FMP1501 Schrittlängenvariabilität

Modul-Icon FMP1501
Veranstaltung Prosemina Forschungsmethoden II
Autor Michael Holljes, Marco Schmeikal, Patrick Schumacher
Bearbeitungsdauer 20
Präsentationstermin 01.07.15
Zuletzt geändert 22.06.15


Einleitung

Im modernen Sport spielen verschiedene Bodenbeläge eine wichtige Rolle, da sie den Wettkampf maßgeblich beeinflussen können. Die aktuellste Diskussion um Bodenbeläge wurde rund um die Fußball-Weltmeisterschaft der Frauen 2015 in Kanada geführt, wo erstmals ein internationales Fußballturnier auf Kunstrasen statt auf Naturrasen durchgeführt wird. Der Inhalt des folgenden Wikis soll sich mit einem kleinen Teilaspekt von verschiedenen Untergründen im Sport beschäftigen und eine Antwort auf die folgende Frage finden: Haben verschiedene Bodenbeläge Auswirkungen auf die Schrittlänge und damit auch Auswirkungen auf die Momentenbelastung in den Beingelenken?

Um diese Frage in ihren Grundzügen zu beantworten, wurde eine Versuchsreihe durchgeführt, die unter „Versuchsdesign“ beschrieben und unter „Versuchsdeutung“ diskutiert wird.

verfasst von M. Schmeikal

Einführendes Beispiel

Ein anschauliches Beispiel findet sich im Vergleich der Sportarten Volleyball und Beachvolleyball. Im Vergleich zum Hallenvolleyball ist das Beachfeld um 34 m² reduziert (eine Spielfeldhälfte misst 8m x 8m statt 9m x 9m) und es wird 2:2 statt 6:6 gespielt. Deutlich erkennbar ist, dass Beachvolleyball sehr viel langsamer von statten geht als Hallenvolleyball, da es im Sand schwieriger ist, eine stabile Position zu finden, aus der ein Lauf oder Sprung möglich ist. Um den Bezug zur Forschungsfrage herzustellen kann man hier die Frage stellen, ob sich die Schrittlängen bei einer identischen Spielsituation in der Halle und im Sand unterscheiden.

verfasst von P. Schumacher

Grundlagenforschungen zur Schrittlänge

Theoretische Grundlagen zu diesem Thema waren nicht leicht zu finden, da die meisten Arbeiten sich mit dem Thema barfuß laufen/gehen und beschuhtem laufen/gehen beschäftigen. Eine Studie jedoch hat sich zusätzlich mit dem Thema Schrittlänge beschäftigt, eine weitere mit der Muskelarbeit auf unebenem Terrain mit zusätzlicher Beobachtung der Schrittlänge. In den folgenden Absätzen sollen beide Studien kurz vorgestellt sowie eine Schlussfolgerung daraus gezogen werden.

The Effect Of Stride Length On The Dynamics Of Barefoot And Shod Running

Die oben genannte Studie von M.A. Thompson, A. Gutman, J. Seegmiller und C.P. McGowan beschäftigte sich mit der Frage, ob es einen Schrittlängenunterschied zwischen beschuhtem Laufen und barfüßigem Laufen auf ebenem Untergrund gibt. Dafür wurden Probanden bei verschiedenen Schrittfrequenzen auf Kräfte und Schrittlänge mittlens Kraftmessplatten und Motion Capturing untersucht. Diese Studie beschränkte sich auf einen ebenen Untergrund, um den Fokus der Studie auf das beschuhte und barfüßige Laufen zu legen. Resultat dieser Untersuchungen ist, dass barfüßiges Laufen zu einer geringeren Schrittlänge und verringerten Momenten in den Gelenken führt.

verfasst von M. Schmeikal

Biomechanics And Energetics Of Walking On Uneven Terrain

Die zweite Studie von A.S. Voloshina, A.D. Kuo, M.A. Daley and D.P. Ferris beschäftigte sich mit der Muskelarbeit in unebenem Terrain. Für diese Studie wurde ein Laufband gebaut, welches unebenes Gelände simulieren kann. Zur Datenaufnahme wurde auch hier eine Kombination aus Kraftmessplatten sowie Motion Capturing an den Probanden eingesetzt. Laut dieser Studie verkürzt sich die Schrittlänge eines Menschen in unebenem Gelände bei gleichzeitig steigender Momentenbelastung in den unteren Extremitäten.

verfasst von P. Schumacher

Schlussfolgerung aus den Studien

Auf den ersten Blick wirken diese Studien widersprüchlich, da beide eine Verkürzung der Schrittlänge zeigen, aber unterschiedliche Momentenbelastungen angeben. Betrachtet man aber die Untersuchungsbedingungen beider Studien miteinander, so lösen sich die Widersprüche auf; die erste Studie hat den Fokus auf das Gehen mit und ohne Schuhen auf ebenem Untergrund gelegt, während bei der zweiten Studie die Muskelarbeit in unebenem Gelände der Schwerpunkt war.

Dies führt zu dem Schluss, dass der Laufuntergrund eine maßgebliche Größe für die Schrittlänge und auch für die Momentenbelastung der unteren Extremitäten darstellt; dies führte zu dem nachfolgenden Versuchsdesign.

verfasst von M. Holljes

Versuchsdesign

Da ein Motion Capturing System nicht zur Verfügung stand und die Beschaffung eines solchen den Rahmen der Veranstaltung gesprengt hätte, wurde ein deutlich simpleres Aufnahmeverfahren gewählt. Die Probanden der Ad-Hoc Stichprobe im Hochschulstadion wurden mit einer handelsüblichen DSLR - Kamera bei einer Auflösung von 1280x720px und 50 Hz während einer Schrittsequenz aufgenommen, um einen guten Kompromiss aus Auflösung und Bildern pro Sekunde zu erreichen. Beide Werte spielen in der Auswertung eine Rolle, da mit einer erhöhten Auflösung die Messung der Schrittlänge präziser wird und eine höhere Bildfrequenz den Touchdown der vorderen Ferse genauer bestimmen lässt. Im Anschluss wurden die Aufnahmen der Probanden mittels einer Bewegungsanalysesoftware (Kinovea) nach geeigneten Frames für eine Messung durchsucht. Diese Bilder wurden nach der Extraktion dann mittels einer Bildbearbeitungssoftware (Adobe PhotoShop) durch Bildanalysetools vermessen. Die Resultate der Messungen werden folgenden Abschnitt „Versuchsauswertung“ vorgestellt.

Abb. 1: Bearbeitetes Bild aus der Schrittsequenz

verfasst von M. Holljes

Versuchsauswertung

In der folgenden Tabelle sind die Werte der verschiedenen Versuchspersonen auf den verschiedenen Untergründen zusammengetragen. Alle Messwerte sind in der Einheit Zentimeter zu verstehen.

Tabelle 1: Zusammenfassung der Messungen
Versuchsperson Pflaster Turnmatte Rasen Kunstrasen Sand
VP 142,15 35,6943,0437,16 43,76
VP 236,2538,4242,9444,0339,75
VP 341,3736,2443,7647,8744,15
Durchschnitt39,9236,7841,2944,9842,55

Die Durchschnittswerte sind auf zwei Nachkommastellen gerundet, da eine höhere Genauigkeit aufgrund der Auflösung der Aufnahmen nicht möglich ist.

verfasst von P. Schumacher

Versuchsdeutung

Die Versuchsauswertung zeigt, dass ein harter Untergrund wie Straßenpflaster oder eine Turnmatte eine geringere Schrittlänge erlauben als weiche Untergründe wie Sand oder Rasen. Diese Ergebnisse sind allerdings mit Vorsicht zu betrachten, da sie keine der beiden Studien bestätigen können. Dafür hätten alle Versuchspersonen das gleiche Schuhwerk tragen, die Untergründe uneben und mit Kraftmessplatten versehen sein, sowie EMG - Daten aufgenommen werden müssen.

Abb. 2: Der Sand hier ist nicht eben und erfüllt somit nicht die Kriterien der Schlussfolgerung

Dennoch lässt diese Untersuchung den Schluss zu, dass die Schrittlänge auf ebenen und harten Untergründen kürzer ist, als auf weichen Bodenbelägen. Basierend auf den Ergebnissen der Studie von M.A. Thompson und Co-Autoren liegt der Schluss nahe, dass aus der kürzeren Schrittlänge auf ebenen und harten Untergründen geringere Momente in den Beinen resultieren.

Die Messungen im Sand verfälschen die oben genannte Schlussfolgerung, da der Untergrund während der Messung mit unebenem Terrain gleichzusetzen ist und diese somit nicht die Kriterien für die obige Aussage erfüllen.

verfasst von M. Schmeikal

Eigener Standpunkt

Im Sport lässt sich eine geringere Momentenbelastung in den unteren Extremitäten nur zugunsten eines deutlich erhöhten Verletzungsrisikos erreichen, da nahezu alle Bodenbeläge durch Pflaster oder Asphalt ersetzt werden müssten; diese Veränderung wird deshalb also niemals zur Debatte stehen, da die Sicherheit der Sportler immer Vorrang hat.

Die Ergebnisse der obigen Untersuchung lassen sich jedoch in den Alltag von älteren Menschen oder Menschen mit Beeinträchtigungen im unteren Bewegungsapparat projezieren. Hier sind Bewegungen mit geringer Momentenbelastung von entscheidender Bedeutung, weil die Körper diese Belastung nur für eine begrenzte Zeit oder auch im schlimmsten Fall gar nicht tragen können. In nahezu allen westlich geprägten Städten ist so eine Fortbewegung mit geringer Momentenbelastung möglich; diese Fortbewegung wird lediglich durch naturgegebene Unebenheiten, Baustellen oder ähnliche Hindernisse auf Wegen unterbrochen und kann zu einer höheren Belastung durch Momente in den Gelenken führen.

verfasst von M. Holljes


Fragen

1. Wieso schließen sich die Ergebnisse der aufgeführten Studien nicht aus?
2. Wie wurde die Untersuchung durchgeführt?
3. Welchen Schluss lässt die durchgeführte Untersuchung zu?

Literatur

Gutmann, A., McGowan, C.P., Seegmiller, J. & Thompson, M.A.(2014). The effect of stride length on the dynamics of barefoot and shod running. Journal Of Biomechanics, 2014 (47), 2745 – 2750.

Voloshina A.S., Kuo A.D., Daley M.A. & Ferris D.P.(2013). Biomechanics and energetics of walking on uneven terrain. The Journal Of Experimental Biology, 2013 (216), 3963 - 3970.



fm/ps_fometh2/ss2015/gruppe1.txt · Zuletzt geändert: 01.10.2015 10:07 von Dario Tokur
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