Der Einfluss der simulierten Endgelenksversteifung auf die Bewegung und Kraftentwicklung des Fingers

Zusammenfassung

Hintergrund Die Versteifung des Fingerendgelenks ist eine bewährte Methode zur Behandlung der Endgelenksarthrose. Da es sich bei der oberen Gliedmaße um eine Gliederkette handelt, die von vernetzten, gelenkübergreifenden Muskel-Sehnen-Einheiten bewegt wird, sind durch die Versteifung eines Gelenks Auswirkungen auf die Beweglichkeit und die Kraftentwicklung beim Greifen zu erwarten. Hierzu fehlt bislang eine quantitative Analyse in Echtzeit.

Material und Methoden Die Bewegung der Finger und die Kraftentwicklung beim Greifen wurde an 19 gesunden Probanden mit simulierter Versteifung eines Fingerendgelenks mit dem TUB-(Technische Universität Berlin)-Sensorhandschuh beim Faustschluss und bei zwei Varianten des Kraftgriffs im Vergleich zum physiologischen Griff dynamisch gemessen und quantitativ analysiert.

Ergebnisse Beim physiologischen Faustschluss betrug der mittlere Beugungswinkel am Grundgelenk 71,5°, am Mittelgelenk 76,8° und am Endgelenk 37,3°. Bei simulierter Endgelenksversteifung fiel er am Mittelgelenk auf 49,6°, während er am Grundgelenk auf 77,3° leicht zunahm. Ebenso verhielt es sich bei den Kraftgriffen. Beim Kraftgriff I beliefen sich die Winkel unter physiologischen Bedingungen auf 18,3° am Grund-, 39,6° am Mittel- und 42,6° am Endgelenk. Bei simulierter Endgelenksversteifung stieg der Winkel am Grundgelenk auf 28,4°, während er am Mittelgelenk auf 25,2° fiel. Beim Kraftgriff II lagen die physiologischen Werte bei 30,9° am Grund-, 36,6° am Mittel- und 29,0° am Endgelenk. Bei simulierter Endgelenksversteifung stieg der Winkel am Grundgelenk auf 34,4° und fiel am Mittelgelenk auf 23,3°. Die bei den Kraftgriffen gemessenen Kräfte verteilten sich unter physiologischen Bedingungen nahezu gleichmäßig auf alle vier Strahlen. Bei simulierter Endgelenksversteifung fiel die gemessene Kraft des betroffenen Fingers im Mittel nur um bis zu 1,4%.

Schlussfolgerung Mit der vorliegenden Studie liegt erstmals eine quantitative Analyse des Greifens bei simulierter Endgelenksarthrodese vor. Sie zeigt das dynamische Zusammenspiel der Fingergelenke sowie der Kraftverteilungsmuster an den einzelnen Strahlen der Hand in Echtzeit.

Abstract

Purpose Distal interphalangeal joint (DIPJ) arthrodesis is a well-proven therapy for osteoarthritis in the DIPJ. Since the upper limb is effectively a linked chain which is moved by interlinked, joint-overlapping muscle-tendon units, impacts on movement and force patterns are expected to occur in response to arthrodesis. In this context, a real-time quantitative analysis has not been performed to date.

Material and Methods Finger motion and force development during grasping were dynamically measured and quantitatively analyzed in 19 healthy volunteers with a simulated DIPJ arthrodesis using a TUB (Technische Universität Berlin) sensor glove during fist closure and evaluating two types of force grips compared with the physiological grip.

Results Typical motion patterns were found. During physiological fist closure, the average flexion angle was 71.5° in the metacarpophalangeal joint (MPJ), 76.8° in the proximal interphalangeal joint (PIPJ) and 37.3° in the distal interphalangeal joint (DIPJ). With DIPJ arthrodesis, the flexion angle decreased to 49.6° in the PIPJ, whereas it increased slightly to 77.3° in the MPJ. During force grip I, the average physiological flexion angles were 18.3° in the MPJ, 39.6° in the PIPJ and 42.6° in the DIPJ. With simulated DIPJ arthrodesis, the flexion angle in the MPJ increased to 28.4°, whereas it decreased to 25.2° in the PIPJ. Force grip II yielded physiological flexion angles of 30.9° in the MPJ, 36.6° in the PIPJ and 29.0° in the DIPJ. In response to simulated DIPJ arthrodesis, the angle in the MPJ increased to 34.4° while it decreased to 23.3° in the PIPJ. The forces measured with force grips were almost equally distributed under physiological conditions. In response to simulated DIPJ arthrodesis, the average decrease in the measured force of a finger was no more than 1.4%.

Conclusion This study was the first to introduce a quantitative analysis of grasping with simulated DIPJ arthrodesis. Based on this analysis, the study demonstrates the dynamic interaction of the finger joints as well as force patterns on the individual finger rays of the hand in real-time.

Schlüsselwörter

Arthrodese - DIP - Biomechanik - Sensorhandschuh

Key words

arthrodesis - DIPJ - biomechanics - sensor glove

• Literatur

• 1 Wu JC, Calandruccio JH, Weller WJ. et al. Arthritis of the Thumb Interphalangeal and Finger Distal Interphalangeal Joint. Orthop Clin North Am 2019; 50: 489-496
• 2 Mentzel M, Hofmann F, Ebinger T. et al. Reproduzierbarkeit von Fingergelenkwinkelmessungen mit einem Sensorhandschuh. Handchir Mikrochir Plast Chir 2001; 33: 59-63 discussion 63-54
• 3 Gülke J, Wachter NJ, Geyer T. et al. Motion coordination patterns during cylinder grip analyzed with a sensor glove. J Hand Surg Am 2010; 35: 797-806
• 4 Mentzel M. Bewegungsabläufe und Kraftverteilungsmuster an der Hand bei primären Griffen – Messungen mit dem TUB-Sensorhandschuh [Habilitation]. Universtiät Ulm 2002; 1-107
• 5 Mentzel M, Apic G, Wachter NJ. et al. Erfassung der Kraftprofile verschiedener primärer Griffe durch dynamische Kraftmessung mit einem Sensorhandschuh. Handchir Mikrochir Plast Chir 2011; 43: 155-161
• 6 Mentzel M, Benlic A, Wachter NJ. et al. Die Dynamik der Bewegungsabläufe der Fingergelenke beim Faustschluss. Handchir Mikrochir Plast Chir 2011; 43: 147-154
• 7 Mentzel M, Hofmann F, Ebinger T. et al. Kraftmessung an der Hand mit einem Sensorhandschuh bei Griffen mit submaximaler und maximaler Kraft. Handchir Mikrochir Plast Chir 2001; 33: 52-57 discussion 57-58
• 8 Hahn P, Krimmer H, Hradetzky A. et al. Quantitative analysis of the linkage between the interphalangeal joints of the index finger. An in vivo study. J Hand Surg Br 1995; 20: 696-699
• 9 Landsmeer JM. The anatomy of the dorsal aponeurosis of the human finger and its functional significance. Anat Rec 1949; 104: 31-44
• 10 Balakrishnan TM, Subbaraj H, Jaganmohan J. Anatomy of Landsmeer Ligaments-Redefined. Indian J Plast Surg 2019; 52: 195-200
• 11 Leijnse JN, Quesada PM, Spoor CW. Kinematic evaluation of the finger's interphalangeal joints coupling mechanism-variability, flexion-extension differences, triggers, locking swanneck deformities, anthropometric correlations. J Biomech 2010; 43: 2381-2393
• 12 Landsmeer JM. A report on the coordination of the interphalangeal joints of the human finger and its disturbances. Acta Morphol Neerl Scand 1958; 2: 59-84
• 13 Lambert RJ, Yeoman TF, Wang C. et al. The Effect of Ring Finger Distal Interphalangeal Joint Stiffness on Grip Strength: A Simulated Study in Normal Participants. J Hand Surg Asian Pac Vol 2020; 25: 296-300
• 14 Melamed E, Polatsch DB, Beldner S. et al. Simulated distal interphalangeal joint fusion of the index and middle fingers in 0 degrees and 20 degrees of flexion: a comparison of grip strength and dexterity. J Hand Surg Am 2014; 39: 1986-1991
• 15 Hohendorff B, Franke J, Spies CK. et al. [Arthrodesis of the proximal interphalangeal joint of fingers with tension band wire]. Oper Orthop Traumatol 2017; 29: 385-394
• 16 Mühldorfer-Fodor M, Reger A, Pillukat T. et al. Auswirkungen der Versteifung des Zeige- bzw. Mittelfingerendgelenkes auf Hand- und Fingerkraft sowie auf die Druckverteilung. Handchir Mikrochir Plast Chir 2018; 50: 174-183
• 17 Kong Y-K, Lowe BD. Optimal cylindrical handle diameter for grip force tasks. International Journal of Industrial Ergonomics 2005; 35: 495-507
• 18 Mühldorfer-Fodor M, Ziegler S, Harms C. et al. Grip force monitoring on the hand: Manugraphy system versus Jamar dynamometer. Arch Orthop Trauma Surg 2014; 134: 1179-1188
• 19 Wimer B, Dong RG, Welcome DE. et al. Development of a new dynamometer for measuring grip strength applied on a cylindrical handle. Med Eng Phys 2009; 31: 695-704