Innowacyjne zaopatrzenie ortotyczne dla dzieci z mózgowym porażeniem dziecięcym chodzących na palcach

Zastosowanie ortez 3D w rehabilitacji dzieci z mózgowym porażeniem dziecięcym

Ortezy są jednym z niezbędnych elementów leczenia dzieci z mózgowym porażeniem dziecięcym (MPD). Główne cele ich stosowania to poprawa jakości i ergonomii chodu, jak również poprawa ustawienia stopy i stawu skokowego [1]. Ortezy wpływają na stopę i staw skokowy poprzez kontrolowane oporowanie momentu zginającego podeszwowo i grzbietowo stopę oraz działają stabilizująco na śródstopie i przodostopie [2]. 

Aktualne standardy stosowania ortez u dzieci z MPD wskazują na użycie SAFO (solid ankle foot orthosis) u dzieci chodzących na palcach [3, 4]. Sztywna budowa ortezy blokuje zgięcie podeszwowe i grzbietowe, pronację i supinację, inwersję i ewersję (zdj. 1).

Działanie ortezy blokujące ruch w stawie Choparta i Lisfranca w dużej mierze zależy od wypadkowej sztywności spodu ortezy i podeszwy buta. Sztywne AFO zależnie od kąta inklinacji goleni w stosunku do podłoża wpływają na ustawienie stawu kolanowego [5]. Zwiększenie zgięcia podeszwowego wzmacnia to działanie, ale stwarza problemy, gdyż zmniejsza płynne przenoszenie stopy w fazie wymachu. Może również zaburzać pierwszą część fazy podporu, a także pokonywanie pochyłości.

Dużą wadą SAFO jest zablokowanie ruchu w kierunku zgięcia podeszwowego i grzbietowego i w efekcie zablokowanie wygenerowania jakiejkolwiek siły ze zginaczy podeszwowych stopy. Działanie to wpływa na redukcję spastyczności, ale jednocześnie powoduje dyskomfort użytkowania i zwiększenie ruchów kompensacyjnych, które nie są pożądane. Sztywne ortezy niestety zwiększają wydatek energetyczny potrzebny do wykonania ruchu, spowodowany ograniczeniem ruchu w stawach, a co za tym idzie – są znacznie mniej komfortowe dla małych pacjentów.

Sztywne ortezy AFO są powszechnie stosowane u dzieci chodzących na palcach [6], jednak efekty w postaci poprawy wzorca chodu bez zwiększenia komfortu chodzenia nie są zadowalające. Dobór odpowiedniego zaopatrzenia w tego typu problemach stanowi duże wyzwanie dla ortotyków.

Ortheo 3D zaproponowało zastosowanie ortez typu TWO (ang. toe walking orthosis) w technologii druku 3D (zdj. 2A–B) dla pacjentów z mózgowym porażeniem dziecięcym, którzy prezentują chód na palcach. Skanowanie 3D i druk 3D pozwalają na stworzenie precyzyjnie dopasowanego i funkcjonalnego zaopatrzenia ortopedycznego, indywidualnie dobranego do potrzeb pacjenta. Innowacyjna technologia druku 3D daje możliwość stworzenia lekkiego zaopatrzenia ortotycznego o nowych parametrach i udogodnieniach. 
Orteza TWO została zaproponowana wstępnie dla dzieci z obniżonym napięciem mięśniowym, które chodzą na palcach w wyniku zaburzeń integracji sensorycznej lub zaburzeń stabilności [7].

TWO nie blokuje zgięcia podeszwowego, natomiast jej konstrukcja wspomaga chód pozwalający na kontakt pięty z podłożem (zdj. 3).
 

Ortezy stworzone w technologii druku 3D są znacznie lżejsze, mniej zabudowane i mniej masywne w porównaniu do tradycyjnych ortez. Orteza TWO daje odpowiednią stabilizację i utrzymuje prawidłową oś stopy i stawu skokowego, a jednocześnie pozwala na ruch tam, gdzie jest to korzystne dla pacjenta.

Chodzenie na palcach u dzieci z mózgowym porażeniem dziecięcym [8, 9] jest dużym wyzwaniem, jeśli chodzi o znalezienie kompromisu pomiędzy ruchem a stabilizacją.

Opis przypadku

Dzieci z mózgowym porażeniem dziecięcym prezentują złożone problemy motoryczne, które powodują trudności z chodzeniem [10]. Nieprawidłowości w obrębie układu ruchu i postawy ciała są podstawowymi cechami mózgowego porażenia dziecięcego i odzwierciedlają zaburzenia kontroli motorycznej [11]. Zastosowanie odpowiedniego zaopatrzenia ortotycznego zwiększa możliwości stabilizacji podczas chodu oraz poprawia sam wzorzec.

Opis pacjenta

Pacjent to dziewięcioletnia dziewczynka z mózgowym porażeniem dziecięcym – postać spastycznej diparezy (GMFCS I), objęta kompleksową rehabilitacją oraz leczeniem spastyczności mięśni preparatami toksyny botulinowej typu A. U dziewczynki w badaniu klinicznym stwierdzono wzmożone napięcie mięśniowe typu spastycznego w kończynach dolnych. W ocenie napięcia mięśniowego mięśnia brzuchatego łydki według zmodyfikowanej skali Tardieu po prawej stronie catch angle R1 wynosił -30° (ruch szybki), natomiast po lewej stronie -20°. R2 po stronie prawej wynosił -5° (ruch wolny), po stronie lewej 0°. 

Dziewczynka prezentowała funkcjonalne ograniczenie ruchu w stawach skokowych.
Dziewczynka prezentowała chód na palcach, w związku z czym zastosowano u niej ortezy typu SAFO. Używała ich od drugiego roku życia. Z uwagi na duży dyskomfort użytkowania dziewczynka nie chciała z nich korzystać. Nosiła je sporadycznie.

Biorąc pod uwagę brak systematyczności w noszeniu SAFO, u dziewczynki zastosowano ortezy TWO wyprodukowane z użyciem technologii 3D, które są znacznie lżejsze i mniejsze w porównaniu do tradycyjnych ortez.
 

Efektywność obu rodzajów ortez – SAFO i TWO – zweryfikowano w laboratorium chodu. Przeprowadzono analizę chodu dziewczynki w obu typach ortez (zdj. 4).

Zaobserwowano korzystne zmiany w wybranych parametrach kinetycznych i kinematycznych. Analiza parametrów kinematycznych w płaszczyźnie strzałkowej wykazała: 

• mniejsze przodopochylenie miednicy w TWO (MAP = 9,5) niż w SAFO (MAP = 15) (MAP – Movement Analysis Profile), 
• w stawie biodrowym zanotowano poprawę wyprostu w końcowej fazie podporu w TWO (MAP: strona prawa [P] = 10, strona lewa [L] = 8) w porównaniu do SAFO (MAP: P = 14,8, L = 12,9), 
• w stawie skokowym – ruch zgięcia grzbietowo-podeszwowego był bardziej zbliżony do normy w TWO (MAP: P = 8,2, L = 7,5) niż w SAFO (MAP: P = 13,1, L = 11,8), 
• w stawie skokowym – uniesienie stopy (foot pitch): poprawa zgięcia grzbietowego stopy w fazie wymachu w ortezach TWO w porównaniu do SAFO (zdj. 6 i 7). 

W płaszczyźnie czołowej zaobserwowano zmiany w stawach skokowym i podskokowym – kąt inwersji w początkowej fazie podporu był bardziej zbliżony do prawidłowego w ortezie TWO niż w SAFO.

W analizie kinetycznej zaobserwowano normalizację momentu wewnętrznego w stawie biodrowym podczas całej fazy podporu w próbie z użyciem ortez TWO (zdj. 8A–B). Dodatkowo moc generowana przez mięśnie prostowniki stawu biodrowego przez cały cykl chodu była zbliżona do prawidłowych w ortezach TWO w porównaniu do nadmiernej mocy generowanej przez mięśnie w ortezach SAFO.
Również w stawie kolanowym obserwowano zwiększony moment prostujący w fazie loading response w ortezach SAFO, natomiast wartości zbliżały się do prawidłowych w ortezach TWO. Analizując moc generowaną przez mięśnie w stawie kolanowym, zaobserwowano bardziej symetryczne wartości w ortezach TWO w porównaniu do znacznych zaburzeń generowania mocy między prawą a lewą stroną w ortezach SAFO.

Analiza wykazała pewne różnice w stawie skokowym w płaszczyźnie strzałkowej. W ortezach SAFO obserwowano w trakcie cyklu chodu zwiększony moment zginaczy podeszwowych w fazach IC i LR, zbyt mały moment zginający zwłaszcza po stronie prawej w fazie propulsji. Wartości te były bardziej zbliżone do prawidłowych w ortezach TWO. Dodatkowo w ortezach SAFO obserwowano nadmierną absorpcję mocy w LR, nadmierne generowanie mocy w fazie MST oraz brak generowania mocy w fazie propulsji. W ortezach TWO obserwowano korzystniejsze generowanie mocy w fazie propulsji.
 

W płaszczyźnie czołowej nie uwidoczniono istotnych klinicznie różnic między chodem w obydwu typach ortez.
Ważnym elementem oceny efektywności obu rodzajów ortez była subiektywna ocena pacjentki. Dziewczynka zdecydowanie chętniej zakładała ortezy TWO, czuła większy komfort noszenia związany z mniejszą wagą i oddychalnością produktu i miała większe możliwości przy wyborze obuwia.

Po zastosowaniu ortez TWO w technologii druku 3D przeprowadzono rozmowy kontrolne z opiekunem dziewczynki odnośnie do komfortu użytkowania ortez, a przede wszystkim czasu ich noszenia w ciągu dnia. W pierwszym tygodniu stosowania nowych ortez dziewczynka używała ich przez trzy godziny dziennie i jednorazowo osiem godzin na wycieczce. Według dziewczynki nowe ortezy bardzo szybko się zakłada, znacznie łatwiej wkłada się je do butów, które są w standardowym rozmiarze. Przy sztywnych ortezach SAFO konieczne było noszenie butów o dwa–trzy rozmiary większych. Dziewczynka dużo chętniej nosi ortezy TWO w porównaniu z tradycyjnymi SAFO, zdecydowanie łatwiej chodzi jej się po schodach. Już w drugim tygodniu stosowania dziewczynka nosiła ortezy TWO przez cały dzień (ok. 10 godzin), zwracała uwagę na znacznie łatwiejsze ich zakładanie. To, co istotne dla pacjentki, to samodzielność użytkowania ortez, dziewczynka może je zakładać bez pomocy. 

Podczas kolejnego kontaktu mama dziewczynki potwierdziła, że pacjentka chodzi cały dzień w nowych ortezach, ćwiczy w nich na WF-ie, natomiast tradycyjne sztywne ortezy musiała ściągać do ćwiczeń. Dziewczynka chętnie chodzi w ortezach w szkole, po przebudzeniu rano chce je założyć. Dodatkową zaletą, którą podkreśla jej mama, jest to, że znacznie zmniejszyła się potliwość stóp pacjentki w porównaniu ze stosowaniem ortez tradycyjnych. W ocenie fizjoterapeuty prowadzącego w ortezach TWO dziewczynka poprawiła również wzorzec chodu.

Podsumowując: dziewczynka zdecydowanie lepiej czuje się w ortezach TWO, chętniej chce w nich chodzić, swobodnie schodzi i wchodzi po schodach, łatwiej przemieszcza się w terenie, nie ma problemu podczas ćwiczeń na zajęciach WF-u, co znacznie zwiększa jej samodzielność i partycypację.

Wnioski

Dobór zaopatrzenia ortotycznego dla dzieci z mózgowym porażeniem dziecięcym stanowi niekiedy duże wyzwanie, aby z jednej strony skorygować nieprawidłowe ustawienie stopy lub całej kończyny, a z drugiej – nie ograniczać funkcjonowania dziecka, jak również nie generować patologicznych kompensacji w układzie ruchu.

Stosowanie ortez TWO u pacjentów z mózgowym porażeniem dziecięcym chodzących na palcach wymaga jeszcze wielu obiektywnych badań, ale stanowi ciekawą i komfortową alternatywę dla tradycyjnych sztywnych ortez, zachowując przy tym główny cel stosowania zaopatrzenia ortotycznego.

Przy doborze zaopatrzenia ortotycznego u dzieci z MPD ważne jest uzyskanie kompromisu między koncepcją optymalnej korekcji chodu a realnymi możliwościami użytkowania dobranych ortez przez pacjenta. Jeśli orteza zbyt ogranicza funkcjonowanie dziecka w życiu codziennym i powoduje dyskomfort, z dużym prawdopodobieństwem nie będzie ono jej nosić.

PIŚMIENNICTWO

1. Owen E. When to use lower limb orthoses in cerebral palsy. Paediatrics and Child Health 2020; 30 (8): 275–282. 
2. Ries A.J., Novacheck T.F., Schwartz M.H. A data driven model for optimal orthosis selection in children with cerebral palsy. Gait Posture 2014; 40 (4): 539–544.
3. Owen E. Tuning of ankle-foot orthosis footwear combinations for children with cerebral palsy, spina bifida and other conditions. Seminar delivered at the European Society for Movement Analysis in Adults and Children (ESMAC) Annual Meeting in Warsaw, September 2004.
4. Firouzeh P., Sonnenberg L.K., Morris C. et al. Ankle foot orthoses for young children with cerebral palsy: a scoping review. Disabil Rehabil 2021; 43 (5): 726–738. 
5. Stewart C., Butler P.B., Farmer S.E. et al. The effect of fixed ankle foot orthoses in children with cerebral palsy. Disabil Rehabil Assist Technol 2007; 2 (1): 51–58.
6. Aboutorabi A., Arazpour M., Ahmadi Bani M. et al. Efficacy of ankle foot orthoses types on walking in children with cerebral palsy: A systematic review. Ann Phys Rehabil Med 2017; 60 (6): 393–402. 
7. Caserta A.J., Pacey V., Fahey M.C. et al. Interventions for idiopathic toe walking. Cochrane Database of Systematic Reviews 2019; 10 (10): CD012363. 
8. Beyaert C., Pierret J., Vasa R. et al. Toe walking in children with cerebral palsy: a possible functional role for the plantar flexors. Journal of Neurophysiology 2020; 124 (4): 1257–1269.
9. Wojciechowski E., Chang A.Y., Balassone D. et al. Feasibility of designing, manufacturing and delivering 3D printed ankle-foot orthoses: a systematic review. J Foot Ankle Res 2019; 12: 11.
10. Papageorgiou E., Nieuwenhuys A., Vandekerckhove I. et al. Systematic review on gait classifications in children with cerebral palsy: An update. Gait & Posture 2019; 69: 209–223.
11. Himmelmann K., Hagberg G., Uvebrant P. The changing panorama of cerebral palsy in Sweden. X. Prevalence and origin in the birth-year period 1999–2002. Acta Pediatrica 2010; 99 (9): 1337–1343.