehoben bzw. ein Passagier auf einem Sitz etwas zurückgeschoben.
Hierdurch kann der etwa durch Druck einer Sitzkante beeinträchtigte
Blutfluss in den Beinvenen weiter verbessert werden.
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Das
Widerlager 4 kann aber auch schwenkbar ausgebildet sein,
um eine Plantarflexion bei Auflage des gesamtes Fußes zu
ermöglichen. Hierzu empfiehlt es sich, das schwenkbare
Widerlager 4 so auszubilden, dass beispielsweise eine starke und
an die Vorfußkraft anpassbare Rückstellkraft auf
das Widerlager 4 wirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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