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Gerät zur Übung der Muskulatur an Schulter-, Ellenbogen-, Hüft- und
Kniegelenken Das Gerät dient zur Vornähme aktiver und passiver Übungen der Muskeln
an den Hauptgelenken des menschlichen Körpers. Bekanntlich sind nach Erkrankungen
oder Verletzungen oder nach zeitweiser Stillegung der Gelenke aus sonstigen Gründen
derartige Übungen zur Erhaltung der Bewegungsfähigkeit geboten oder notwendig. Ein
Gerät für den vorliegenden Zweck wird zweckmäßig so eingerichtet, daß die der Übung
zu unterwerfende Muskelgruppe gleichzeitig mit dem zu bewegenden Gliede einen drehbar
gelagerten, unter aktiver oder passiver Kraftwirkung stehenden Hebel mitbewegt.
Die Drehachse des Gelenkes undi die Drehachse, um die sich der Hebel bewegt, müssen
dabei möglichst in ein und derselben Geraden liegen. Je mehr die in einem solchen
Gerät erzeugbare Gegenkraft in ihrer Abhängigkeit vom jeweiligen Beugungswinkel
den Erfordernissen des Einzelfalles angepaßt werden kann, je vielseitiger die Verwendbarkeit
dies Gerätes hinsichtlich der unterschiedlichen Gelenke wie auch des Verwendungsortes
ist und,schließlich je einfacher und in seiner Wirkungsweise übersichtlicher und
anschaulicher ein solches Gerät ist, um so bessere Dienste wird es bei der Behandlung
der Patienten leisten. Ein Gerät, das diesen Forderungen in befriedigender Weise
entspricht, ist bisher nicht bekannt. Diesem Mangel soll da-s neuartige, den Gegenstand
der Erfindung bildende Gerät abhelfen.
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In Abb. i und 2 ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Gerätes in Vorder-
und Rückansicht dargestellt. Ein Rahmen R mit Tragplatte trägt die Svstemwelle A
und auf ,dieser die zur Erzeugung der Belastungsdrehmomente vorgesehenen mechanischen
Systeme sowie den zur Betätigung notwendigen
Krafthebel Hl bzw.
H2. Die Hebel Hl und Hz sind gegeneinander austauschbar. Hl ist mit einer Handhabe
G und H2 mit einer Fußauflage St 2 versehen. Der Rahmen steht des bequemen Transportes
wegen auf Rollen, die jedoch im Interesse einer einfachen Darstellung in der Zeichnung
weggelassen sind. Die Achse A der zu bewegenden Systeme wird durch geeignete Einistell'ung
der ausfahrbaren Rahmenfüße auf die jeweilig erwünschte Höhe eingestellt. Die Füße
werden durch Stellschrauben festgesetzt. Die Abb. i zeigt noch, symmetrisch zur
Drehachse liegend, zwei Schellen Sti, in die eine Stütze als Rückhalt für den Oberarm
bei Bewegungen um das Ellenbogengelenk eingehängt wird.
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Die Rückansicht zeigt einen Hebel 14 mit Laufgewicht SG. Dieser Hebel
steht stets entgegen-,gesetzt zur Richtung des Krafthebels Hl bzw. H2. Er dient
zur Erzeugung eines das Eigengewicht des bewegten Gliedes unwirksam machenden Gegendrehmoments.
An einem zu H4 senkrechten zweiarmigen Hebel H3 werdien mittels eines weiteren
umsteckbaren Laufgewichtes SG Belastungsdrehmomente hergestellt, denen der Übende
bei der Bewegung entgegenwirken soll. Als weitere Belastungseinrichtung trägt die
Systemwelle A ein Kettenrad KR mit Kette K und veränderbarem Gewicht L. Da nicht
in allen Fällen, insbesondere nicht bei durchlaufenden Drehbewegungen, die Erzeugung
der Belastungsdrehmomente durch Gewichte zweckmäßig oder möglich ist, ist als weitere
Belastungseinrichtung noch eine Bremseinrichtung B eingebaut. Die Systemwelle
A trägt dazu noch eine Bremsscheibe, an die durch Spannen der Feder SF zwei in einem
Rahmen gefaßte Bremsbacken angedrückt werden. Der Bremsrahmen wird über einen Zapfen
W und über die Federn FW am Mitdrehen gehindert. Die Bewegung des Zapfens W wird
über eine Anzeigevorrichtung, bestehend aus einem dünnen Zugseil, einer Welle und
einer schwachen Spannfeder FZ durch einen Zeiger Z auf der Vorderseite des Gerätes
angezeigt. Die Skala -der Anzeigevorrichtung isst unmittelbar in Meterkilogramm
(Drehmonienteinheit) geeicht. Die Bremseinrichtung kann außer Betrieb gesetzt werden
durch Einhängen der vier Haken Ha in die zugehörigen Ösen nach Lösen der
Spannfeder SF.
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Den Aufbau des Gerätes am Bett oder an einer Massagebank zeigen Abb.
3 und d. Die Anbringung nach Abb.3 wird bei Armübungen in sitzender Stellung und,
mit gegenüber der Darstellung verkehrter Front, bei Rollbewegungen des Beines auf
dem Bett in Rückenlage gewählt. Die Anbringung nach Abb.:I ist bei Vornähme aller
sonstigen Übungen in liegender Stellung zu wählen. Das Gerät ist infolge seines
symmetrischen Baues zur .-lusfiihrung der Übungen sowohl an der rechten wie an der
linken Körperseite bzw. Bettseite geeignet. Die Befestigung erfolgt mittels Schraubzwingen
am Bett oder an der Massagebank, im Falle der Anordnung nach Abb. 3 unter Verwendung
eines Zwischenrahmens. Bei frei stehender Verwendung muß das Gerät auf einem besonderen,
standfesten Fußgestell aufgebaut und befestigt werden.
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Die Verwendung einer Einrichtung aus Hebel und Gewicht zur Erzeugung
der Belastungsdrehmomente ist bekannt. Die mit einer solchen Einrichtung allein
erzielbaren Drehmomente sind jedoch nur ausnahmsweise so geartet, daß ein Höchstmaß
von Wirkung oder eine zweckmäßige Wirkung überhaupt erreicht wird. Im Zusammenwirken
mit andersartigen Belastungseinrichtungen ist die Verwendung jedoch vorteilhaft.
Eine Belastungseinrichtung aus Hebel und Gewicht ist daher auch in das neue Gerät
eingebaut worden. Das zu bewegende Glied liegt in der Strecklage im allgemeinen
waagerecht und mit diesem der Krafthebel Hl bzw. H2. Im vorliegenden Gerät ist vorgesehen,
daß der Belastungshebel H3 stets @senkrecht auf dem Krafthebel H1 steht, so daß
in der Strecklage des Gliedes das Hebelgewicht an H3 senkrecht unter der Systemwelle
A oder senkrecht über dieser sich befindet. In dieser Stellung vermag das Gewicht
an H3 kein Drehmoment auszuüben. Inder Strecklage des Gliedes hat daher das von
der Hebeleinrichtung erzeugte Belastungsdrehmoment stets den Wert Null. Es wächst
mit wachsender Beugung an und erreicht bei einem Beugewinkel von 9o° seinen Höchstwert.
Dementsprechend wächst auch die Anstrengung des Muskels bzw. der Muskelgrupge vom
Wert Null in der Strecklage stetig bis zum eingestellten Höchstwert bei dein Beugewinkel
von 9o° an. Wird das Hebelgewicht in der Strecklage oben angebracht, so wirkt bei
der Bewegung ständig ein Zug im Beugesinne, bei Anbringung des Gewichtes in Strecklage
unten ain Hebel wirkt ständig ein Zug im Strecksinne. Es steht an sich natürlich
nichts im Wege, dem Winkel zwischen Krafthebel Hl und Belastungshebel H3 einen von
9o° verschiedenen Wert zu geben. Es würde dann die maximale NTuskelanstrengung bei
einem anderen Beugewinkel als dem von 9o° auftreten. An dem Mangel, daß die @liiskelanstretigung
während der Bewegung in nur unvollkommen beeinflußbarer Weise starken Änderungen
unterliegt odergar bis auf den Wert Null abfällt, ändert sich dabei aber nichts.
Um diesem -Mangel abzuhelfen, ist im dargestellten Gerät eine weitere neuartige
Belastungsmöglichkeit mittels Kettenrad und belastbarer Kette vorgesehen worden.
bei der das wirksame Drehmoment unabhängig vom Beugewinkel ist und ständig gleich
groß bleibt. Der Zug wirkt im Beugesinne oder im Strecksinne je nachdem an welchem
Kettenende das Gewicht angehängt ist. Da der Hebelarm, mit dein die ':Muskulatur
am Knochen des zii bewegenden Gliedes angreift, in der Strecklage stets kleiner
ist als in der Beugestellung, muß auch hier die Muskelanstrengung mit wachsendIer
BeuIgung sich ändern. Im Unterschied zur Wirkung der Hebeleinrichtung ist jedoch
hier die Anstrengung des Muskels in der Strecklage größer als in der Beugestellung.
Ein Abfall der Anstrengung auf den a'l'ert Null kann hier nicht auftreten. Bemerkenswert
und neuartig
ist die überlagerungsmöglichkeit beider Belastungsarten
an dem neuen Gerät, durch die ein in weiten Grenzen willkürlich einstellbarer Verlauf
des Belastungsdrehmoments in Abhängigkeit vom Beugewinkel erzielt werden kann. Insbesondere
kann auch eine im gesamten Beugewinkel angenähert gleich groß bleibende Muskelbeanspruchung
erreicht werden. Weiterhin ist es möglich, auch bei senkrechter Stellung von Krafthebel
und 13elastungshebel zueinander, wie es im Ausführungsbeispiel der Fall ist, die
Gleichgewichtslage des kombinierten Belastungssystems auf jeden Wert des Beugewinkels
zu verlegen, und zwar für stabilen wie auch für labilen Zustand.
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Im ersteren Falle wird stets ein Zug von den Extremlagen zur Gleichgewichtslage
hin vorhanden sein, im anderen Falle stets ein Zug aus der Gleichgewichtslage weg
zu der einen oder anderen Extremlage je nach Richtung der ersten kleinen Abweichung.
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Die beiden bisher beschriebenen Belastungsarten haben den Mangel,
daß nach einmal erfolgter Einstellung entweder nur die Beugemuskulatur oder nur
die Streckmuskulatur des Gelenkes geübt wird wegen des stets im gleichen Sinne wirkenden
Zugcis der Gewichte oder aber, daß bei Einstellung der Systemgleichgewichtslage
auf einen zwischen o und 9o° liegenden Beugewinkel der Belastungswert während der
Bewegung stetig durch den Wert Null hindurchgeht und daher innerhalb eines beträchtlichen
Winkelbereiches nur kleine Belastungen wirksam sind. Es besteht ferner der Mangel,
daß eine Bewegung nur innerhalb eines begrenzten Winkelbereiches sinnvoll oder möglich
ist, insofern, als bei durchlaufender Drehbewegung der durch die Hebeleinrichtung
erzeugte Belastungswert in unerwünschter und unbeeinflußbarer Weise zwischen einem
positiven und negativen Höchstwert mit stetigem Durchgang durch den Wert Null 'hin
und her schwankt und insofern als bei der anderen Belastungsart der Hub des Kettengewichtes
begrenzt ist. Zur Vornahme von Rollbewegungen, z. B. um das Schultergelenk, sind
beide Belastungsarten nicht geeignet.
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Zur Behebung dieser noch vorliegenden Mängel dient die als dritte
Belastungseinrichtung eingebaute Bremseinrichtung. Ihre Kraftwirkung ist stets der
Bewegungsrichtung des Krafthebels und damit des Gliedes entgegengesetzt. Es wird
daher bei Bewegung im Strecksinne stets die Streckmuskulatur und bei Bewegung im
Beugesinne stets die Beugeinuskulatur beansprucht. Eine Behinderung der durchlaufenden
Bewegung und eine Änderung des Drehmoments in Abhängigkeit von der Winkellage treten
nicht auf. Die Verwendung einer Bremseinrichtung für ein derartiges Übungsgerät
ist neu. Insbesondere neu ist Kombinationsmöglichkeit der Belastung durch eine Bremseinrichtung
mit den Belastungen durch Gewichte und die damit geschaffene Gelegenheit, den Patienten
Bewegungsübungen ausführen zu lassen, bei denen in fast beliebig wählbarer Weise
Aktivität und Passivität sowie Größe und Verlauf der lluskell)eanspruchung eingestellt
werden können. Bei alleiniger Wirkung der Bremse tritt keine Kraft auf, die eine
Bewegung entgegen der Wirkung der Muskeltätigkeit hervorrufen könnte. Die Übungen
mit der Bremse allein sind daher stets aktiv. Aktiv sind die Übungen auch dann noch,
wenn, zwar ein Gewichtszug vorhanden ist, aber die Bremswirkung noch überwiegt.
Passivität tritt auf, wenn die Zugwirkung der Gewichte überwiegt und, die Bewegung
im Sinne des Gewichtszuges verläuft.
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Die aus Gewicht und Hebelarm leicht zu errechnenden Drehmomentwerte
bei der Belastung durch das Hebelgewicht und durch das Kettengewicht erlauben in
einfacher Weise eine laufende, quantitative Überwachung der Arbeitsfähigkeit der
Muskulatur während der Behandlung. Um auch die Belastung durch die Bremse in gleicher
Weise quantitativ überwachen zu können, ist der Bremsrahmen nach Art eines Pronyschen
Zaumes ausgebildet worden. Die -dem Bremsmoment verhältnisgleiche Bewegung es Rahmenzapfens
W wird am Zeiger Z gemessen, dessen Skala in Meterki@logramm (Drehrnomenteinheiten)
unschwer mit Hilfe des Hebelsystems nach Festsetzen der Bremse geeicht werden kann.
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Häufig i,st, besonders bei Beinbewegungen um das Hüftgelenk, der Patient
nicht in der Lage, das Eigengewicht des Gliedes zu heben. In solchen Fällen ist
es üblich und bewährt, die Übungen unter Wasser unter Ausnutzung .des dort wirkenden
Auftriebes vorzunehmen. Dieses Verfahren ist jedoch an bestimmte Voraussetzungen
gebunden und daher nicht immer durchführbar, ganz abgesehen davon, daß ihm eine
gewisse Umständlichkeit anhaftet und die erforderlichen Einrichtungen nicht immer
oder nur ausnahmsweise vorhanden sind. Das vorliegende neuartige Gerät bringt in
dieser Hinsicht eine bemerkenswerte Vereinfachung., Durch .die an diesem Gerät eingebaute
Einrichtung zum Ausgleich des Gliedeigengewichtes, bestehend aus dem auf der Systemachse
angebrachten Hebel H4 mit Schiebegewicht, ist die Möglichkeit geschaffen worden,
auch fest ans Bettgefesselten Patienten, die das Eigengewicht ihrer Gliedmaßen nicht
heben können, den Vorteil aktiver Übung der Gele-nkinuskulatur zugute kommen zu
lassen.
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Dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 'haften noch einige
Mängel an, die die Handhabung und die vielseitige Verwendbarkeit nicht voll zur
Geltung kommen lassen. Dadurch, daß die Belastungseinrichtungen und der KrafthebelHl
auf der -gleichen Welle angebracht sind, ist einerseits die Hubhöhe des Kettengewichtes,
besonders bei Verwendung an niedrigen Betten, geringer als erwünscht und gehen andererseits,
z. B. bei Anordnung nach Abb. 3, die Belastungshebel nicht immer frei durch. Schließlich
ist auch die Verstellung der Höhenlage der Systemachse auf dem Umwege über eine
Verstellung der Gerätefüße etwas umständlich und unbequem, da das Gesamtgewicht
des Gerätes dabei gehoben: oder gesenkt werden maß. Unter diesen Umständen wird
man zweckmäßig getrennte Wellen für die Belastungseinrichtungen einerseits
und
den Krafthebel anderseits vorsehen. Die Belastungswelle kann dann unter Wegfall
der ausfahrbaren Gerätefüße so hoch gelegt werden, daß immer genügend Hubhöhe für
das Kettengewicht vorhanden ist und eineBehinderung der Hebel beim Durchschlagen
nicht vorkommen kann. Die gesonderte Welle für den Krafthebel ist in einem Schlitz
auf der Vorderseite des Gerätes mit genügender Hubhöhe in senkrechter Richtung verschiebbar
anzuordnen und durch in geeignetes Getriebe mit der festen Welle der Belastungseinrichtungen
zu verbinden. Geeignete Antriebe; die eine einfache Verstellmöglichkeit sicherstellen,
sind bekannt.