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Foot loading characteristics of different graduations of partial weight bearing

Gusinde, Johannes; Pauser, Johannes; Swoboda, Bernd; Gelse, Kolja; Carl, Hans-Dieter

International Journal of Rehabilitation Research: September 2011 - Volume 34 - Issue 3 - p 261–264
doi: 10.1097/MRR.0b013e3283498b25
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Limited weight bearing of the lower extremity is a commonly applied procedure in orthopaedic rehabilitation after reconstructive forefoot surgery, trauma surgery and joint replacement. The most frequent limitations are given as percentage of body weight (BW) and represent 10 or 50% BW. The extent of foot loading under these graduations of partial weight bearing has not yet been described in detail. The objective of this study was to investigate forces at the foot–sole interface, which occur under graduated limitations of weight bearing. Peak pressure, maximum force, pressure–time integral and force–time integral (Pedar Cable) were assessed for a total of three trials with 10 healthy individuals. The results from limited weight bearing with 10 or 50% BW as taught by an experienced physiotherapist with a bathroom scale were referred to results of a normal gait. The limitation of weight bearing to 10% BW was equal to a bisection of peak pressure and maximum force for the total foot. Halved BW left a remaining 82% of peak pressure and 59% of maximum force for the total foot. We concluded that weight-bearing limitations to 10 and 50% BW lead to discernible differences in foot loading and may be applied to graduate forces of the lower limb for rehabilitation purposes. Foot loading with partial weight bearing exerts the percentage of BW and should be monitored to avoid an exertion of strains on the lower limb.

Die Teilbelastung der unteren Extremitäten bei der orthopädischen Rehabilitation ist ein gängiges Therapiekonzept nach rekonstruktiver Vorfuß-Chirurgie, Traumachirurgie und Gelenkersatz. Die häufigsten Einschränkungen werden als Prozentsatz des Körpergewichts (KG) angegeben und stellen 10 oder 50% des KG dar. Das Ausmaß der Fußbelastung unter dieser Staffelung der Teilbelastung wurde nicht im Einzelnen beschrieben. Ziel der vorliegenden Studie war die Analyse der Kräfte an der Schnittstelle Fußsohle, die unter gestaffelten Teilbelastungen auftreten. Maximaler Druck, maximale Kraft, das Druck-Zeit-Integral und das Kraft-Zeit-Integral (Messsystem Pedar Cable) wurden bei insgesamt drei Studien bei zehn gesunden Probanden untersucht. Die Ergebnisse der Teilbelastung mit 10 oder 50% KG, wie von einem erfahrenen Physiotherapeuten mit einer Personenwaage gelehrt, wurden mit den Werten normalen Gehens verglichen. Die Teilbelastung bei 10% KG entsprach einer Halbierung des maximalen Drucks und der maximalen Kraft für den gesamten Fuß. Das halbierte KG bedeutete übrige 82% des maximalen Drucks und 59% der maximalen Kraft für den gesamten Fuß. Daraus schlossen wir, dass eine Teilbelastung bei 10 und 50% KG zu beachtlichen Unterschieden bei der Fußbelastung führt und zum Rehabilitationszweck auf gestaffelte Kräfte der unteren Extremitäten übertragbar sein kann. Die tatsächliche Fußbelastung übersteigt den Prozentsatz des KG aus und sollte kontrolliert werden, um eine übermäßige Belastung der unteren Extremitäten zu vermeiden.

Limitar la carga de peso sobre la extremidad inferior es un procedimiento corriente en la rehabilitación tras la cirugía reconstructiva del pie delantero, la cirugía traumatológica y la sustitución de articulaciones. Las limitaciones más frecuentes se expresan como un porcentaje del peso corporal (PC), y representan entre un 10 y un 50% del PC. Todavía no se ha descrito en detalle el grado de carga sobre el pie bajo estas graduaciones del sostenimiento parcial del peso. El propósito de este estudio fue investigar las fuerzas que existen en la superficie de contacto de la planta del pie, las cuales ocurren bajo limitaciones graduadas de sostenimiento de peso. Se evaluaron la presión máxima, la fuerza máxima, el integral presión-tiempo y el integral fuerza-tiempo (Pedar Cable) en un total de tres ensayos con 10 individuos sanos. Los resultados de una carga de peso limitada con un 10 o 50% PC bajo la supervisión de un fisioterapeuta experimentado con una balanza de cuarto de baño se compararon con los resultados correspondientes a un modo de andar normal. Limitar la carga de peso al 10% del PC fue igual a una bisección de la presión máxima y la fuerza máxima para el pie entero. Reduciendo a la mitad el PC dejó un 82% remanente de la presión máxima y un 59% de la fuerza máxima para el pie entero. Concluimos que limitaciones de un 10 a 50% del PC condujeron a diferencias perceptibles en la carga del pie y pueden aplicarse para graduar los esfuerzos del miembro inferior con fines de rehabilitación. La carga del pie con sostenimiento parcial del peso ejerce el porcentaje de PC y debe vigilarse para evitar un esfuerzo excesivo del miembro inferior.

L'allègement de la charge de soutien du poids au niveau des extrémités inférieures est une procédure régulièrement utilisée en rééducation orthopédique après chirurgie réparatrice de l'avant-pied, chirurgie traumatologique ou remplacement articulaire. Les limitations les plus fréquentes sont données en pourcentage du poids corporel (PC) et représentent 10 ou 50 % du PC. La mesure de la charge au niveau du pied selon ces graduations de soutien partiel du poids n'a pas encore été décrite en détail. Cette étude avait pour objet d'examiner les forces au niveau de l'interface pied-plante, qui sont observées selon la limitation graduée du soutien du poids. La pression maximale, la force maximale, l'intégrale temps-pression et l'intégrale force-temps (câble Pedar) ont été évalués pour un total de trois essais avec 10 individus sains. Les résultats de la limitation du soutien du poids à 10 ou 50% du PC tel qu'il est enseigné par un physiothérapeute expérimenté avec une bascule de salle de bain ont été comparés aux résultats d'une démarche normale. La limitation du soutien du poids de 10% du PC était égale à une bissection de la pression maximale et de la force maximale pour l'ensemble du pied. Une réduction de moitié du PC a laissé 82% de la pression maximale et 59 % de la force maximale pour l'ensemble du pied. Nous en avons conclu que les limitations du soutien du poids de 10 et 50% du PC entraînaient des différences perceptibles dans la « charge » du pied et pouvaient être appliquées à des forces graduées du membre inférieur à des fins de rééducation. La charge de pied avec un appui partiel applique le pourcentage du PC et devra être surveillée afin d'éviter l'application de pression au niveau du membre inférieur.

Division of Orthopedic Rheumatology, University of Erlangen-Nuremberg, Erlangen, Germany

Correspondence to Dr Hans-Dieter Carl, MD, Division of Orthopedic Rheumatology, University of Erlangen-Nuremberg, Rathsberger Strasse 57, Erlangen 91054, Germany Tel: +49 9131 8220; fax: +49 9131 822 3340; e-mail: Hans-Dieter.Carl@ortho-rheuma.med.uni-erlangen.de

Received March 7, 2011

Accepted June 5, 2011

© 2011 Lippincott Williams & Wilkins, Inc.