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Ortesi arto inferiore

Definizione e classificazione

Con il termine “ortesi” si definisce un ausilio ortopedico applicato all’esterno del
corpo allo scopo di:
- immobilizzare parzialmente o totalmente una articolazione o un segmento
corporeo;
- limitare il campo di movimento in una o più direzioni, definendo il campo di
mobilità;
- vicariale un deficit funzionale;
- ridurre il carico gravante sull’arto patologico, a scopo preventivo;
- alleviare il dolore.
Le ortesi possono essere pre-fabbricate (con necessità o meno di essere adattate) o
prodotte su misura.
In base alla destinazione d’uso si distinguono in statiche e dinamiche.
Le ortesi statiche sono dispositivi che consentono di tenere allineato un segmento
corporeo durante le ore diurne o notturne,con lo scopo di limitare retrazioni muscolari e tendinee. Di norma le ortesi statiche nell’arto inferiore non sono deputate al carico.
Le ortesi dinamiche, alle quali faremo riferimento nel prosieguo della trattazione,
sono dispositivi che consentono di mantenere la stazione eretta o deambulare,
quando le forze muscolari del paziente non lo permetterebbero, sfruttando meglio le residue competenze e aumentando la funzionalità.

La norma ISO 9999, classe 06.12, definisce i sistemi ortottici di arto inferiore come
un insieme di componenti compatibili tra loro, usualmente prodotti da una unica
azienda, che possono essere integrati con parti costruite individualmente
(personalizzate), così da realizzare una gamma di differenti ortesi. Il riferimento ad
una univoca terminologia internazionale, in generale ed in particolare per la
definizione delle ortesi, è importante perché evita ogni forma di confusione nella
descrizione dell’ortesi nella struttura base e nelle sue parti. Partendo da questo
presupposto, lo standard terminologico prevede l’uso della prima lettera per ogni
articolazione coinvolta, in sequenza da distale a prossimale, sempre accompagnata
dalla lettera “O” finale, che sta per ortesi.
In base a questo sistema, si possono classificare le più importanti ortesi di arto
inferiore in:
- FO (foot orthoses): ortesi del piede, che include anche plantari, rialzi e calzature
ortopediche;
- AFO (ankle-foot orthoses): ortesi del piede fino all’articolazione tibiotarsica
compresa;
- KO (knee orthoses): ortesi di ginocchio;
- KAFO (knee-ankle-foot orthoses): ortesi che comprende ginocchio, tibiotarsica e
piede;
- HO (hip orthoses): ortesi d’anca;
- HKAFO (hip-knee-ankle-foot orthoses):
ortesi che comprende anca, ginocchio, tibiotarsica e piede.
Questa classificazione è molto utile per descrivere senza ambiguità le articolazioni
coinvolte, ma è chiaro che oltre a questi aspetti sarà rilevante definire sia la funzione che l’ortesi dovrà svolgere, che le caratteristiche costruttive e di design.

Ortesi AFO (Ankle-Foot orthosis)
Le ortesi caviglia-piede, numericamente le più diffuse, possono essere prescritte per
correggere le deformità del piede e della caviglia, influendo sull’eversione,
l’inversione e la flessione plantare e dorsale del piede. Possono inoltre avere effetti
indiretti sull’articolazione di ginocchio, poiché, ad esempio, come una limitazione
meccanica alla flessione plantare può indurre una flessione di ginocchio, una
limitazione meccanica alla flessione plantare può indurre una estensione di ginocchio
durante la fase di appoggio del piede [2].
Ecco un esempio delle principali ortesi AFO e DAFO, cioè formate in un solo pezzo
senza articolazione, con le relative patologie trattate:

Attualmente questo tipo di ortesi viene realizzato principalmente in materiali termoplastici o compositi, in quanto, essendo l’ortesi stessa in posizione distale, è
fondamentale la massima riduzione possibile del peso. La rigidità della ortesi risulta molto importante nei confronti della stabilità dell’utente in ortostatismo e durante la deambulazione, e viene determinata dalla forma del dispositivo, dal tipo e dallo spessore del materiale utilizzato e, ove presente, dalla procedura di laminazione.
Vengono comunque ancora realizzate, per pazienti con scarsa mobilità, ortesi con
intelaiatura metallica ed articolazioni in acciaio, che permettano di realizzare un
movimento di flessione plantare e dorsale del piede completo o limitato
angolarmente, o con una molla che realizzi una spinta in talismo.


Ortesi KAFO (Knee-Ankle-Foot Orthosis)
Le ortesi KAFO hanno uno sviluppo che parte dalla radice o dalla base della coscia, e interessano ginocchio, gamba, caviglia e piede al fine di prevenire, contenere e correggere l’arto inferiore, eventualmente scaricandolo dal peso corporeo.
Vengono realizzate con intelaiatura tradizionale in materiali metallici oppure a valva in materiali compositi ad alta resistenza (carbonio, kevlar), in modo da sorreggere adeguatamente il carico applicatovi. Le articolarità a livello del ginocchio vengono poste a livello mediale e laterale dello stesso, più recentemente anche solo a livello laterale, e possono essere libere, nel campo di movimento fisiologico, oppure limitato in flessione od in estensione a seconda delle necessità. Tali articolazioni , sempre in metallo, possono essere monoassiali o policentriche, ma anche arretrate,eventualmente con dispositivi di bloccaggio di vario tipo, che verranno più ampiamente illustrati nel paragrafo relativo alla componentistica.
Ecco un esempio delle tipologie più diffuse con le relative patologie trattate:

Lo schema di base dell’ortesi KAFO di tipo tradizionale è costituito da un’intelaiatura di aste metalliche, in acciaio, leghe leggere o titanio, e da
una serie di cerchielli, generalmente quattro, di cui: uno prossimale posto alla radice della coscia, uno al di sopra e uno al di sotto dell’articolazione del
ginocchio, ed infine uno distale appena al di sopra dell’articolazione tibiotarsica. Particolarmente delicato risulta il posizionamento del primo cerchiello, che può presentare o meno l’appoggio del ramo ischiatico, a seconda che la parte del paziente in questione sia sensibile. In caso contrario, ad esempio in un paraplegico, l’appoggio ischiatico causerebbe un decubito. Un esempio di costruzione di tipo tradizionale è presente nel paragrafo 3.5.
Diversamente, le grandi caratteristiche di robustezza e di leggerezza e la possibilità di modellazione offerte dai materiali compositi hanno permesso una grande libertà nella progettazioni di ortesi KAFO di schema convenzionale o “ibride”, in grado di rispondere alle esigenze più diverse.
Nei casi in cui l’ortesi debba ridurre solo in parte il carico gravante sull’arto patologico, le grandi doti di resistenza a flessione e torsione dei materiali compositi permettono la costruzione di ortesi KAFO con articolazione di ginocchio
monolaterale, in modo da diminuire, insieme al peso, la sensazione di costrizione da parte del paziente. E’ da rilevare, inoltre, la notevole gradevolezza estetica di queste ortesi, che unisce un design ricercato, per forme, colori e tipologia di superfici, con la chiara percezione di un oggetto tecnologicamente avanzato.
Nel caso di patologie a carico del ginocchio, quali instabilità legamentosa
anteroposteriore o in medio laterale, o ancora in caso di ginocchio recurvato,
ginocchio varo o valgo, si utilizzano ortesi specifiche, sia di tipo prefabbricato che
realizzate su misura, generalmente in materiali compositi.

Ortesi HKAFO (Hip-Knee-Ankle-Foot Orthosis)
Le ortesi HKAFO sono composte da due ortesi KAFO, simili a quelle precedentemente descritte, unite tramite articolazioni laterali a livello dell’anca ad una presa di bacino modellata. La presa di bacino, che include le creste iliache, spingendosi lateralmente verso il gran trocantere e dorsalmente fino al sacro, può essere realizzata per termoformatura in materiale termoplastico, per laminazione in materiale composito o in cuoio con aste laterali metalliche.
Questo genere di ortesi, indicato nei casi di scarsa stabilità dorso lombare, permette la stazione eretta ed una deambulazione piuttosto impacciata e decisamente dispendiosa dal punto di vista energetico. Spesso i pazienti colpiti da patologie così invalidanti preferiscono l’uso della sedia a rotelle, più efficace, confortevole e socialmente accettata. Ciononostante, in particolare i soggetti più giovani possono trarre giovamento dall’uso di tali dispositivi, con positivi effetti sull’equilibrio, la coordinazione e la struttura muscolare.
Sono presenti sul mercato dispositivi articolari a livello dell’anca di tipo reciprocante, denominati RGO (Reciprocating Gait Orthosis) che permettono di ridurre il dispendio energetico della deambulazione.Le diverse realizzazioni sono accomunate dal collegamento delle articolazioni di bacino mediante cavi, generalmente posti dorsalmente, i quali realizzano la flesso-estensione delle articolazioni stesse e quindi degli arti interessati.
La parte inferiore dell’ortesi stessa rimane simile ad un dispositivo KAFO convenzionale. Esistono poi soluzioni ibride dove all’ortesi si associa una
stimolazione elettrica, in particolare per stimolare la deambulazione del paraplegico.

3.2 TIPOLOGIE COSTRUTTIVE
Le ortesi dinamiche sono composte da una struttura con caratteristiche tali da
sostenere i carichi ai quali sono sottoposte, la quale può essere realizzata secondo due
schemi principali: con intelaiatura di tipo tradizionale oppure a valva.
Le ortesi tradizionali sono formate da aste, perlopiù metalliche, unite da articolazioni metalliche, e cerchielli, i quali costituiscono l’appoggio sul paziente. Il tutto è assemblato mediante accoppiamenti filettati , rivetti e chiodature. Questa tipologia costruttiva è attualmente ancora la più diffusa e permette, a partire da una gamma di componenti modulari e con tecnologie relativamente semplici, di ottenere buone caratteristiche di robustezza e funzionalità, con bassi costi di produzione. Inoltre possono essere facilmente effettuate modifiche e riparazioni. Gli svantaggi sono principalmente il peso elevato e il design antiquato. Di concezione più recente, e destinate in futuro ad una sempre maggior diffusione, le ortesi a valva sono formate da una struttura in materiale termoplastico o composito, unita da articolazioni metalliche, che replica l’anatomia del paziente e
ha contemporaneamente funzione di supporto dei carichi e di appoggio. I vantaggi di questa costruzione sono il peso ridotto a parità di resistenza, le
dimensioni contenute e l’estetica accattivante, uniti alle qualità dinamiche dovute ad un buon ritorno elastico dell’energia accumulata. Per contro, le caratteristiche
negative sono il prezzo elevato, in particolare utilizzando i materiali più pregiati, la complessità della progettazione e la tecnologia di produzione, che richiede
macchinari specifici ed operatori qualificati.


Articolazioni
Entrambe le tipologie costruttive precedentemente descritte prevedono l’uso a livello delle articolazioni di componenti metallici modulari piuttosto simili, in modo da definire il campo di movimento, bloccaggi ed eventuali spinte elastiche. L’unica
eccezione è costituita da ortesi AFO in materiale termoplastico o composito costruite in un solo pezzo.
A livello dell’articolazione tibiotarsica è possibile predisporre un’articolarità
totalmente libera, all’interno dei valori fisiologici, o con escursione limitata. E’
possibile altresì disporre, sempre a livello di malleolo mediale e laterale, articolarità dotate di molle capaci di realizzare una spinta in talismo del piede, in modo da evitare lo strisciamento dell’avampiede durante la fase dinamica di slancio iniziale. Dette articolarità sono monoassiali e generalmente in acciaio inossidabile.
A livello di ginocchio si vedono le applicazioni tecnicamente più interessanti. Si
possono applicare a livello mediale e laterale articolarità monoassiali o policentriche, o con asse arretrato. Queste possono essere libere o con bloccaggio, a ponte o a caduta, oppure, più recentemente, con meccanismi che sbloccano l’articolazione in base alla fase del ciclo del passo. I materiali maggiormente utilizzati sono l’acciaio inox e le leghe leggere.
A livello dell’anca è possibile applicare a livello laterale una articolarità monoassiale che può essere libera, con escursione fisiologica o limitata, o bloccabile con sistema a caduta o a leva. Sono inoltre disponibili specifiche articolazioni reciprocanti che permettono di eseguire, in determinate casistiche, un atto deambulatorio alternato.

Materiali
La scelta del tipo di materiale influenza in modo rilevante le caratteristiche delle
ortesi in termini di peso, di resistenza, di flessibilità, di durata, di comfort e di
cosmesi.
Nella costruzione di tipo tradizionale si utilizzano principalmente materiali metallici, quali l’acciaio inox, in passato il più utilizzato, le leghe leggere di alluminio e, più recentemente, il titanio.
Le caratteristiche peculiari di questi materiali sono:
- acciaio inox: buona resistenza meccanica, elevato peso specifico, economico,
facile da saldare e modellare a freddo;
- lega leggera: discreta resistenza meccanica (inferiore all’acciaio inox), basso peso
specifico, non troppo costoso, facile da saldare e da modellare a freddo, piacevole
al tatto;
- titanio: elevata resistenza meccanica, basso peso specifico, costoso, difficile da
saldare e modellare a freddo.
Recentemente sono apparsi sul mercato componenti in materiale composito (carbonio
–resine epossidiche), simili nella forma e nell’impiego a quelli tradizionali, i quali
permettono, a fronte di un costo elevato, la costruzione di ortesi leggere, resistenti ed esteticamente gradevoli, senza comportare al tecnico ortopedico sensibili mutamenti del procedimento produttivo.
Le ortesi a valva prevedono l’utilizzo di materiali termoplastici, i più largamente
utilizzati, compositi e pre-impregnati (pre-preg), di più recente introduzione.
I materiali termoplastici cosiddetti ad alta temperatura, come polietilene,
polipropilene e copolimeri, vengono riscaldati all’interno di forni e quindi lavorati su modelli positivi in gesso che replicano la parte del corpo interessata. Presentano buone caratteristiche meccaniche e, se flessibili, conservano una ottima memoria nel ritornare nella posizione originale dopo la deformazione e una discreta capacità di ritorno dell’energia accumulata. Permettono di costruire ortesi di buon impatto estetico, estremamente funzionali e a costi relativamente bassi, con la possibilità di effettuare facilmente modifiche e correzioni, costituendo quindi un ottimo compromesso fra prezzo, prestazioni ed affidabilità.
 
I materiali compositi e i pre-impregnati si avvalgono della resistenza di fibre di
carbonio e kevlar, che con un processo di laminazione sottovuoto vengono disposte all’interno di una matrice di resine epossidiche, per creare ortesi estremamente leggere e resistenti, con un design oltretutto molto
accattivante. In questi materiali quantità e qualità delle fibre
determinano le caratteristiche di robustezza e dinamismo dell’ortesi.
Rispetto ai materiali compositi impregnati manualmente, i preimpregnati
presentano una maggiore densità di fibre e offrono migliori
caratteristiche meccaniche. A tali caratteristiche positive dei materiali
compositi fanno da contraltare il prezzo elevato, sia delle materie prime che della
lavorazione, e l’impossibilità di apportare modifiche o correzioni. La progettazione e il tipo di lavorazione sono inoltre completamente diversi rispetto alle ortesi
tradizionali, e richiedono operatori qualificati e apposite linee di produzione.

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