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Modul-Thema	Veränderung des Kniewinkels bei verschiedenen Geschwindigkeiten während der Kontaktphase
Veranstaltung	PS - Forschungsmethoden II
Autor	Daniel Butscher, Yannick Morasch, Yasemin Sevincli, Janis Wagner
Bearbeitungsdauer	25min
Präsentationstermin	13.07.2016
Zuletzt geändert	14.10.2016

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Das folgende Wiki-Modul behandelt die Veränderung zwischen der Geschwindigkeit und dem Kniewinkel bei verschiedenen Geschwindigkeiten während der Kontaktphase. In dem Versuch gehen wir der Fragestellung „Verändert sich der Kniewinkel bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten?“ nach. Daher setzen sich folgende Forschungshypothesen wie folgt zusammen.

1.1 Forschungshypothesen

H0: Es besteht kein signifikanter Unterschied zwischen der Geschwindigkeit und dem Kniewinkel beim Laufen.

H1: Es besteht ein signifikanter Unterschied zwischen der Geschwindigkeit und dem Kniewinkel beim Laufen.

Zwei Testpersonen wurden mit variablen Geschwindigkeiten 25%, 75% und 125% getestet und die Daten mit Hilfe von Matlab empirisch ausgewertet. Hierbei ist es wichtig, auf die Kontaktphase zu achten.

Stellen Sie sich vor, sie trainieren für den Sporteignungstest an der Technischen Universität Darmstadt und möchten ihre Ausdauer mithilfe eines Intervalltrainings verbessern. Bei dem Intervalltraining treten verständlicherweise verschiedene Geschwindigkeiten auf, die eine Kniewinkelveränderung in der Kontaktphase verursachen.

Unsere Befundlage stützt sich auf den Wikieintrag " WP1204 Langstrecke" von L. Elißer, P. Klaeren, F. Sendobry und A. Tsadik (2012) besagt, dass je schneller die Laufgeschwindigkeit, desto gebeugter das Knie beim Abstoss. Die Ergebnisse von Dirk von Borstel in: "Im Vergleich:Gehen - Walken - Laufen" zeigen, dass der Kniewinkel sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit verändert. Zusammengefasst sagen die Autoren, dass je schneller die Geschwindigkeit ist, desto größer der Kniewinkel wird. Da diese Forschungsfrage noch nicht in den Wikieinträgen behandelt wurde, haben wir uns dazu entschlossen dieses Thema zu untersuchen.

Für die Studie werden 20 sportliche Probanden (10 Männer, 10 Frauen) unter der Bedingung „sportlich“ und „Alter 18 - 30 Jahre“ randomisiert ausgewählt. Die Probanden die während des Versuches innerhalb der 9 Sekunden über die Kraftmessplatten laufen, tragen kein Schuhwerk um mögliche verursachte Messfehler zu vermeiden beziehungsweise diese so gering wie möglich zu halten. Für die Erkennung der Gelenk-und Knochenpunkte werden Marker benötigt und vor den Messungen mit Kleber an den Probanden fixiert um mit Hilfe des Motion Capture Systems 3-Dimensionale Modelle auf dem Computer zu konstruieren.

Versuchsplan Zur Untersuchung von Winkelveränderungen während der Kontaktphase bei verschiedenen Geschwindigkeiten werden wir einen einfaktoriellen Versuchsplan durchführen. Das Vorgehen wird in der folgenden Tabelle (Tabelle 1) skizziert.

Tabelle 1: Darstellung des Versuchsplans und Interventionen

Die Probanden werden jeweils einzeln getestet. Die verschiedenen Interventionen werden wie folgt umgesetzt:

− Eingewöhnung: 5 Minuten Dauer pro Proband, jeder Proband kann in selbstbestimmter Geschwindigkeit über den Laufsteg laufen und sich mit dem Versuchsaufbau vertraut machen.

− Testdurchlauf: 5 Minuten Dauer pro Proband, einmal in langsamen Tempo über den Laufsteg laufen, danach in schnellem Tempo wieder den Laufsteg zurücklaufen.

− Versuch Durchgang 1: Jeder Proband läuft nacheinander in einem langsamen Tempo über den Laufsteg. (25%)

− Versuch Durchgang 2: Jeder Proband läuft nacheinander in einem mittel schnellem Tempo über den Laufsteg. (75%)

− Versuch Durchgang 3: Jeder Proband läuft nacheinander in einem schnellen Tempo über den Laufsteg. (125%)

Die Messdauer beträgt bei allen Durchgängen 9 Sekunden.

Für die 20 Teilnehmer in unserem Versuchsplan haben wir stellvertretend 2 Probanden in einem Messzeitraum von 9 Sekunden untersucht. Die Durchführung des Versuches entspricht der Durchführung der 20 Teilnehmer wie zuvor unter „Versuchs- und Untersuchungsplan“ beschrieben. Um unsere Ergebnisse erheben zu können wurden die Marker an der Hüfte (Links und Rechts), dem Knie (Links und Rechts Außen) und am Knöchel (Links und Rechts Außen) (L_Hip/R_Hip, L_Ank_O/R_Ank_O, L_Kne_O/R_Kne_O) angebracht. Dies ermöglicht uns über Matlab die genaue Winkelgröße zum Zeitpunkt des Touchdowns bis Takeoff zu ermitteln.

Für das Zusammentragen der Daten und erschließen der Ergebnisse haben wir folgende „Scripts“ benutzt: identifyLegs, angleCalculation, spaghettiGraph. Das „Script spaghettiGraph“ mussten wir leicht abändern um die Ergebnisse innerhalb der verschiedenen Geschwindigkeiten in einem Graphen für die Linke und die Rechte Seite zusammenzufassen. Mithilfe des „spaghettiGraphen“ wird der Durchnittswert von allen, für die jeweilige Seite, relevanten Kontaktphasen während den 9 Sekunden dargestellt.

<note tip>Die horizontale Achse (x-Achse) stellt bei allen Grafiken den Fortschritt der Kontaktphase in Prozent dar (vom Touchdown bis zum Takeoff).</note> <note tip>Die vertikale Achse (y-Achse) stellt jeweils den Winkel dar.</note>

Abb.1 : Proband 1, 25%, linkes Bein während der Kontaktphase

Abb.2 : Proband 1, 25%, rechtes Bein während der Kontaktphase

Abb.3 : Proband 1, 75%, linkes Bein während der Kontaktphase

Abb.4 : Proband 1, 75%, rechtes Bein während der Kontaktphase

Abb.5 : Proband 1, 125%, linkes Bein während der Kontaktphase

Abb. 6: Proband 1, 125%, rechtes Bein während der Kontaktphase

Wie in den Grafiken zu erkennen ist, verkleinert sich der Kniewinkel sowohl bei dem linken als auch bei dem rechten Bein mit zunehmender Geschwindigkeit. Die „rote“ Linie stellt den Durchschnittswert der Winkel während der Kontaktphase dar. Zugunsten der Übersicht haben wir lediglich die Grafiken des Probanden „P1“ aufgeführt, da sich bei dem Probanden „P2“ ein gleichwertiges Ergebnis abzeichnet.

Unsere Forschung ist nicht repräsentativ, da nur zwei Probanden getestet wurden. Ob nun eine Winkelveränderung während der Kontaktphase bei verschiedenen Geschwindigkeiten vorhanden ist, kann nicht universell betrachtet werden. Eine größere Gruppe von Probanden wäre dafür nötig.

Verglichen mit unserer Befundlage sind Unterschiede erkennbar. Unsere Forschung bezieht sich auf die Winkelveränderung während der Kontaktphase und die Forschung von van Borstel auf die Kniewinkeländerung bei verschiedenen Geschwindigkeiten. In dieser Forschung wird die Kontaktphase nur beim Gehen beachtet, nicht im Bezug auf das Laufen. Der Wikieintrag WP1204 greift das Thema unserer Forschung nur zum Teil auf, sodass auch hier nur Parallelen gezogen werden können.

Zusammenfassend müssen wir die H0 Hypothese verwerfen und die H1 Hypothese annehmen, da die empirischen Befunde gezeigt haben, dass es einen signifikanten Unterschied zwischen der Geschwindigkeit und dem Kniewinkel beim Laufen gibt. Der Kniewinkel wird demnach bei zunehmender Geschwindigkeit kleiner.

<spoiler | Wie verändert sich der Kniewinkel bei zunehmender Geschwindigkeit während der Kontaktphase?> Der Kniewinkel verkleinert sich mit zunehmender Geschwindigkeit während der Kontaktphase. </spoiler>

Internetquellen

01. Elißer, L., Klaeren, P., Sendobry, F., Tsadik, A. (2012). WP1204 Langstrecke. Zugriff am 22. September 2016 unter http://wiki.ifs-tud.de/biomechanik/projekte/ss2012/langstrecke?s[]=eli%C3%9Fer

02. Von Borstel, Dirk. Im Vergleich: Gehen-Walken-Laufen. Zugriff am 12. Juli 2016 unter http://www.molitor-os.de/fileadmin/user_upload/analyse/laufanalyse/Dirk%20von%20Borstel.pdf

Video abgerufen am 12.07.2016

03. Lauftechnik: Frederik Van Lierde in Slowmotion https://www.youtube.com/watch?v=KuUlS-xDojg

Abbildungsverzeichnis abgerufen am 14.10.2016

Abb.01: https://www.researchgate.net/profile/Thorsten_Sterzing/publication/253240036/viewer/AS:240451408101376@1434339491259/background/3.png