Gruppe 8

Modul-Icon FMP 1508
Veranstaltung Prosemina Forschungsmethoden II
Autor Johannes Thiele, Kathrin Gölz
Bearbeitungsdauer 85
Präsentationstermin 07.07.2015
Zuletzt geändert 13.11.2015


Einleitung

Der Mensch ist von je her ein „geläufiges“ Wesen der immer gerne barfuß unterwegs war. Er entwickelte sich dadurch ein starkes Fußgewölbe und optimierte seine Lauf- und Gehhaltung dahingehend das er möglichst wenig vertikale Kraft abfangen musste sondern über den ua. Laufstil und Armbewegungen diese für seinen Vortrieb nutze. In der moderen Gesellschaft und gerade seit den 70er Jahren ist Joggen ein beliebter Trendsportart für jung und alt. Man kann der Aktivität fast in jeder Umgebung nachgehen, es hält fit und gesund. Allerdings sind Verletzungen beim Laufen, sowohl im Freizeit- als auch im Leistungssport, seit jeher ein zentrales Problem. In diesem Wikimodul soll sich mit dem „Verletzungsbild“ einer pronatorischen Fußstellung befasst werden. Wir konzentrieren uns dabei auf die Pronation, da in der Sportschuhforschung angenommen wird, dass je nach Ausmaß der pronatorischen Fußstellung diese zu Verletzungen bzw. Beschwerden an der untere Extremität führt. Es soll untersucht werden, in wie fern zum einen Schuhmodelle - zum anderen verschiedene Laufgeschwindigkeit, die pronatorische Fußstellung bei Läufern beeinflussen.

Es ergibt sich angelehnt an die Studie von Stefan Grau und die Magisterarbeit von Frank Behrendt die zweigeteilte Hauptfragestellung: In wie fern beeinflusst das Schuhwerk bzw. die Laufgeschwindigkeit die Bodenreaktionskräfte die zu gänigen Verletzungsmustern führen?

Man kann nur vermuten, ob Ötzi Fußprobleme oder eine Pronation hatte. Wissen können wir es nicht aber in der modernen Biomechnik werden Fragen dieser Art nachgegangen. Ein Forschungsgebiet den wir uns „laufend“ annehmen und einmal genauer hinschauen wollen.

(Bearbeitet von Kathrin Gölz & Johannes Thiele)

Motivation anhand eines Beispiels

Als Beispiel und gleichzeitig Motivation ( aufgrund vieler dieser Fälle) möchten wir gerne Herrn Musterjung nennen. Herr Musterjung ist ein Freizeit-Läufer, der eine pronatorsische Fußstellung aufweist. Ärzte stellten die Vermutung auf, dass diese pronatorische Fußstellung der Auslöser für Achillessehnenbeschwerden ist. Herr Musterjung beklagt sich häufig über Beschwerden beim Laufen und stellt sich die Frage, ob das Ausmaß seiner Achillessehnenbeschwerden bzw. pronatorische Fußstellung mit seinem Schuhwerk bzw. seiner Laufgeschwindigkeit zusammenhängt. Wäre dies der Fall, stellt sich Herr Musterjung die Frage, ob ein spezielles Schuhmodelle, angepasst an seiner pronatorischen Fußstellungen bzw. ein spezielle Laufgeschwindigkeit, seine Laufbeschwerden mindern könnte.

Diese offenen Fragen von Herr Musterjung sollen im folgenden Wikimodul auf den Grund gegangen werden.

(Bearbeitet von Kathrin Gölz)

Grundlagenforschung zu Pronatorischen Fußstellungen/ Methoden

Dieses Wikimodul entstand im Rahmen des Grundkurses ForschungsmethodenII des Fachbereichs Sportwissenschaft der TU Darmstadt und soll lediglich eine Navigation für Studierende als Grundlage zukünftige Forschungsarbeiten darstellen.

Wir haben uns aufgrund persönlicher Beschwerdenbilder für die Thematik der pronatorischer Fußstellung entschieden. Im ersten gemeinsamen Austasch erschien uns besonders der Einfluss von Schuhwerk und Geschwindigkeit im Bezug auf eine pronatorische Fußstellung als interessant, denn wir haben uns bereits beide ähnliche Fragen wie Herr Musterjung im Beispiel vorab gestellt. Auf Hinweis unseres Professor wurden wir auf den Sportwissenschaftler Stefan Grau aufmerksam. Über die Internetplattform google-scholar fanden wir einige Studiene von Grau. Anhand des Kriteriums „Einfluss von Schuhwerk“ erschien uns die Studie „Objektivierung des Zusammenhangs von Verletzungen und biomechanischen Bewegungsmerkmalen in der Sportschuhforschung am Beispiel chronische Achillessehnenbeschwerden bei Läufern“ am passendsten. Um den zweiten Teil der Fragestellung abdecken zu können (Geschwindigkeit) recherchierten wir unter den Schlagwörtern „Pronation“ und „Laufgeschwindigkeit“ und fanden dadurch die Magisterarbeit von Frank Behrendt (2004) „Auswirkungen der Laufgeschwindigkeitsvariationen auf Parameter der Bodenreaktionskraft“.

(Bearbeitet von Kathrin Gölz)

Bestimmung von Pronation

Pronation bedeutet die Einwärtsdrehung der Gliedmaßen, in unserem Fall bezogen auf den Fuß. Die Fußstellung in dieser Richtung wird auch als Eversion bezeichnet. Im Normalfall liegt der Eversionswinkel bei 0° 1)

Es gibt verschiedene Phasen des Abrollvorgangs. Man kann unterteilen in die Auftreffsituation der Ferse (touch-down), die Stützsituation bei vollem Fußaufsatz (stance) und die Abdrücksituation bei abgehobener Ferse (push-off). Die zentralen Meßgrößen β und γ sind keine einzelnen Festgrößen. Sie verändern sich während des Abrollvorgangs. Da wir uns in diesem Wikimodul primär mit der Phase des touch-downs beschäftigen, werden im folgenden die bestimmten Ausprägungsgrade genannt.

Initialer Achillessehnenwinkel = β0

Initial-Pronation = ∆β10

Maximaler Achillessehnenwinkel = βpro

Total-Pronation = ∆βpro

Diese Winkel können mit spezifischen Beschwerden in Verbindung gebracht werden.

(Bearbeitet von Kathrin Gölz)

Stand der Wissenschaft

Da Beschwerden beim Laufen ein zentrales Thema darstellen, wurde sich mit dieser Thematik neben der Studie von Stefan Grau bereits in vielen anderen Studien befasst, wobei das Hauptinteresse dabei im Wesentlichen der Erfassung der Häufigkeiten dieser Beschwerden galt. Prägende Namen in diesem Bereich sind in den letzten 30 Jahre beispielsweise Cavanagh (1978), Gudas (1980), Newell und Brawell (1984), Van Mechelen (1992), Segesser (1995), Fallon (1996), Jönhagen, Ericson, Németh und Eriksson (1996) etc. Im folgenden sollen drei Studien kurz zusammen gefasst werden, darunter eine weitere Arbeit von Stefan Grau.

1. Benno Nigg beschäftigte sich 1986 mit der Härte der Zwischensohle in Kombination mit der Laufgeschwindigkeit. Dazu wurden die Parameter der Initialpronation ▲ß10, initiale Winkelgeschwindigkeit ▲10 und Totalpronation ▲ßpro analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Initialpronation ▲b10 als auch die initiale Winkelgeschwindigkeit ß10 mit zunehmender Laufgeschwindigkeit und mit zunehmender Zwischensohlenhärte größer werden. Weiterhin zeigen die Ergebnisse, dass die Totalpronation ▲ßpro mit zunehmender Geschwindigkeit ebenfalls größer wird. Demnach nimmt das Ausmaß der Pronationsbewegung mit der Härte der Zwischensohle und der Geschwindigkeit zu.

2. Stefan Grau führt (2007) eine Studie zur Entwicklung eines Stabilitätslaufschuhs zur Prävention von Achillessehnenbeschwerden für das Modell Nike Air Cesium durch. Patienten mit chronischen Achillessehnenbeschwerden wurden in die Studie eingeschlossen. Alle Patienten der Studie wurden zufällig und gleichmäßig einer der folgenden Therapiegruppen zugelost: Kontrollgruppe, Pausegruppe, Einlagengruppe und Prototypengruppe. Die Testpersonen in der Einlagengruppe mussten im besagten Schuhtyp für vier Wochen individuell angepasste Weichschaumschaleneinlagen tragen. Im Vergleich zu den anderen Gruppen konnte nach vier Wochen zusammenfassend festgehalten werden, dass der Prototypen-Schuh in der Reduktion von Achillessehenbeschwerden hilft. Klar war, dass ein Schuhtyp Einfluss auf die Achillessehenbeschwerden hatte. Unklar blieb, ob dieser auch präventiv wirksam sein kann.

(Bearbeitet von Kathrin Gölz)

3. Frank Behrendt ging 2004 in einer Arbeit den Parmetern der Bodenreaktionskraft nach. Er untersuchte Probanten die in alle in gleichen Schuhwerk untersucht wurden. Bodenreaktionskräfte werden schon seit den 30er Jahren gemessen und können heutzutage durch modernste 3-D Analysen detailiert dargestellt werden. Die Bodenreaktionskraft wird nach Enoka (2002) als „The ground reaction force represents the response of the ground (support surface) to the actions of the body segments.“ Interessant ist das Nigg (1981) herrausfand, dass der „Impact Peak“, also der erste Kontakt des Fußes am Boden, dass diese Amplitude mit steigender Geschwindigkeit steigt. Einflussgrößen auf die BRK sind ua. die Tibiabremse oder die Armbewegung im Laufen die Kraft absorbieren. Die Testpersonen (4) die in Gewicht fast identisch waren führten nicht zu den Erwarteten Testergebnis, da nur 2 personen signigikate Merkmale in der Bodenreaktionskraft nachwiesen. Behrendt wollte mit aktuellen Meßgeräten vorhandene Forschungsergebnisse bestätigen.

(Bearbeitet von Johannes Thiele)

Studie Stefan Grau

Die Hauptfragestellung der besagten Studie von Grau hinterfragt, in wie fern biomechanische Abweichungen von einem gesunden Vergleichskollektiv bei Vorliegen chronischer Achillessehnenbeschwerden zu messbaren und statistisch nachweisbaren Veränderungen des Abrollverhaltens des Fußes führen?

Um dieser Frage nachzugehen, wurden Läufer mit chronischen Achillessehnenbeschwerde mittels klinischer, biomechanischer und trainingsspezifischer Kenngrößen charakterisiert und versucht, diese von gesunden Läufern abzugrenzen.

Methode:

- Vergleich von eigenen/ neutralen Schuhen und barfuß

- Untersuchungsstichprobe: 46 Probanden (28 gesunde Probanden, 18 mit chronischer Achillodynie)

- Treatment: 2 Messtage im Abstand von 7 Tagen

- Parameter: Herzfrequenz und Laktat

- Messgrößen: Ganglinienverlauf, Achillessehnenwinkel, Rückfußwinkel, Kniewinkel und OSG-Winkel

(Bearbeitet von Kathrin Gölz)

Studie von Frank Behrendt

In der Arbeit von Behrendt wird der Zusammenhang der Laufgeschwindigkeit mit den Bodenreaktionskraft gemessen. Es wird vermutet das , wie bei bereits wissenschaftlich Festgehalten wurde, die vertikale Kraftkurve mit höhrere Geschwindigkeit signigikant ansteigt. Um die Anatomie des Laufstils und die Kraftkurve einzuordnen gibt Behrendt eine Auswahl möglicher Einsflussfaktoren auf diese:

  • oberes Sprunggelenk
  • unteres Sprunggelenk
  • queres Tarsalgelenk (Chopardsch'es Gelenk)
  • Tarsometatarsalgelenk (Lisfranc’sches Gelenk)
  • Zehenknochengelenke

Weiter gibt Behrendt den Hüftwinkel sowie die individuelle Fähigkeit jedes Menschen an vertikale Stöße abzufahngen. Behrend macht einige interessante Erkenntnisse die später erläutert werden sollen.

Methoden der Studie

Die Messung der Bodenreaktionskräfte erfolgte mit einer in den Boden eingelassenen Kraftmessplatte. Die Kraftmessplatte besteht aus einer Deckplatte mit vier vorgespannt eingebauten 3-Komponenten-Kraftsensoren und ist eine Mehrkomponenten-Messplattform zum Messen beliebig wirkender Bodenreaktionskräfte, Momente und Kraftangriffspunkte in der Biomechanik. Die entstehenden Ladungen wurden an einem PC weitergeleitet. Für die Messung des Geschwindigkeitsverlaufes wurde ein fest installiertes Laserdistanzmessmodul verwendet.

Zur Kontrolle des Bodenkontaktes auf der Kraftmessplatte wurden Hochgeschwindigkeitskameras verwendet. Diese sind mit einem PC verbunden.

(Bearbeitet von Johannes Thiele)

Tabelle

Im folgenden werden die Ergebnisse der Untersuchung in Bezug auf die Totalpronation ▲βpro (in °) präsentiert. Tabelle Nummer 1 zeigt die Werte im neutralen Schuh, Tabelle Nummer 2 die Werte im eigenen Schuh. N1 bedeutet Stichprobe des Messtag 1, N2 bedeutet Stichprobe des Messtag 2. Die weitere Abkürzungen bedeuteten: MI = Mittelwert, ME = Median, SA = Standardabweichung, Q = mittlerer Quartilabstand, Min = minimaler Wert, Max = maximaler Wert

KOm = Kontrollgruppe männlich (gesund) , KOw = Kontrollgruppe weiblich (gesund) , ADm = Achillodyniegruppe männlich

(Bearbeitet von Kathrin Gölz)

Erkenntnisgewinn der Studie Nigg

Das wesentliche Ziel Graus war es, den Abrollvorgang von Menschen mit Achillessehenbeschwerden mit Gesunden zu vergleichen, so dass mögliche pathologische Abrollmuster von gesunden abgegrenzt werden können, um anschließend gegebenenfalls Empfehlungen für den Sportschuhbau ableiten zu können.

Dafür wurde zum einen die H0–Hypothese aufgestellt: Das Abrollverhalten bei Vorliegen chronischer Achillessehnenbeschwerden unterscheidet sich bezüglich der Untersuchungsgröße G nicht vom Abrollverhalten der Vergleichsgruppe ohne Achillessehnenbeschwerden

und die H1–Hypothese: Das Abrollverhalten bei Vorliegen chronischer Achillessehnenbeschwerden unterscheidet sich bezüglich der Untersuchungsgröße G vom Abrollverhalten der Vergleichsgruppe ohne Achillessehnenbeschwerden

Die Ergebnisse der Studie ergaben, dass für das Barfuß laufen die H1-Hypothese bei einem 5%-Niveau angenommen werden kann. Dies bedeutet, dass ein statistisch signifikanter Unterschied bei der Barfuß-Bedingung feststellt wurde, was wiederum bedeutet, dass die Läufer mit Achillessehnenbeschwerden medialer abrollen als gesunde Läufer.

Beim Abrollvorgang im eigenen Schuh bzw. im neutralen Schuh ergab sich kein eindeutiger statistischer Unterschied. Die oben präsentierte Tabelle zeigt exemplarisch die Werte der Totalpronation im neutralen bzw. im eigenen Schuh. Die Werte unterscheiden sich zwar leicht, trotzdem kann kein eindeutiger Unterschied festgestellt werden. In diesem Fallmusste die H0-Hypothese beibehalten werden.

Es ist zu berücksichtigen, dass in der Studie möglicherweise einige Mängel bezüglich der Messmethoden (Methodische/instrumentelle Fehler bzw. Haut-/Schuh-Artefakt), Messgrößen (Bestimmung der Pronation) etc. auftreten. Aus diesem Grund könnten die Ergebnisse leicht verfälscht sein.

(Bearbeitet von Kathrin Gölz)

Erkenntnissgewinn aus Studie Behrendt

Behrendts Ziel die vorhandenen Forschungsergebnisse zu bestätigen konnte nicht erreicht werden. Die Bodenreaktionskraft (hauptsächlich die vertikale Kraftkurve) hängt nicht nur von dem Auftreten auf den Boden ab. Man kann vermuten, dass das Zusammenspiel der wichtigsten am Laufen beteiligten menschlichen Komponenten wie die Anatomie des Fußes, der M. tibialis, die Rückfussbewegung, Hüftwinkel, Armbewegung eine noch nicht genau definierte Einflussgröße auf die vertikale Kraftkurve ausübt. Hier besteht noch erweiteter Forschungsbedarf.

  • H1 Die Bodenreaktionszeit ist beim Laufen signifikant höher als beim Gehen.
  • H0 Die Bodenreaktionszeiten sind beim Laufen und Gehen unterschiedlich.

Die H0 Hypthese wird angenommen.

(Bearbeitet von Johannes Thiele)

Schlussfolgerung

Schlussendlich konnte das Abrollmuster von Menschen mit Achillessehenbeschwerden nur teilweise von dem von gesunden Menschen abgegrenzt werden. Beim Barfuß gehen war ein Unterschied erkennbar. Der Vergleich von normalen zu eigenen Schuhe zwischen Gesunden und Menschen mit Achillessehenbeschwerden ergab allerdings keinen klaren Unterschied.

Beurteilen wir nun nüchtern das Ergebnis von Grau, kann nach der Studie kein klarer Unterschied beim Abrollvorgang von Menschen mit Achillessehenbeschwerden und Gesunden fetsgestellt werden. Demnach kann auch keine Empfehlungen für den Sportschuhbau vom Ergebnis abgeleiten werden.

Zieht man allerdings weitere Studien in betracht, könnte man durchaus von ein Zusammenhang sprechen. Die Studie von Nigg berichtet beispielsweise, dass das Ausmaß der Pronationsbewegung mit der Härte der Zwischensohle zunimmt. Dies Schlussfolgerte Nigg daraus, dass das Ausmaß der Pronationsbewegung mit der Härte der Zwischensohle und der Geschwindigkeit zunimmt. In der 2. Studie von Grau (Nike Air Cesium) konnte ebenfalls ein Zusammenhang zwischen Achillessehnenbeschwerden und Schuhtyp erkannt werden, da festgestellt wurde, dass der Prototypen-Schuh in der Reduktion von Achillessehenbeschwerden hilft.

Aufgrund der zwei Ergänzungsstudien und möglichen Messfehlern in den Ergebnissen von Grau würde ich von einem Unterschied beim Abrollvorgang bei Menschen mit Achillessehenbeschwerden und Gesunden ausgehen. Demnach würde ich ebenfalls einen Einfluss des Schuhwerk, auf die pronatorische Fußstellung vermuten.

(Bearbeitet von Kathrin Gölz)

Fazit/ Ausblick

Es konnte wie bereits erwähnt, nach der untersuchten Studie kein klarer Zusammenhang zwischen dem Schuhwerk und der pronatorische Fußstellung festgestellt werden. Demnach bleibt die Frage nach dem optimalen Aufbau von Sportschuhen zur Reduktion der Pronationsbewegung mit dem Ziel, Beschwerden bzw. Verletzungen im Sport präventiv zu verhindern mehr oder weniger offen.

Demnach bleibt ebenfalls Herr Musterjungs Frage offen. Anhand der Studie von Nigg und weitere Wissenschaftlern kann gemutmaßt werden, dass ein spezielles Schuhmodelle, angepasst an seiner pronatorischen Fußstellungen durchaus seine Laufbeschwerden mindern könnte. Wie genau dieses Schuhmodell aufgebaut sein müsste, bleibt allerdings offen.

In der Studie von Behrendt konnte in bei der Frage nach Bodenreaktionskraft und dieser Veränderung bei steigender Geschwindigkeit auch keine weiteren Erkenntnisse gewonnen werden. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, den Einfluss variierender Laufgeschwindigkeiten auf verschiedene Parameter der Bodenreaktionskraft festzustellen bzw bestehende Ergebnisse zu bestätigen. Bei diesen Parametern handelte es sich neben der Laufgeschwindigkeit um die vertikale Bodenreaktionskraft, die Aktivität des M. tibialis anterior vor dem Auftreten, die Rückfußbewegung in der Standphase. Die statistische Bearbeitung bestand in der Berechnung des Zusammenhanges zwischen der Laufgeschwindigkeit und den gemessenen Parametern.

Wie vorab angedeutet, können die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit nur für die hier untersuchten Probanden als gültig betrachtet werden. Eine externe Validität liegt nicht vor, da die Stichprobe dafür zu gering gewählt wurde. 25-30 Probanden müssten diesbezüglich mindestens untersucht werden, um auf die Allgemeinheit übertragbare Aussagen treffen zu können.

Darüber hinaus stellt sich die Frage, welche Rolle die Pronationsbewegung überhaupt in der Erkennung von Belastungen oder Beschwerden beim Laufen spielt. Um diese Frage zu klären, müssten andere Merkmale zur Quantifizierung von Belastungen und Beschwerden gefunden werden.

Im Bereich der Entwicklung von Protesen die ein aktuel sehr interessantes Forschungsgebiet darstellt ist in diesem Bereich noch wenig wissenschaftliches Output erschienen die diesen Forschungsbereich für Bachelor-Thesen ua. interessant macht.

(Bearbeitet von Kathrin Gölz & Johannes Thiele)

Fragen

1. Welche Einflussfaktoren gibt es auf die Bodenreaktionskräfte?

2. Welche-/r Winkel bestimmt die Pronation am Fuß?

3. Wo lassen sie die Forschungsergebnisse in der Praxis einsetzten?

4. Wieso lässt sie keine oder kaum signifikanz in den Ergebnissen aufzeigen?

(Bearbeitet Johannes Thiele)

Literaturverzeichnis

Behrendt, Frank, 2004, Magisterarbeit, Auswirkung der Laufgeschwindigkeitsvariation auf die Parameter der Bodenreaktionskraft. Institut für Sportwissenschaft Rostock. http://home.arcor.de/fr.behrendt/_private/Einfluss%20der%20Laufgeschwindigkeitsvariation%20auf%20Parameter%20der%20Bodenreaktionskraft.pdf

Grau, Stefan, 2004, Dissertation, Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin, Jahrgang 54, 2003, https://publikationen.uni-tuebingen.de/xmlui/bitstream/handle/10900/47228/pdf/diss.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Bauer H., Grau S.,Horstmann Th., Pronation in der Sportschuhforschung, Übersicht, http://www.zeitschrift-sportmedizin.de/fileadmin/content/archiv2003/heft01/a03_01_03.pdf

Aktuelle Trends in der Sportschuhentwicklung, Mayer B, Walther M, Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin, Jahrgang 59, 2008, http://www.zeitschrift-sportmedizin.de/fileadmin/content/archiv2008/heft01/Walther%201_08.pdf

Grau Stefan, Horstmann Thomas, 2007, Entwicklung eines Stabilitätslaufschuhs zur Prävention von Achillessehnenbeschwerden – Nike Air Cesium, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0949328X07000877

1)
Es gibt verschiedene Einflussfaktoren für eine Pronationsbewegung., weshalb die Pronation nach verschiedenen Merkmalen festgestellt werden kann. Grau unterteilt vorab in die drei Hauptfaktoren: Schuh- Mechnanische/ Bio- Mechanische und Bio- Medizinische Faktoren. Bei den Biomechanischen Faktoren wird die Pronationsbewegung beispielsweise nach zwei zentralen Winkeln charakterisiert. Zum einen nach dem Achillessehnenwinkel β, zum anderen nach dem Rückfußwinkel γ. Mit Hilfe des Achillessehnenwinkels β können beispielsweise Angaben über die relative Bewegung zwischen dem Kalkaneus und dem Unterschenkel gemacht werden. Ist der Winkel β groß, kann zumeist auf Beschwerden und Verletzungen an der unteren Extremität geschlossen werden. Diese äußern sich unter anderem in Form von Achillessehnenbeschwerden. Im Umkehrschluss können Achillessehnenbeschwerden ein Hinweis auf eine pronatorische Fußstellung sein.
fm/ps_fometh2/ss2015/gruppe8.txt · Zuletzt geändert: 19.11.2015 11:45 von Dario Tokur
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