Measurements of Rearfoot Motion during Running

Einleitung: Die extreme Rückfußeversion, bzw. Eversionsgeschwindigkeit wird als eine wesentliche Ursache für Überlastungsschäden betrachtet. Die Kontrolle der Rückfußbewegung durch ein entsprechendes Schuhdesign war deshalb in der Vergangheit ein zentrales Forschungsziel. Die meist kinematisch durchgeführten Messungen der Rückfußbewegung sind aber störanfällig, da sie nur indirekt die Bewegung der Ferse erfassen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, unterschiedliche Messmethoden der Rückfußbewegung zu hinterfragen. Besonderer Wert wurde auf die Evaluation eines “in-shoe” Goniometers gelegt, der die Rückfußbewegungen im Laufen mit unterschiedlichen Schuhen erfassen sollte. Literaturübersicht: Die Einflüsse des Schuhdesign auf Kinetik und Kinematik des Rückfusses wurde in verschiedenen Publikationen untersucht und teilweise kontrovers diskutiert. Das Schuhzurichtungen die Rückfußmobilität beeinflussen zeigten Van Woensel und Cavanagh [22]. Yingling und Mitarb. [24] zeigten, dass ein medial angebrachter Keil keinen Einfluss auf die Rückfußbelastung hatte. Das eine Begrenzung der normalen Eversion zu einer vermehrten Rückfußbeanspruchung führt, zeigten Perry und Lafortune [14] mit ihren Untersuchungen. Eine Reduktion der maximalen Eversion durch einen Varus-Schuh und eine vermehrte Eversion durch einen Valgus-Schuh konnten Milani [9] und andere Autoren nachweisen [14] [22]. Der Einfluß des Laufstil und von Orthesen wurde in ähnlicher Weise untersucht [6] [10] [24] [20]. Methodische Aspekte: Die Rückfußbewegungen während des Laufen unterliegen unterschiedlichen Einflüssen, dementsprechend variieren die Ergebnisse zum Teil erheblich. Die zweidimensionale Messung, die indirekte Erfassung über Marker und die unterschiedlichen Untersuchungsbedingungen erklären diese Unterschiede. Elektrogoniometern im und außerhalb des Schuhes wurde deshalb eingesetzt, um die Rückfußbewegungen während des Laufens mit unterschiedlichen Schuhen zu erfassen. Material und Methode: Siebzehn männlich Probanden wurden mit fünf unterschiedlichen Laufschuhen und einer Laufgeschwindigkeit von 3,3 m/s auf einer Kistler 9281B Plattform untersucht. Die Untersuchung wurde nach mehreren Testläufen, die auch der Gewöhnung an die im Schuh und außerhalb des Schuhes getragenen Goniometer dienten, in randomisierter Reihenfolge durchgeführt. Das Innenschuhgoniometer war aus U-förmiger Kohlenstofffaser und umfasste die Ferse. Das externe Schuhgoniometerwar aus Kunststoff und wurde in Höhe des erwarteten Drehpunktes des USG positioniert. Lageveränderungen durch die unterschiedlichen Schuhmodelle wurden ausgeglichen. Zielvariablen waren der Bewegungsumfang (range of motion), die maximale Geschwindigkeit der Eversion, die Bodenreaktionskraft bei Fersenkontakt und die maximalen Bodenreaktionskräfte. Die Parameter wurden mittels ANOVA statistisch analysiert. Ergebnisse und Diskussion: Für alle Laufschuhe variierte die maximale Bodenreaktionskraft um weniger als 0,5 %. Die Bodenreaktionskraft bei Fersenkontakt war für die Messungen mit dem Innenschuhgoniometer bei allen Schuhen im Vergleich etwa 11 % niedriger als mit dem äußeren Goniometer. Die Variabilität war für diese Meßmethode ebenfalls niedriger (p < 0,001). Die Ergebnisse stehen in Einklang mit den Untersuchungen von Stacoff [19] und zeigen, dass äußere Messungen am Schuh den Bewegungsumfang der Ferse überschätzen. Dem Innenschuhgoniometer ist deshalb der Vorzug zu geben, da die Ergebnisse nicht invasive aber hinreichend valide erhoben werden können.

Summary.

Excessive rearfoot motion is an important factor that has been linked to the development of injuries in running. Therefore, extensive research has been performed that to investigate the movement of the foot and factors that influence the degree of rearfoot motion. Several methodological procedures are available that indirectly determine the degree of rearfoot movement. High-speed film, high-speed video and opto-electric techniques have been used to analyse the posterior aspect of the heel counter of the shoe in the frontal plane to determine rearfoot motion at ground contact on a treadmill or during overground running. Recent studies used invasive pin methods to determine rearfoot motion during running under different conditions. Using a non-invasive approach, electrogoniometers have been used to quantify rearfoot motion. The purpose of this study was to explore the use of an in-shoe electrogoniometric method to investigate rearfoot motion during running in different running shoes. The results showed that rearfoot motion variables were lower using the in-shoe goniometer compared to a heel counter method. This confirms previous bone pin studies where significant lower eversion and eversion velocity values were revealed by the bone pins compared to the shoe counter markers. Thus, external measurements seem to overestimate rearfoot motion significantly. On the other hand, the in-shoe measurements revealed slightly lower GRF related values. As with any other shoe insert, an in-shoe device elevates the foot slightly and thus may influence the mechanical behaviour of the shoe.

Messungen der Rückfußbewegung beim Laufen.

Das Ausmaß von Pronationsbewegungen beim Laufen wird als ein wesentlicher Faktor für die Entstehung und Charakteristika von Verletzungen eingeschätzt. Aufgrund dessen wird in der Biomechanik diesem Belastungsfaktor ein großer Stellenwert eingeräumt, der sich in einer Vielzahl von wissenschaftlichen Studien widerspiegelt. Messungen der Pronationsbewegung beim Laufen sind aufgrund der Lage des oberen und unteren Sprunggelenkes, denen diese kombinierte Bewegungen zugrunde liegen, ausgesprochen schwierig. In der Regel werden zwei unterschiedliche Verfahren zur indirekten Messung der Pronationsbewegung beim Laufen angewandt: Erstens kinematographischen Aufnahmen, bei denen der Fuß beim Aufsetzen auf den Boden und bei der Abrollbewegung von hinten mit hohen Aufnahmefrequenzen gefilmt wird. Zweitens, Elektrogoniometer, die das Ausmaß der Pronation und der Pronationsgeschwindigkeit erfassen. Diese beiden Parameter gelten als relevant bezüglich möglichen Lauf-Verletzungen. Elektrogoniometer arbeiten auf unterschiedlichen Messprinzipien wie Dehnungsmessstreifen oder Potentiometern. Elektronische Goniometer ermöglichen hinreichend genau die indirekte Erfassung der Bewegungen des Rückfußes im Winkel zum Unterschenkel. Es sollte betont werden, dass mit diesen Verfahren die Pronation nicht direkt gemessen werden kann, sondern nur der Achillessehnenwinkel zwischen der Längsrichtung der Achillessehne und der Vertikalachse der Fersenkappe. Allerdings hat sich die Bestimmungsgröße des Achillessehnenwinkels als aussagekräftige Variable für das Ausmaß der Fußpronation in der Biomechanik durchgesetzt. In der hier vorliegenden Studie wurde ein Elektrogoniometer verwendet, dass die Eversionsmessung beim Laufen auch innerhalb des Schuhes ermöglicht. Die im Schuh gemessenen Variablen sind signifikant geringer als die extern an der Fersenkappe des Schuhes ermittelten Werte. Dieses Ergebnis wird durch invasive Studien bestätigt, die zeigen, dass externe Messungen die Rückfußbewegung beträchtlich überschätzen. Andererseits wurden in der hier vorliegenden Studie mit Messungen im Schuh geringere Bodenreaktionskräfte ermittelt. Die als Schuheinlage konstruierte Messvorrichtung könnte durch das verwendete Material zu einem zusätzlichen Dämpfungseffekt führen und damit die mechanischen Eigenschaften der Schuhe beeinflussen.

Literatur

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