Influence of orthopedic shoes on the indicators of the interzonal load distribution on the foot when walking patients with cerebral palsy

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Clinical observations of patients with spastic forms of cerebral palsy and surveys showed the most commonly used technical rehabilitative device of this patient contingent are orthopedic shoes. However, almost no clinical and instrumental studies examine the effect of such shoes on the walking characteristics of patients with cerebral palsy (CP).

AIM: This study aims to estimate the effect of orthopedic shoes on the interzonal load distribution on the plantar foot surface in children with CP and adolescents with different levels of gross motor function disorders (GMFCS).

MATERIALS AND METHODS: Biomechanical studies were conducted in 42 patients with CP 5-16 years old with GMFCS 1–3 level while wearing standard and orthopedic shoes. In 14 healthy children controls while wearing standard shoes (a total of 112 feet). Biomechanical examinations were performed on the software and hardware complex “DiaSled-M-Scan” with matrix plantar pressure meters in the form of insoles. Statistical data analysis was performed using nonparametric methods via SPSS software for Windows.

RESULTS: The use of complex orthopedic shoes in patients with level GMFCS 1 did not improve but worsened their foot loading parameters. The shoes reduced the loading of the heel, increased the toe-heel load ratio, and mediolateral load distribution in the fascicle area. In patients with GMFCS 2, the positive effect of orthopedic shoes was limited to improving the mediolateral load distribution in the fascicle area. In patients with GMFCS 3, the positive effect of orthopedic shoes was noted in the majority of the tested parameters.

CONCLUSION: Thus, the study showed that in children and adolescents with CP using complex orthopedic shoes led to the most significant normalization of interzonal load distribution under the foot in GMFCS 3 patients, less significant — in GMFCS 2 patients, and worsened the parameters in GMFCS 1 patients.

About the authors

Lyudmila M. Smirnova

Federal Scientific Center for Rehabilitation of Disabled People named after G.A. Albrecht; Saint Petersburg State Electrotechnical University “LETI” named after V.I. Ulyanov (Lenin)

Email: info@diaserv.ru
ORCID iD: 0000-0003-4373-9342
SPIN-code: 5020-1408

Doctor of Engineering Science

Russian Federation, 50 Bestuzhevskaya str., Saint Petersburg, 195067; Saint Petersburg

Andrey A. Koltsov

Federal Scientific Center for Rehabilitation of Disabled People named after G.A. Albrecht

Author for correspondence.
Email: katandr2007@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0862-8826
SPIN-code: 2767-3392

MD, PhD

Russian Federation, 50 Bestuzhevskaya str., Saint Petersburg, 195067

Elnur I. Dzhomardly

Federal Scientific Center for Rehabilitation of Disabled People named after G.A. Albrecht

Email: mamedov.ie@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0281-3262
SPIN-code: 5853-0260

MD, PhD student

Russian Federation, 50 Bestuzhevskaya str., Saint Petersburg, 195067

References

  1. Armand S, Decoulon G, Bonnefoy-Mazure A. Gait analysis in children with cerebral palsy. EFORT Open Rev. 2016;1:448–460. doi: 10.1302/2058-5241.1.000052
  2. Valentina J, Davidson SA, Bear N, et al. A prospective study investigating gross motor function of children with cerebral palsy and GMFCS level II after long-term botulinum toxin type A use. BMC Pediatrics. 2020;20(1):7. doi: 10.1186/s12887-019-1906-8
  3. Collado-Garrido L, Paras-Bravo P, Calvo-Martin P, Santibanez-Marguello M. Impact of resistance therapy on motor function in children with cerebral palsy: A systematic review and meta-analysis. Int J Environ Res Public Health. 2019;16(22):e4513. doi: 10.3390/ijerph16224513
  4. Saleh M, Almasri NA, Malkawi SH, Abu-Dahab S. Associations between impairments and activity limitations components of the international classification of functioning and the gross motor function and subtypes of children with cerebral palsy. J Phys Ther Sci. 2019;31(4):299–395. doi: 10.1589/jpts.31.299
  5. Lee BH. Relationship between gross motor function and the function, activity and participation components of the international classification of functioning in children with spastic cerebral palsy. J Phys Ther Sci. 2017;29(10):1732–1736. doi: 10.1589/jpts.29.1732
  6. Son I, Lee D, Hong S, Lee K, Lee G. Comparison of gait ability of a child with cerebral palsy according to the difference of dorsiflexion angle of hinged ankle-foot orthosis: A case report. Am J Case Rep. 2019;20:1454–1459. doi: 10.12659/AJCR.916814
  7. Kim HY, Cha YH, Byun JY, Chun YS, Choy WS. Changes in gait parameters after femoral derotational osteotomy in cerebral palsy patients with medial femoral torsion. Journal of Pediatric Orthopaedics B. 2018;27:194–199. doi: 10.1097/BPB.0000000000000467
  8. Patel DR, Neelakantan M, Pandher K, Merrick J. Cerebral palsy in children: a clinical overview. Transl Pediatr. 2020;9(suppl.1):S125–S135. doi: 10.21037/tp.2020.01.01
  9. Rasmussen HM, Pederson NW, Overgaard S, et al. Gait analysis for individually tailored interdisciplinary intervention in children with cerebral palsy: a randomized controlled trail. Dev Med Child Neurol. 2019;61(10):1189–1195. doi: 10.1111/dmcn.14178
  10. Young J, Jackson S. Improved motor function in a pre-ambulatory child with spastic bilateral cerebral palsy, using a custom rigid ankle-foot orthosis-footwear combination: A case report. Prosthet Orthot Int. 2019;43(4):453–458. doi: 10.1177/0309364619852239
  11. Reis AJ, Schwartz MH. Ground reaction and solid ankle-foot orthoses are equivalent for the correction of crouch gait in children with cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 2019;61(2):219–225. doi: 10.1111/dmcn.13999
  12. Schwarze M, Block J, Kunz T, et al. The added value of orthotic management in the context of multi-level surgery in children with cerebral palsy. Gait Posture. 2019;68:525–530. doi: 10.1016/j.gaitpost.2019.01.006
  13. Dzhomardly EI, Koltsov AA. Analysis of the use of technical means for rehabilitation of patients with spastic types of cerebral palsy depending on the level of patient’ motor function. Genij ortopedii. 2020;26(1):57–64. doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-1-57-64. (In Russ.)
  14. Meyns P, Kerkum YL, Brehm MA, et al. Ankle foot orthoses in cerebral palsy: Effects of ankle stiffness on trunk kinematics, gait stability and energy cost of walking. Eur J Paediatr Neurol. 2020;26:68–74. doi: 10.1016/j.ejpn.2020.02.009
  15. Wright E, DiBello SA. Principles of ankle-foot orthosis prescription in ambulatory bilateral cerebral palsy. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 2020;31(1):69–89. doi: 10.1016/j.pmr.2019.09.007
  16. 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. doi: 10.1016/j.rehab.2017.05.004
  17. Murri A, Zechner G. Corrective dynamic shoe fitting of the functional clubfoot in patients with infantile cerebral palsy. Z. Orthop. Ihre. Grenzgeb. 1994;132(3):214–220. (In German)
  18. Bekk NV, Belova LA, Lapina TS. Feature customization of orthopedic shoes for children with cerebral palsy. ISJ Theoretical and Applied Science. 2018;12(68):117–121. doi: 10.15863/TAS.2018.12.68.21
  19. Uzakova LP, Mukhammedova MO. Technological solution construction of orthopedic shoes considering biometherics of lower extremities. World science: Problems and Innovation. Penza: Nauka i Prosveshhenie; 2018. P. 47–51. (In Russ.)
  20. Palisano R, Rosenbaum P, Walter S, et al. Development and reliability of a system to classify gross motor function in children with cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 1997;39(4):214–223. doi: 10.1111/j.1469-8749.1997.tb07414.x
  21. Smirnova LM. Hardware-Software complex for assessment of anatomic-functional disturbances and orthosis efficiency in patients with foot pathology. Biomedical Engineering. 2009;43(6):260–264. doi: 10.1007/s10527-010-9137-1. (In Russ.)
  22. Sees JP, Miller F. Overview of foot deformity management in children with cerebral palsy. J Child Orthop. 2013;7:373–377. doi: 10.1007/s11832-013-0509-4
  23. Silfverskoild N. Reduction of the uncrossed two-joints muscles of the leg to one-joint muscles in spastic condition. Acta Chir Scand. 1924;56:315–328.
  24. Mosca VS. Flexible flatfoot in children and adolescents. J. Child. Orthop. 2010;4(2):107–121. doi: 10.1007/s11832-010-0239-9
  25. Falisse A, Pitto L, Kainz H, et al., Physics-based stimulations to predict the differential effects of motor control and musculoskeletal deficits on gait dysfunction in children cerebral palsy: A retrospective case study. Front Hum Neurosci. 2020;14:40. doi: 10.3389/fnhum.2020.00040

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Study design. CP, cerebral palsy

Download (604KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Areas of the matrix measuring sensor: fore, forepart; fasc, fascicle part; arch, sub-arch; heel, heel part; m, medial; l, lateral zones

Download (78KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Quantile diagrams of variables, which revealed a significant difference in the comparison of using orthopedic shoes and walking using standard shoes in groups of patients with different levels of impairment of gross motor functions: C, control group (in standard shoes); P1, GMFCS 1 subgroup; P2, GMFCS 2 subgroup; P3, GMFCS 3 subgroup; s, standard shoes; o, orthopedic shoes

Download (443KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2021 Smirnova L.M., Koltsov A.A., Dzhomardly E.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».