Bedeutung und Herausforderungen der Messung der intrinsischen Fußmuskelkraft

Die elektronischen Datenbanken MEDLINE, PubMed, SCOPUS, Cochrane Library und CINAHL wurden zwischen dem 21. Mai und dem 21. Juni 2012 durchsucht, um wissenschaftliche Artikel über intrinsische Fußmuskeln und die Messung der Muskelkraft zu finden. Die wichtigsten Suchbegriffe und die Anzahl der gefundenen Artikel sind in Tabelle 1, 2, 3, 4 und 5 aufgeführt. Die Suchmaschine PEDro wurde ebenfalls genutzt und ein Artikel wurde in den Suchergebnissen gefunden. Weitere Artikel wurden durch manuelles Durchsuchen der Referenzlisten der extrahierten Artikel ermittelt. Google Scholar wurde ebenfalls durchsucht, um relevante unveröffentlichte oder im Druck befindliche Artikel zu finden, wobei dieselben Suchbegriffe wie bei den Datenbankrecherchen verwendet wurden. Die Zusammenfassungen der gefundenen Artikel wurden dann gelesen, um die geeigneten Artikel auszuwählen, wobei die vollständigen Kopien der Artikel geprüft wurden, wenn die Studie für das Forschungsziel relevant war.

Es wurden 53 Forschungsartikel identifiziert, die sich auf intrinsische Fußmuskeln und Kraftmessung bezogen. Die Artikel mussten bestimmte Kriterien für die Aufnahme erfüllen. Die Einschlusskriterien lauteten wie folgt:

1. (i)

   Forschung zur Rolle der intrinsischen Fußmuskeln

2. (ii)

   Forschung zur Anatomie der intrinsischen Fußmuskeln

3. (iii)

   Forschung zur Messung der intrinsischen Muskeln und der Zehenmuskelstärke oder -schwäche. Zunächst wurden Arbeiten über die intrinsische Fußmuskelkraft berücksichtigt, aber es stellte sich heraus, dass es nur wenige Arbeiten gab. Daher wurde die Suche auf Artikel ausgeweitet, die sich auf die Messung der Zehenmuskulatur beziehen

4. (iv)

   Veröffentlichung in Fachzeitschriften mit Peer-Review

5. (v)

   Volltextartikel in englischer Sprache

6. .text English language articles

Anatomie der intrinsischen Fußmuskeln

Die plantaren und dorsalen intrinsischen Muskeln des Fußes haben sowohl ihren Ursprung als auch ihren Ansatz innerhalb des Fußes. Die intrinsischen Fußmuskeln unterscheiden sich von den extrinsischen Fußmuskeln, die ihren Ursprung im Bein haben und deren lange Sehnen den Sprunggelenkkomplex kreuzen. Die plantaren intrinsischen Fußmuskeln sind in vier Schichten gegliedert. Die oberflächlichste Schicht liegt tief an der Plantaraponeurose und umfasst den Abductor hallucis, den Flexor digitorum brevis und den Abductor digiti minimi. Die zweite Schicht besteht aus dem Quadratus plantae und den Lumbrikeln. Die dritte Schicht besteht aus dem Adductor hallucis transversus, dem Adductor hallucis oblique, dem Flexor hallucis brevis und dem Flexor digiti minimi brevis. Die tiefste Schicht besteht aus den drei plantaren Interossei. Alle plantaren Muskeln werden von den medialen und lateralen plantaren Ästen des Nervus tibialis innerviert.

Die dorsalen intrinsischen Muskeln des Fußes können in zwei Schichten unterteilt werden. Die oberflächlichste Schicht besteht aus dem Extensor hallucis brevis und dem Extensor digitorum brevis. Die tiefe Schicht besteht aus den dorsalen interossären Muskeln. Der N. extensor hallucis brevis und der N. extensor digitorum brevis werden vom N. fibularis deepis innerviert, während die dorsalen Interossei vom N. plantaris lateralis innerviert werden, wobei der erste und zweite dorsale Interossei ebenfalls einen Teil ihrer Innervation vom N. fibularis deepis erhalten. Die dorsalen intrinsischen Muskeln sind in der wissenschaftlichen Literatur nur selten beschrieben worden, und ihre Funktion am Fuß ist nach wie vor weitgehend unbekannt. Frühe EMG-Studien zeigten, dass das Rekrutierungsmuster des M. extensor hallucis brevis und des M. extensor digitorum brevis während des Gehens von Teilnehmer zu Teilnehmer stark variierte, wobei einige Teilnehmer keine Aktivierung des M. extensor digitorum brevis während des Gehens zeigten. Der M. extensor hallucis brevis und der M. extensor digitorum brevis werden heute in großem Umfang für Gewebetransplantate wie den Insellappen zur Deckung von Weichteildefekten in der distalen Bein- und Knöchelregion verwendet. Daher ist nur sehr wenig über die spezifische Rolle der dorsalen intrinsischen Muskeln bekannt und wird in dieser Übersicht nicht weiter erörtert.

Evolution der intrinsischen Fußmuskeln

Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass im Laufe der menschlichen Evolution die Kraft und Funktion der Zehenbeuger allmählich abnimmt und daher die plantaren intrinsischen Muskeln im Fuß weitgehend überflüssig werden. Bei Affen sind die Zehen länger und haben spezialisierte Funktionen, z. B. zum Klettern auf Bäume. Beim Menschen hingegen sind die Zehenglieder kürzer, was eine morphologische Anpassung an die geringere Greiffähigkeit der Zehen bei modernen Menschen mit Schuhen sein könnte. Diese Theorie der adaptiven Veränderungen während der menschlichen Evolution wird durch die Funde eines 3,6 Millionen Jahre alten Teilfußes des Menschen gestützt, dessen Zehen kürzer waren als die des afrikanischen Affen, aber länger und stärker gekrümmt als die des modernen Menschenfußes. Einige Autoren haben vorgeschlagen, dass die fortgesetzte Funktion einiger intrinsischer Muskeln auf unvollständige Evolutionsprozesse zurückzuführen sein könnte. Die Existenz von Muskeln wie dem Quadratus plantae widerlegt jedoch diese Hypothese. Die medialen und lateralen Ansatzstellen des Musculus quadratus plantae am Calcaneus sind einzigartig für den Menschen, und der Musculus quadratus plantae ist einzigartig für den Fuß, da es keinen analogen Muskel an der Hand gibt. Da die Sehne des M. flexor digitorum longus von medial in den Fuß eintritt und die Zehen nach medial zieht, geht eine Theorie davon aus, dass die gleichzeitige Kontraktion des M. quadratus plantae es den Zehen ermöglicht, sich in der Sagittalebene zu beugen, indem der Zug des M. flexor digitorum longus umgelenkt wird. Dies ist eine notwendige Entwicklung für das zweibeinige Gehen. Das Vorhandensein spezialisierter Funktionen für die intrinsischen Muskeln kann daher darauf hindeuten, dass die intrinsischen Fußmuskeln weiterhin eine Rolle im modernen Fuß spielen.

Rolle der intrinsischen Fußmuskeln

Gehen

Eine Reihe von Studien zeigt, dass die intrinsischen Fußmuskeln beim Gehen als Gruppe aktiv sind. Eine klassische Elektromyographie (EMG)-Studie mit 12 Teilnehmern zeigte, dass der Abductor digiti minimi, der Abductor hallucis, der Flexor digitorum brevis, die dorsalen Interossei und die lumbrischen Muskeln während der Standphase des Gehens aktiv waren und bis zum Absetzen der Zehen aktiv blieben. In einer Studie von Jacob (2001) wurden anthropometrische Daten und Daten zum Plantardruck kombiniert, um zu zeigen, dass der Musculus flexor hallucis brevis (in Kombination mit dem Musculus abductor hallucis) und der Musculus flexor digitorum brevis in der Lage sind, während der Antriebsphase des Gehens Kräfte von etwa 36 % und 13 % des Körpergewichts auszuüben. Es ist jedoch nicht bekannt, ob diese Muskeln konzentrisch oder exzentrisch arbeiten oder ob sie noch andere Funktionen haben, wie z. B. die Abduktion der Zehen. Mann und Inman vermuten, dass die Rolle der intrinsischen Fußmuskeln in der Stabilisierung des Fußes während der Fortbewegung besteht. Die Aktivität der intrinsischen Muskeln während der Fortbewegungsphase des Gangs fällt mit der passiven Dorsalflexion des Zehengrundgelenks (MTP) zusammen, da sich der Schwerpunkt nach vorne zum Zehengrundgelenk bewegt. Rolian et al. sowie Goldmann und Bruggemann postulieren, dass die intrinsischen und extrinsischen Zehenbeugemuskeln die Aufgabe haben, das Dorsalflexionsmoment der Bodenreaktionskraft am Zehengrundgelenk in der Abstoßphase des Gehens auszugleichen. Dies kann durch eine exzentrische Kontraktion der langen und kurzen Zehenbeugemuskeln erreicht werden, um die Dorsalflexion am MTP-Gelenk zu kontrollieren und die Streckung des Interphalangealgelenks aufrechtzuerhalten, damit die Zehen bis zum Absetzen des Fußes flach auf dem Boden stehen. Durch die Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem Boden würde sich die Druckverteilung unter den Mittelfußköpfen beim Gehen verbessern.

Arch support

Die Rolle der intrinsischen Muskeln bei der Unterstützung des medialen Längsgewölbes wurde sowohl beim Stehen als auch beim Gehen untersucht. Frühe EMG-Studien ergaben, dass die intrinsischen Fußmuskeln im Stehen nicht aktiv sind, und die Plantaraponeurose wurde weithin als die primäre Struktur angesehen, die für die Unterstützung des Fußgewölbes in Ruhe verantwortlich ist. In einer neueren EMG-Studie wurde jedoch eine geringe Aktivität des Abductor hallucis, des Flexor digitorum brevis und des Quadratus plantae beim entspannten Stehen festgestellt, wobei die Aktivität mit zunehmender Beanspruchung deutlich zunahm. Reeser et al. schlugen vor, dass die intrinsischen Fußmuskeln als Traversen für die Längsgewölbe fungieren, um Biegebelastungen beim Gehen aktiv zu widerstehen. Diese Hypothese wird durch den Befund gestützt, dass die Spannung der Plantaraponeurose während des späten Standes deutlich abnimmt, während die Höhe des Fußgewölbes zunimmt. Die fehlende Spannung während der späten Standphase deutet darauf hin, dass andere Strukturen wie die intrinsische Fußmuskulatur zur Unterstützung des Fußgewölbes während des Vortriebs beitragen könnten. Darüber hinaus hat eine virtuelle Studie des Fußes mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode gezeigt, dass die mechanische Belastung des medialen und lateralen Fußgewölbes durch die intrinsische Muskulatur des Fußes reguliert werden kann. Daher gibt es Hinweise darauf, dass die intrinsischen Muskeln eine wichtige Rolle bei der Unterstützung des medialen Längsgewölbes beim Gehen und eine geringe Rolle beim entspannten Stehen spielen.

Auswirkungen einer intrinsischen Fußmuskelschwäche

Im nächsten Abschnitt wird der Einfluss einer intrinsischen Muskelschwäche auf die Entwicklung von Pes cavus bei der Charcot-Marie-Tooth-Krankheit, Kleinzehendeformitäten, Hallux valgus und Fersenschmerzen untersucht.

Charcot-Marie-Tooth-Krankheit

Die Charcot-Marie-Tooth-Krankheit (CMT) ist eine periphere Neuropathie, bei der anatomisch distale Muskeln einschließlich der intrinsischen Muskeln bevorzugt betroffen sind. Die Schwäche der intrinsischen Fußmuskulatur ist ein weithin akzeptierter pathologischer Befund der CMT, und Studien mit Magnetresonanztomographie (MRT) haben eine signifikante Atrophie der intrinsischen Fußmuskulatur gezeigt. Mehrere Autoren haben die Hypothese aufgestellt, dass die intrinsische Muskelschwäche ein wichtiger Faktor für die Entwicklung der Pes cavus-Deformität ist. Eine Theorie besagt, dass die Atrophie der intrinsischen Muskeln eine Dorsalflexion der MTP-Gelenke verursacht, die auf den ungehinderten Zug der langen Streckmuskeln der Zehen zurückzuführen ist. Die Dorsalflexion an den MTP-Gelenken hebt das Längsgewölbe durch den Windeffekt an. Das anhaltende Ungleichgewicht führt zu einer Kontraktion der Plantarfaszie und der intrinsischen Muskeln, die dann den Vorfuß in Plantarflexion ziehen, was zu einem zunehmend starren Hohlfuß führt. Ein eindeutiger Kausalzusammenhang zwischen intrinsischer Muskelschwäche und der Entwicklung eines Hohlfußes ist jedoch nicht erwiesen, und es gibt andere Theorien zur Ätiologie, wie z. B. ein extrinsisches Ungleichgewicht zwischen Invertor und Evertor. Ohne genaue Mittel zur Bewertung der intrinsischen Muskelkraft bleibt die Rolle der intrinsischen Muskelatrophie bei der Entwicklung der Pes cavus-Deformität unbekannt.

Krallenzehdeformitäten

Muskelungleichgewichte zwischen der intrinsischen und der extrinsischen Fußmuskulatur wurden als mögliche Ursache für Krallenzehdeformitäten vorgeschlagen. Die Krallenzehendeformität ist durch eine Streckung des MTP-Gelenks mit Beugung der proximalen und distalen Interphalangealgelenke gekennzeichnet. Die Hammerzehe ist durch ein verlängertes MTP-Gelenk, ein gebeugtes proximales Interphalangealgelenk und ein normales oder verlängertes distales Interphalangealgelenk gekennzeichnet. Krallen- und Hammerzehdeformitäten sind bei Patienten mit diabetischer Neuropathie häufig.

Bei einem nicht betroffenen Fuß werden die starken Streckkräfte am MTP-Gelenk durch den Extensor digitorum longus und brevis durch die Beugekräfte ausgeglichen, die von den langen und kurzen Zehenbeugern erzeugt werden. Eine intrinsische Muskelatrophie führt jedoch zu einem Ungleichgewicht der Streckkräfte am MTP-Gelenk und damit zur Entwicklung einer Zehendeformität. Die Ergebnisse von Kwon et al. stützen diese Theorie, da die Teilnehmer mit Hammerzehen-Deformität im Vergleich zu den nicht betroffenen Teilnehmern ein größeres Missverhältnis zwischen der Kraft der Zehenstrecker- und Zehenbeugemuskeln aufwiesen. Es wurden jedoch auch andere Mechanismen für die Entwicklung der Zehendeformität vorgeschlagen, wie z. B. einschränkendes Schuhwerk, eine Ruptur der Plantaraponeurose und der Gelenkkapsel. Diese alternativen Theorien werden durch die Ergebnisse von Bus und Kollegen bei Teilnehmern mit diabetischer Neuropathie unterstützt, bei denen kein Unterschied im Ausmaß der Muskelatrophie bei Patienten mit und ohne Krallendeformität festgestellt wurde. In einer Pilotstudie von Ledoux et al. wurde jedoch berichtet, dass bei Teilnehmern mit Krallenzehdeformität sowohl eine intrinsische Muskelatrophie als auch eine erhöhte Plantaraponeurosedicke vorlag. Daher können mehrere Faktoren zur Fuß- und Zehendeformität beitragen. Künftige prospektive Studien, in denen die intrinsische Muskelkraft und die Dicke der Plantaraponeurose gemessen werden, könnten zur Klärung dieses Zusammenhangs beitragen.

Hallux valgus

Der Hallux valgus oder Ballenzeh beschreibt eine Fußdeformität, die durch eine seitliche Abweichung der großen Zehe am MTP-Gelenk von der Mittellinie des Körpers gekennzeichnet ist. Als Ursache für die Hallux-valgus-Deformität wird ein Ungleichgewicht der Kraft des Abductor hallucis im Vergleich zum Adductor hallucis transversus und Adductor hallucis obliquus vermutet. Es wird angenommen, dass bei einer Schwäche der Abduktoren die Adduktorenkraft dominiert und die Großzehe am MTP-Gelenk nach lateral zieht. Diese Theorie wird durch Muskelbiopsiebefunde gestützt, die bei Patienten mit symptomatischer Hallux-valgus-Deformität histologische Anomalien und Muskelfaserschwund im Musculus abductor hallucis aufzeigten. Um die Pathogenese des Hallux valgus besser zu verstehen, sind weitere Studien zur Bewertung der Muskelkraft der einzelnen intrinsischen Muskeln erforderlich.

Fersenschmerzen

Die Rolle der intrinsischen Muskelschwäche bei der Entstehung von plantaren Fersenschmerzen oder Plantarfasziitis ist unklar. Eine von Allen und Gross vorgeschlagene Theorie beschreibt einen Zusammenhang, bei dem schwache intrinsische Muskeln das mediale Längsgewölbe nur unzureichend dynamisch stützen, was zu einer erhöhten Belastung der plantaren Aponeurose führt. In einer MRT-Studie von Chang et al. an Teilnehmern mit chronischer einseitiger Plantarfasziitis wurde eine Verringerung der Querschnittsfläche der intrinsischen Muskeln am Vorfuß des symptomatischen Fußes im Vergleich zum schmerzfreien Fuß festgestellt. Die ausgewählte Verringerung der Querschnittsfläche der intrinsischen Fußmuskulatur im Vorfuß und nicht im Rückfuß ist interessant, weil viele intrinsische Muskeln Ansätze am ersten Strahl haben. Die Atrophie der intrinsischen Muskeln kann die Stabilität des medialen Längsgewölbes beeinträchtigen und somit den Heilungsprozess durch weitere Belastung der Plantaraponeurose behindern. Daher kann eine intrinsische Muskelschwäche eine wichtige Rolle bei chronischen Fersenschmerzen spielen. Um diese Hypothese zu bestätigen, sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, bei denen die intrinsische Muskelkraft prospektiv gemessen wird.

Messung der intrinsischen Fußmuskelkraft

Im nächsten Abschnitt werden die „direkten“ und „indirekten“ Methoden zur Messung der intrinsischen Muskelkraft erläutert. Unter der Überschrift „Direkte Methoden zur Messung der intrinsischen/extrinsischen Muskelkraft“ werden die Methoden vorgestellt, mit denen eine Kraft- oder Leistungseinheit direkt gemessen werden kann. Diese „direkten“ Methoden messen jedoch die Zehenbeugekraft, die eine Kombination aus intrinsischer und extrinsischer Muskelkraft ist. Die Unterrubrik „Indirekte Methoden zur Bewertung der intrinsischen Muskelkraft“ befasst sich mit Methoden, mit denen die Kraft nicht direkt gemessen werden kann, die aber Informationen über die intrinsische Muskelstruktur und -aktivität liefern.

Direkte Methoden zur Bewertung der intrinsischen/extrinsischen Muskelkraft

Die in der Literatur beschriebenen direkten Methoden umfassen eine Vielzahl von klinischen Tests und laborgestützten Tests. Es ist klar, dass die in der Literatur beschriebenen direkten Methoden in erster Linie die Kraft der Zehenbeugemuskeln messen, während andere Aktionen wie die Zehenextensions- und Abduktionskraft selten gemessen werden. Da die Zehenbeugemuskelkraft eine Kombination aus intrinsischer und extrinsischer Muskelaktivität ist, messen alle „direkten“ Methoden eigentlich die intrinsische und extrinsische Zehenmuskelkraft. Es wurde eine Vielzahl von Methoden beschrieben, die angeblich die Kraft der Zehenbeuger messen: Zehenhanddynamometrie, Papiergriff-Test, Plantardruck und der Intrinsic Positive Test.

Zehendynamometrie

Die Zehendynamometrie ist ein objektives Instrument zur Messung der Kraft der Zehenbeuger. Es wurde über verschiedene Methoden der Zehendynamometrie berichtet, darunter die Handdynamometrie, die stationäre Dynamometrie, die auf der Manschette basierende stationäre Dynamometrie und ein modifiziertes Handgriffkraftmessgerät. In allen Studien wurde die „Make“-Technik verwendet, bei der das Dynamometer von einem Prüfer oder einer externen Vorrichtung stationär gehalten wird und die Teilnehmer mit ihren Zehen maximal auf das Dynamometer drücken. Über die Zuverlässigkeit aller Methoden mit Ausnahme der stationären Dynamometrie wurde berichtet (Tabellen 6 und 7). Die Zehendynamometrie hat durchweg eine ausgezeichnete Intra-Rater-Reliabilität gezeigt, mit allen ICC-Werten > 0,83 . Die Inter-Rater-Reliabilität wurde jedoch nur für die handgehaltene Dynamometrie berichtet, die eine ausgezeichnete Inter-Rater-Reliabilität (ICC 0,82 – 0,88) aufwies.

Die verschiedenen Arten von Zehendynamometern ermöglichen das Testen verschiedener Aktionen der Zehen. Bei der Messung der Zehenbeugemuskelkraft mit dem Handdynamometer wird das Dynamometer unter dem Interphalangealgelenk des Hallux positioniert, um entweder die Kraft der Großzehe oder die der Interphalangealgelenke zwei bis fünf zu messen, um die Kraft der Kleinzehe zu messen. Die handgehaltene Dynamometrie erlaubt die Beugung an den MTP-Gelenken und schränkt die Beugung am Interphalangealgelenk ein, da das Dynamometer unter den Interphalangealgelenken angebracht wird. Im Gegensatz dazu verfügt das modifizierte Handgriffkraftmessgerät über eine Stange, um die die Zehen gebeugt werden können. Bei der manschettenbasierten stationären Dynamometrie wird eine Ledermanschette um die proximale Phalanx des zu messenden Zehs gelegt. Mit der manschettenbasierten Dynamometrie wird sowohl die Kraft der Zehenbeuger als auch der Zehenstrecker gemessen, da die Platzierung der Manschette und die Ausrichtung des Dynamometers verändert werden können. Die feste Dynamometrie besteht aus einer festen Sensorplatte, auf die die Teilnehmer ihre Zehen drücken.

Die verschiedenen Arten der Zehendynamometrie können die intrinsischen Muskeln in unterschiedlichem Maße aktivieren, da jedes Modell unterschiedliche Aktionen der Zehen fördert. Die auf einer Manschette basierende fixe Dynamometrie, der modifizierte Handgrifftester und die fixe Dynamometrie erlauben alle eine Beugung am MTP-Gelenk, bieten aber keine Möglichkeit, eine übermäßige Beugung an den Interphalangealgelenken zu begrenzen. Bei der Prüfung der Zehenbeuger kann es zu einem Einrollen der Zehen kommen, eine Aktion, von der angenommen wird, dass sie die langen (extrinsischen) Zehenbeuger aktiviert. Ausgehend von den anatomischen Ansätzen der intrinsischen Fußmuskeln, vor allem der Musculi interossei und der Musculi lumbricales, postulierten Garth und Miller, dass die intrinsischen Fußmuskeln als Gruppe kontrahieren, um eine Beugung am MTP-Gelenk und eine Streckung am Interphalangealgelenk zu erzeugen. Dies steht im Gegensatz zur Beugung sowohl im MTP-Gelenk als auch im Interphalangealgelenk, die von den langen (extrinsischen) Zehenbeugern ausgeführt wird. Untersuchungen der intrinsischen Muskeln der Hand haben ergeben, dass die Muskeln des Interosseums und des Lumbriums elektrisch stimuliert werden können, um eine Beugung im MTP-Gelenk und eine Streckung im Interphalangealgelenk zu erzeugen. Aufgrund der ähnlichen Anatomie der Interossei und Lumbricale in Hand und Fuß ist es wahrscheinlich, dass die Beugung im MTP-Gelenk und die Streckung im Interphalangealgelenk von den intrinsischen Fußmuskeln bewirkt werden. Daher könnte die handgehaltene Dynamometrie die intrinsischen Muskeln effektiver aktivieren als andere Arten der Zehendynamometrie, da sie die Flexion am MTP-Gelenk und die Extension am Interphalangealgelenk fördert.

Eine weitere wichtige Überlegung bei der Messung der intrinsischen Muskelkraft ist die Position des Knöchels. Spink und Mitarbeiter stellten die Hypothese auf, dass die extrinsischen Zehenbeuger die Messung weniger beeinflussen, wenn der Knöchel passiv in maximaler Plantarflexion gehalten wird, da sich diese Muskeln in einer maximal verkürzten Position befinden und daher weniger Kraft erzeugen können. Diese Hypothese wird durch die Ergebnisse von Goldmann und Bruggemann gestützt, die feststellten, dass die geringsten Kraftmomente um die Zehengrundgelenke erzeugt wurden, wenn sich die extrinsischen Zehenbeugemuskeln während der maximalen Plantarflexion des Sprunggelenks und des Zehengrundgelenks in einer verkürzten Position befanden. Die Autoren vermuten, dass die geringeren Momente darauf zurückzuführen sind, dass die intrinsischen Zehenbeugemuskeln und nicht die extrinsischen Zehenbeugemuskeln in erster Linie die Momente im Bereich des Zehengrundgelenks erzeugen.

Papiergriff-Test

Beim Papiergriff-Test versucht der Teilnehmer, ein normales Stück Papier, z. B. eine Visitenkarte, unter dem Hallux oder den kleinen Zehen zu halten, während der Prüfer versucht, die Karte wegzuziehen. Der Papiergreiftest wurde erstmals als Screening-Instrument für intrinsische Muskelschwäche bei Lepra eingesetzt. Seitdem wird er als Messinstrument für die Kraft der Zehenbeuger in Verbindung mit einer Plantardruckplattform verwendet, wobei der Teilnehmer den Papiergriff-Test im Sitzen mit den Füßen auf der Plattform durchführt, die gleichzeitig die Kräfte unter den Zehen aufzeichnet. Der Paper Grip Test hat eine ausgezeichnete Interrater- (ICC 0,87) und mäßige Intrarater-Zuverlässigkeit (ICC 0,56) bei der Beurteilung von Teilnehmern mit Lepra und gesunden Kontrollpersonen gezeigt (Tabelle 7).

Es gibt eine begrenzte Anzahl von Validierungsstudien zum Paper Grip Test als Maß für die intrinsische Muskelkraft. De Win et al. führten einen gleichzeitigen EMG-Test während des Papiergriff-Tests durch und stellten fest, dass sowohl die intrinsischen als auch die extrinsischen Muskeln des Fußes und des Knöchels aktiv waren. Die Aktivität der Plantarflexoren des Knöchels könnte auf die fehlende Stabilisierung zurückzuführen sein, da während der Studie weder eine manuelle Stabilisierung durch den Untersucher noch Gurte zur Minimierung der Knöchelbewegung verwendet wurden. Darüber hinaus könnten die Teilnehmer ihre Zehen gekrümmt haben, um die Visitenkarte zu greifen, eine Aktion, von der angenommen wird, dass sie die langen extrinsischen Zehenflexoren aktiviert. Der Paper Grip Test ist zwar wiederholbar, hat aber eine fragwürdige Validität als Maß für die intrinsische Schwäche, da er wahrscheinlich sowohl die intrinsische als auch die extrinsische Muskelkraft misst.

Pflanzendruck

Pflanzendrucksensoren können die Kraft unter den Zehen messen. Die Plantardruckmessung ist im Allgemeinen in zwei verschiedenen Formen erhältlich: (1) In-Schuh-Systeme wie Novel Pedar®, TekScan F-Scan®, RS-Scan Insole®, IVB Biofoot ® und (2) Plattformsysteme wie das Novel Emed®, RSScan Footscan® und TekScan Mat Scan® . Seit kurzem wird die Kraft der Zehenbeuger mit Hilfe von Plantardruckinstrumenten gemessen. Die Kraft der Zehenbeuger wurde mit einer Software berechnet, die die Druckdaten unter den Zehen in eine Spitzenkraft umwandelte, die dann auf das Körpergewicht normiert wurde, um die Kraft der Zehenbeuger zu bestimmen. Die Kraft der Zehenbeuger wurde auf der Druckplattform durch zwei verschiedene Aktionen ermittelt: (1) direktes Eindrücken der Zehen in die Plattform und (2) in Verbindung mit dem Papiergriff-Test. Die Test-Retest-Zuverlässigkeit der Plantardruckplattform war bei beiden Methoden zur Bewertung der Kraft von Groß- und Kleinzehen ausgezeichnet (Tabelle 8).

Die Aussagekraft der Verwendung von Plantardruck zur Bestimmung der intrinsischen Muskelkraft ist fraglich, da der Beitrag der extrinsischen Muskeln während der Druckmessung unbekannt ist. Die Elektromyographie, die während des Paper Grip Test durchgeführt wurde, hat gezeigt, dass einige extrinsische Zehenbeugemuskeln, insbesondere die langen Zehenbeugemuskeln und die Plantarflexionsmuskeln des Knöchels, aktiv waren. Daher kann der Paper Grip Test, wenn er in Verbindung mit der Sohlendruckmessung verwendet wird, eher die extrinsische als die intrinsische Muskelkraft widerspiegeln. Obwohl die Plantardruckplattform ein zuverlässiges Instrument ist, wurde sie als valides Maß für die intrinsische Muskelkraft nicht eingehend untersucht.

Intrinsischer Positivtest

Der Intrinsische Positivtest ist ein qualitativer Test zur Beurteilung der intrinsischen Muskelfunktion der Kleinzehen. Bei diesem Test streckt der Proband die Großzehe und versucht gleichzeitig, die Kleinzehen im MTP-Gelenk zu beugen und die Interphalangealgelenke zu strecken. Die Stärke der intrinsischen Muskeln wird durch die Art des gezeigten Beugemusters der Kleinzehe bestimmt, das entweder (1) positives intrinsisches Muster, das eine Beugung im MTP-Gelenk und eine Streckung in den Interphalangealgelenken beinhaltet; (2) negatives intrinsisches Muster, bei dem der Teilnehmer nicht in der Lage ist, das MTP-Gelenk aktiv zu beugen und die Interphalangealgelenke zu strecken. Garth und Miller vermuteten, dass das intrinsische negative Muster eine intrinsische Muskelschwäche anzeigt. Es ist jedoch nicht bekannt, wie viel Kraft erforderlich ist, um die intrinsisch positive Position auszuführen. Darüber hinaus wurde die Gültigkeit und Zuverlässigkeit des intrinsischen Positivtests nicht untersucht, und dieser Test wurde bisher in keiner anderen Arbeit zitiert. Es ist klar, dass der intrinsische Positivtest als Maß für die intrinsische Muskelkraft nicht umfassend untersucht wurde und dass zusätzliche Forschung erforderlich ist, um diesen Test zu validieren.

Indirekte Methoden zur Bewertung der intrinsischen Muskelkraft

Die indirekten Methoden, die untersucht werden, sind: Magnetresonanztomographie (MRT); Computertomographie (CT); Ultraschall; Elektromyographie (EMG) und Muskelbiopsie. Indirekte Methoden werden im Allgemeinen zur Schätzung der Muskelstruktur (physiologische Querschnittsfläche und Volumen), der Aktivität (EMG) und der histochemischen Eigenschaften verwendet. Indirekte Methoden können zwischen intrinsischen und extrinsischen Muskeln unterscheiden, sind aber nicht in der Lage, Kraft oder Stärke direkt zu bestimmen.

Magnetresonanztomographie

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist die Methode der Wahl, um Weichteilstrukturen und Anomalien zu erkennen. Aufgrund ihrer hohen räumlichen Auflösung wird sie häufig zur Darstellung der intrinsischen Muskeln eingesetzt. Der am häufigsten verwendete MRT-Parameter für die Darstellung des intrinsischen Muskels ist die T1-Gewichtung, die einen besseren Kontrast zur Unterscheidung zwischen Muskel und Fett ermöglicht.

Die MRT wurde auf drei Arten zur Bewertung der intrinsischen Muskelatrophie eingesetzt: (1) qualitative Beobachtung der Muskelatrophie; (2) Fünf-Punkte-Skala; (3) Muskelquerschnittsfläche und -volumen. Die qualitative Beurteilung von MR-Bildern bei 60 Teilnehmern mit CMT hat bei allen Teilnehmern einen gewissen Grad an Fettinfiltration und intrinsischer Muskelatrophie ergeben. Bus et al. hat auch die intrinsische Muskelatrophie bei Patienten mit Diabetes mellitus anhand einer Fünf-Punkte-Skala dargestellt, wobei 0 für gesundes Gewebe ohne Atrophie und 4 für einen Fuß ohne sichtbares Muskelgewebe steht. Diese Methode hat sich als sehr zuverlässig erwiesen (Kappa = 0,94) (Tabelle 9).

Die wesentliche Einschränkung der qualitativen Beobachtung der Muskelatrophie und der Verwendung der 5-Punkte-Skala zur Beurteilung der intrinsischen Muskelatrophie besteht darin, dass die Schlussfolgerungen auf einem ausgewählten Bild beruhen, das möglicherweise nicht für den gesamten Muskel repräsentativ ist. Die MR-Bilder der intrinsischen Fußmuskeln können in der koronalen, transversalen und sagittalen Ebene aufgenommen werden. Da die meisten der großen intrinsischen Fußmuskeln ihren Ursprung am Calcaneus haben und an den proximalen Phalangen ansetzen, liegen sie nicht direkt in der transversalen oder sagittalen Ebene. Das Gesamtvolumen der intrinsischen Fußmuskulatur kann berechnet werden, indem die gesamte Querschnittsfläche des Muskels, die mit Hilfe der MRT ermittelt wurde, mit dem Abstand zwischen den Abschnitten, d. h. dem Abstand zwischen den einzelnen MRT-Schichten, multipliziert wird. Das Gesamtvolumen des Muskels ist möglicherweise repräsentativer für den Muskel, da es auf der Gesamtquerschnittsfläche des Muskels aus jeder MRT-Schicht und nicht auf einem einzelnen Bild basiert. Darüber hinaus kann das MR-Bild digitalisiert werden, um einzelne Muskeln in jeder Schicht zu umreißen. In einer Studie an Teilnehmern mit diabetischer Neuropathie wurde jedoch berichtet, dass die Segmentierung einzelner intrinsischer Muskeln nicht möglich war, da die meisten Muskeln aufgrund der ausgeprägten intrinsischen Muskelatrophie nicht klar definiert waren. Mit zunehmender Auflösung der MRT-Scans könnten künftige Studien in der Lage sein, die Volumina der einzelnen intrinsischen Fußmuskeln zu untersuchen.

MRT kann auch zur Schätzung der physiologischen Querschnittsfläche (PCSA) der intrinsischen Muskeln verwendet werden. Die PCSA wurde in biomechanischen Modellen der Muskeldynamik wie dem Hill-Muskelmodell verwendet, um die Muskelkraft und das Drehmoment im Bereich des Knöchels und des Kniegelenks vorherzusagen, nicht aber im Bereich der Fußgelenke. Die Muskelmodelle erfordern die Eingabe einer Reihe verschiedener Parameter, darunter PCSA, elastische Eigenschaften der Sehnen und EMG-Signale, die numerisch integriert werden, um eine Schätzung der Muskelkraft zu erhalten. Der PCSA lässt sich anhand des Muskelvolumens, des Faserneigungswinkels und der Muskelfaserlänge berechnen. Ledoux et al. haben jedoch gezeigt, dass die intrinsischen Fußmuskeln sehr kleine Wimpelwinkel haben und die PCSA kaum beeinflussen. Darüber hinaus wurde die Faserlänge der intrinsischen Fußmuskulatur in Kadaverstudien untersucht, und es wird vorgeschlagen, dass künftige Studien unter Verwendung von PCSA und Muskelmodellen die Messung der intrinsischen Muskelkraft ermöglichen könnten.

Ein wichtiger Fortschritt in der MRT ist der Fast-Cine-Phasenkontrast (oder dynamische MRT), der es ermöglicht, Bilder aufzunehmen, während der Teilnehmer eine Aktion ausführt. Die dynamische MRT unterscheidet sich von der funktionellen MRT, bei der die Gehirnfunktion anhand von Blutsauerstoffsignalen und des zerebralen Blutflusses dargestellt wird. Bisher wurden nur die kinematischen Eigenschaften des Fußes, vor allem die Rotationsachse der Talocrural- und Subtalargelenke, untersucht. Außerdem wird die dynamische MRT derzeit in einer geschlossenen Einheit durchgeführt, und der Proband muss sich in Rückenlage befinden. Daher kann das aufgenommene Bild keine vollständige Gewichtsbelastung darstellen, und es können nur begrenzte Bewegungen im MRT-Gerät durchgeführt werden, wie z. B. die Plantarflexion/Dorsalflexion des Knöchels. Mit der Verbesserung der dynamischen MRT-Technologie könnten jedoch Studien zur Echtzeit-Bildgebung der intrinsischen Muskeln bei Aktivitäten wie Stehen und Gehen verfügbar werden. So könnte die dynamische MRT in Zukunft zu einer genaueren Beurteilung der intrinsischen Muskeln während der Aktivitäten und zu einem besseren Verständnis der Wirkung der intrinsischen Muskeln führen.

Computertomographie

Die Computertomographie (CT) ist ein bildgebendes Verfahren, das ionisierende Strahlung verwendet, um dreidimensionale Bilder von Strukturen des Bewegungsapparats zu erzeugen. CT-Scans haben eine ausreichende Auflösung, um Knochen und Muskeln zu unterscheiden, und wurden in vielen früheren Studien zur Schätzung der Muskelgröße verwendet. Robertson et al. und Mueller et al. führten CT-Scans durch, um die Dichte des Weichteilgewebes unter dem zweiten Mittelfußschaft als Ersatzmaß für die intrinsische Muskelgröße bei einem Patienten mit diabetischer Neuropathie zu beurteilen. Beide Studien berichteten jedoch über Schwierigkeiten bei der Definition der Grenzen der intrinsischen Muskeln, was mit der unzureichenden Kontrastauflösung von CT-Scans im Vergleich zur MRT zusammenhängen könnte. Darüber hinaus besteht die größte Einschränkung der CT bei der Beurteilung der intrinsischen Muskelgröße in der Exposition gegenüber schädlichen ionisierenden Strahlen.

Ultrasonographie

Ultrasonographie ist eine Technik, die mechanisch erzeugte longitudinale Schallwellen zur Erzeugung eines Bildes verwendet. Die Ultraschalluntersuchung wurde zur Messung von Größenparametern der intrinsischen Fußmuskulatur verwendet, einschließlich der Querschnittsfläche, der dorso-plantären Dicke und der medio-lateralen Breite. Mit Ultraschall wurden die intrinsischen Muskeln als Gruppe untersucht, z. B. die Muskeln zwischen dem ersten und dem zweiten Mittelfußknochen, einschließlich des ersten dorsalen Interosseus, des M. adductor hallucis und des ersten Lumbalmuskels. In jüngerer Zeit wurden auch einzelne intrinsische Muskeln untersucht: Abductor hallucis, Abductor digiti minimi, Flexor hallucis brevis, Quadratus plantae, Extensor digitorum brevis. Studien, in denen Ultraschall zur Messung intrinsischer Muskelparameter eingesetzt wurde, haben durchweg eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit bei den Beurteilern gezeigt (Tabelle 9, 10 und 11). Eine Studie von Hing et al. ergab eine gute bis sehr gute Intra-Rater-Zuverlässigkeit (ICC zwischen 0,64 und 0,97) sowohl für ein hochwertiges als auch für ein tragbares Ultraschallgerät, wenn es zur Beurteilung der Querschnittsfläche und der Muskeldicke des Musculus abductor hallucis verwendet wurde.

Die Ultraschalluntersuchung hat zwei wesentliche Einschränkungen: eine geringe räumliche Auflösung des Bildes und die Qualität der Messung ist vom Bediener abhängig. Das geringe Auflösungsvermögen der Ultraschalluntersuchung bedeutet, dass Bereiche mit Fettinfiltration in den Muskeln nicht erkannt werden können, so dass die Größe des intrinsischen Muskels möglicherweise überschätzt und der intrinsische Muskelschwund unterschätzt wird. In den Zuverlässigkeitsstudien zur Messung der intrinsischen Muskulatur mittels Ultraschall wurde die Zuverlässigkeit zwischen und innerhalb der Sitzungen durch die Untersucher bewertet. Allerdings haben nur die Ultraschallstudien zur Messung größerer intrinsischer Rückenmuskeln eine ausgezeichnete Inter-Rater-Zuverlässigkeit gezeigt (ICC zwischen 0,85-0,97). Daher sind weitere Untersuchungen zur Bewertung der Inter-Rater-Zuverlässigkeit und zum Vergleich mit der MRT der Muskelgröße erforderlich, bevor die Ultraschalluntersuchung als zuverlässiges und valides Instrument zur Bewertung der intrinsischen Fußmuskelparameter etabliert werden kann.

Elektromyographie

Die Elektromyographie (EMG) wurde mit nicht-invasiven Oberflächenelektroden und invasiven intramuskulären Elektroden bewertet. Bei der Oberflächen-EMG werden die Elektroden direkt auf der Haut angebracht, so dass das Signal eine Kombination aller Aktionspotenziale der Muskelfasern ist, die in den unter den Hautelektroden liegenden Muskeln auftreten. In einer Oberflächen-EMG-Studie von Arinci et al. wurde die mittlere Amplitude des EMG-Signals aufgezeichnet, um Rückschlüsse auf das Niveau der intrinsischen Muskelaktivität zu ziehen. Die Beziehung zwischen der EMG-Amplitude und dem Ausmaß der Muskelaktivität ist problematisch, da die EMG-Signalamplitude überwiegend aus Aktionspotenzialen der Muskelfasern besteht, die der Aufzeichnungsspitze der Elektrode am nächsten liegen, und möglicherweise nicht die Aktivität aller aktiven Muskelfasern erfasst. Daher ist die mittlere Amplitude des EMG-Signals möglicherweise kein genaues Maß für den Grad der Muskelaktivität oder die Muskelkraft.

Bei der intramuskulären EMG werden Nadelelektroden direkt im Muskel platziert. Bei den meisten intramuskulären EMG-Studien der intrinsischen Fußmuskulatur werden Nadelelektroden in einzelne Muskelbäuche eingeführt. Nur in einer neueren Studie wurde die Identität des Muskels durch Echtzeit-Ultraschall bestätigt. Intramuskuläres EMG kann Aktivierungsmuster der intrinsischen Muskeln aufdecken und somit wertvolle Erkenntnisse über die Funktion der intrinsischen Muskeln während einer bestimmten Aufgabe liefern. In einer kürzlich durchgeführten EMG-Studie wurden die Aktivierungsmuster und die mittlere EMG-Signalamplitude des Abductor hallucis, des Flexor digitorum brevis, der dorsalen Interossei und des Quadratus plantae während einer Stehaufgabe mit zunehmender Haltungsschwierigkeit untersucht. Die Studie zeigte, dass die EMG-Signalamplitude in allen Muskeln mit zunehmender posturaler Anforderung der Aufgabe anstieg, was anhand der Abweichung des Druckzentrums gemessen wurde. Die Verwendung von Nadelelektroden hat den Nachteil, dass sie die Aktivität einer geringeren Anzahl von Muskelfasern aufzeichnen und daher subtile Muskelkontraktionen möglicherweise nicht erkennen. Daher kann EMG zwar die individuelle intrinsische Muskelaktivität erfassen, aber nicht zur Bewertung der intrinsischen Muskelkraft verwendet werden.

Muskelbiopsie

Muskelbiopsie kann verwendet werden, um Veränderungen in der Muskelhistologie und -ultrastruktur zu erkennen. Biopsieproben können angefärbt werden, um die relative Anzahl, Größe und Verteilung der Fasern innerhalb der Probe zu beurteilen und atrophierte Muskelfasern zu erkennen. Hoffmeyer et al. führten bei Teilnehmern mit symptomatischem Hallux valgus Musculus abductor hallucis eine Muskelbiopsie durch und berichteten über histologische Anomalien, darunter Muskelfaseratrophie, lipidbeladene Fasern und ultrastrukturelle Veränderungen in den Mitochondrien. Muskelbiopsien haben jedoch den Nachteil, dass die Befunde möglicherweise nicht repräsentativ für den gesamten Muskelbauch sind. Daher können allein aus der Muskelbiopsie nur begrenzt Rückschlüsse auf das Verhalten und die Funktion des gesamten Muskels gezogen werden.