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Vergleichende Messung des plantaren Spitzendrucks

im Nachwuchs-Leistungsfußball

mittels dynamischer Pedobarographie

Der Medizinischen Fakultät / Dem Fachbereich

orthopädische Rheumatologie

der

Friedrich - Alexander - Universität

Erlangen - Nürnberg

zur

Erlangung des Doktorgrades Dr. med.

vorgelegt von

Julia Gräfin von Keller

Hannover

Als Dissertation genehmigt von der Medizinischen Fakultät/ vom Fachbereich orthopädische Rheumatologie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Tag der mündlichen Prüfung: 25. Juni 2013 Vorsitzender des Promotionsorgans: Prof. Dr. Dr. h.c. J. Schüttler Gutachter: PD Dr. Hans-Dieter Carl Prof. Dr. Bernd Swoboda

Widmung

Diese Arbeit widme ich meinen Eltern, die mich stets unterstützen.

Inhaltsverzeichnis Seitenzahl I. Zusammenfassung 1

I.1. Deutsche Zusammenfassung 1

I.1.1. Hintergrund und Ziele 1

I.1.2. Methode 1

I.1.3. Ergebnisse und Beobachtungen 1

I.1.4. Praktische Schlussfolgerung 2

I.2. Abstract 3

I.2.1. Background and objectives 3

I.2.2. Method 3

I.2.3. Results 3

I.2.4. Practical conclusions 4

II. Einleitung 5 II.1. Die Anatomie des Fußes 5

II.2. Fußbeschwerden im Hochleistungssport 6

II.2.1. Traumatisch 6

II.2.2. Akute Gelenks- und Fußverletzungen 6

II.2.3. Inversionsverletzungen 8

II.2.4. Überbelastung des Fußes 9

II.2.5. Fußfrakturen 9

II.2.6. Weitere Ursachen einer akuten Fußverletzung 10

II.3. Nicht-traumatisch 11

II.3.1. Stressfrakturen 11

II.3.2. Die Jones-Fraktur 13

II.3.3. Chronische Fuß- und Knöchelverletzungen 13

II.3.4. Apophysitis des Calcaneus = Servers-Krankheit 13

II.3.5. Apophysitis des fünften Metatarsalknochens = Iselin-Krankheit 14

II.3.6. Akzessorisches Os naviculare 14

II.3.7. Os trigonum 15

II.3.8. Entzündung der Sesambeine 15

II.3.9. Tarsal-Koalition 15

II.3.10. Osteochondrosis dissecans des Talus 16

II.3.11. Achillessehnenentzündung 16

II.4. Moderne Verfahren zur Beurteilung der Druckbelastung am Fuß 16

II.4.1. Pedobarographie 17

II.4.2. Weiterverarbeitung der Daten 18

II.4.3. Der Druck als Parameter 19

II.4.4. Die Zeit als Variable 20

II.4.5. Die Validität der Druckverteilungsmessung 20

II.5. Stellenwert der Pedobarographie 20

II.5.1. In der Sportmedizin 20

II.5.1.1. Prävention von Verletzungen im Sport 23

II.5.2. Einsatzmöglichkeiten der Pedobarographie in der Orthopädie 24

III. Die durchgeführte Studie 28 III.1. Material und Methoden 28

III.1.1. Einschlusskriterien 28

III.1.2. Die Probanden der Studie 28

III.1.3. Weitere für die Messung relevante Größen 28

III.2. Durchführung der pedobarographischen Messung 28

III.2.1. Die praktische Durchführung 31

IV. Auswertung 32 IV.1. Die statistische Auswertung 32

IV.2. Auswertung der Spitzendrücke und Kraftmaxima 32

IV.2.1. Auswertung der Spitzendrücke und Kraftmaxima im Lauf-

und Fußballschuh 34

IV.2.1.1. Auswertung der Spitzendrücke des nicht bevorzugten Fußes

im Lauf- und Fußballschuh 38

IV.2.1.2. Auswertung der Spitzendrücke des bevorzugten Fußes


IV.2.1.3. Auswertung der Kraftmaxima des nicht bevorzugten Fußes


IV.2.1.4. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten Fußes


IV.2.2. Auswertung der Spitzendrücke und Kraftmaxima

des bevorzugten und nicht bevorzugten Fußes im Laufschuh 41

IV.2.2.1. Auswertung der Spitzendrücke des bevorzugten

und nicht bevorzugten Fußes im Laufschuh 43

IV.2.2.2. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten

und nicht bevorzugten Fußes im Laufschuh 44

IV.2.3. Auswertung der Spitzendrücke und Kraftmaxima

des bevorzugten und nicht bevorzugten Fußes im Fußballschuh 45

IV.2.3.1. Auswertung der Spitzendrücke des bevorzugten und nicht

bevorzugten Fußes im Fußballschuh 47

IV.2.3.2. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten und

nicht bevorzugten Fußes im Fußballschuh 48

V. Ergebnisse 49 VI. Diskussion 50 VI.1. Mögliche Fehlerquellen bei Innensohlensystemen 50

VI.1.1. Hysterese 50

VI.1.2. Die korrekte Aufzeichnung 50

VI.1.3. Die dynamische Antwort 50

VI.1.4. Material 51

VI.1.5. Krümmungsartefakte 51

VI.1.6. Cross-talk 51

VI.1.7. Der abweichende Druck 52

VI.1.8. Die Größe der Sensoren 52

VI.1.9. Die Temperatur als Störfaktor 52

VI.2. Einflussgrößen auf den plantaren Spitzendruck 53

VI.3. Grundlagen der vorliegenden Studie 54

VI.4. Stellenwert der dynamischen Pedobarographie und

des gewählten Schuhes 55

VI.5. Die Wahl des Untergrundes 56

VII. Ausblick 58

VIII. Literaturverzeichnis 60 IX. Abkürzungsverzeichnis 68 X. Danksagung 69

1

I. Zusammenfassung I.1. Deutsche Zusammenfassung I.1.1. Hintergrund und Ziele Als Folge einer stark intensivierten Jugendarbeit sinkt das Durchschnittsalter im

heutigen Profifußball kontinuierlich. Im Rahmen dieser Entwicklung steigen

auch die Ansprüche an die Jugendmannschaften im Profifußball bezüglich Trai-

ningsfrequenz und -intensität. Über mögliche gesundheitliche Folgen dieser

gesteigerten physischen Belastung ist bislang wenig bekannt. Einen Aspekt der

körperlichen Belastung im Leistungsfußball stellt die Druckbelastung des Fußes

dar. Hierzu existieren bereits verschiedene Studien mit Erwachsenen, während

Messungen zur Fußdruckbelastung im Nachwuchsleistungsfußball bislang nicht

veröffentlicht sind. Ziel der vorliegenden Studie war es, mit Hilfe der dynami-

schen Pedobarographie die Spitzendruckbelastung des Fußes im Fußballschuh

und Turnschuh bei Nachwuchsleistungsfußballern zu bestimmen.

I.1.2. Methode In die Studie wurden 17 männliche Fußballer des U-17-Kaders eines Deutschen

Erstligavereins eingeschlossen (179 +/- 5 cm, 70 +/- 8 kg, Fußgröße 28 +/- 1

cm). Mit Hilfe des Pedar X Systems (Fa. Novel, München) wurden die plantaren

Spitzendrücke im vorhandenen Turnschuh sowie im vorhandenen Fußballschuh

von je 12 rechten und linken Schritten im gemäßigten Joggingtempo ermittelt

(3,3 m/s). Die Fußsohle wurde in neun anatomische Regionen unterteilt, die

statistische Auswertung erfolgte mittels Wilcoxon-Rangsummentest mit einem

Signifikanzniveau von p<0,05.

I.1.3. Ergebnisse und Beobachtungen Mit den vorliegenden Daten war keine statistisch signifikante Differenz der

Rückfußbelastung zwischen Laufschuh und Fußballschuh nachweisbar. Für die

Bereiche medialer Mittelfuß, lateraler Mittelfuß und Metatarsaleköpfchen I war

eine statistisch signifikante Erhöhung des plantaren Spitzendrucks im Fußball-

schuh gegenüber dem Laufschuh nachweisbar (p<0,001), die bis zu dem 1,5-

fachen der Werte im Turnschuh betrug. Für die Großzehe sowie für die Klein-

2

zehen war kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Messreihen

im Fußballschuh und Turnschuh nachweisbar. Für die Metatarsaleköpfchen II

und III sowie IV und V bestand für den bevorzugten Fuß kein statistisch signifi-

kanter Unterschied, jedoch für den nicht bevorzugten Fuß eine Druckzunahme

im Fußballschuh auf das 1,3-fache.

I.1.4. Praktische Schlussfolgerung Um eine bestmögliche Kontrolle des plantaren Spitzendruckes im Nachwuchs-

leistungsfußball zu erreichen, sollten alle Trainingseinheiten, wenn immer mög-

lich, im Laufschuh durchgeführt werden. Inwieweit eine vermehrte Spitzen-

druckbelastung im Fußballschuh eine klinische Relevanz besitzt, beispielsweise

durch eine erhöhte Gefahr von Verletzungen des Fußes (Ermüdungsbrüche),

kann in der vorliegenden Studie jedoch nicht geklärt werden. Die Seitendiffe-

renz zwischen beiden Füßen könnte Ausdruck einer asymmetrischen Fußbelas-

tung sein, deren Bedeutung mit dem Trainerstab der Mannschaft zu klären ist.

3

I.2. Abstract I.2.1. Background and Objectives

As a result of a highly intensified youth work, the average age in today's profes-

sional soccer is declining. As part of this trend the demands on the youth teams

in professional soccer training increase regarding frequency and intensity of

training. Very little is known about possible health consequences of this in-

creased physical stress. One important aspect of the physical exertion in com-

petitive soccer represents the pressure load of the foot. Several studies exist

already in adult, while the measurements of the pressure on the feet in youth

soccer have not yet been investigated. The aim of this study was to determine

by means of dynamic pedobarography the peak pressure load of the foot in

soccer shoes and running shoes with young professional trained soccer play-

ers.

I.1.2. Method

The study included 17 male players of the U-16 squad of a German Erste

Fußball Bundesliga club (179 + / - 5 cm, 70 + / - 8 kg, foot size 28 + / - 1 cm).

Using the Pedar X system (Novel(c), Munich), the peak plantar pressures in ex-

isting running and soccer shoes is measured in 12 steps at the right and left foot

at moderate jogging pace (3.3 m / s). The foot was divided into nine anatomical

regions, the statistical analysis was performed using Wilcoxon rank sum test

with a significance level of p <0.05.

I.1.3. Results

With the available data, no statistically significant difference between the hind-

foot running shoes and soccer shoes was detected. For the areas medial mid-

foot, lateral midfoot and metatarsal I, a statistically significant increase in peak

plantar pressure in the soccer shoes over the running shoes was detected (p

<0.001), which was up to 1.5 times the values of the running shoes. For the big

toe and the little toe no statistically significant difference between the measure-

ments in the soccer shoes and the running shoes was detectable. For the meta-

tarsal II and III and IV and V for the preferred foot, there was no statistically sig-

4

nificant difference, but the pressure in the non-preferred foot increases to 1.3

times in the soccer shoes.

I.1.4. Practical conclusions To achieve the best possible control of the peak plantar pressure in youth soc-

cer all workouts are, whenever possible, conducted with the running shoes. To

what extent an increased peak pressure load in the soccer shoes has a clinical

relevance, for example as an increased risk of injury to the foot (stress frac-

tures), can not be assessed in the present study. The side difference between

feet may reflect an asymmetric foot load, the implications on it has to be dis-

cussed with the coaching staff of the team.

5

II. Einleitung II.1. Die Anatomie des Fußes Der Fuß setzt sich aus 26 Knochen zusammen und wird anatomisch in Tarsus,

Metatarsus und Antetarsus eingeteilt. Funktionell können dem Fuß drei Stütz-

strahlen zugeordnet werden. Über diese Stützstrahlen geschieht die Lastüber-

tragung auf die drei Hauptauflagepunkte des Fußes im Stand. Der dorsale

Stützstrahl führt vom Talus zum Tuber calcanei. Der mediale Stützstrahl läuft

über den Taluskopf, die Ossa naviculare und cuneiforme mediale zum Os meta-

tarsale I. Der laterale Stützstrahl setzt sich vom Calcaneus aus über das Os

cuboideum zum Os metatarsi V fort. Die drei Hauptauflagepunkte (Tuber cal-

canei, Os metatarsi I und V) kommen aufgrund der Gewölbestruktur des Fußes

zustande. [5]

Es gibt ein Längs- und ein Quergewölbe. Beide Gewölbe werden sowohl passiv

von Bändern als auch aktiv von Muskeln des Unterschenkels und der kurzen

Fußmuskulatur gesichert. Das Längsgewölbe wird neben den kurzen plantaren

Bändern des Tarsus und Metatarsus v.a. durch das

- Ligamentum calcaneonaviculare plantare,

- Ligamentum plantare longum und die

- Aponeurosis plantaris

in seiner Form gehalten. Diese Bänder bilden eine 3-Etagen-Bandsicherung.

[5]

Folgende Muskeln unterstützen diese Verspannung:

- Mm. flexores digitorum und hallucis breves,

- M. flexor digitorum longus,

- M. flexor hallucis longus.

Das Quergewölbe, welches seine Form der speziellen Struktur der Ossa

cuneiforme intermedium und laterale verdankt, wird besonders durch das

- Ligamentum cuboideonaviculare plantare und das

- Ligamentum metatarsale transversum profundum

gehalten. Unterstützung liefern v.a. folgende Muskeln:

- M. fibularis longus,

- M. tibialis posterior und das

- Caput transversum des M. adductor hallucis.

6

Für die Beweglichkeit des Fußes im Verhältnis zum Unterschenkel ist speziell

das Sprunggelenk zuständig. Neben der Beweglichkeit liefert das Sprunggelenk

auch Stabilität. Diese ist notwendig, da hier das Körpergewicht von der Tibia auf

den Calcaneus übertragen wird. [5; 30]

Das Sprunggelenk wird unterteilt in einen oberen und einen unteren Anteil. Das

obere Sprunggelenk (OSG) ist ein Scharniergelenk und für Flexion und Exten-

sion zuständig. Es wird sowohl vom medialen als auch von den lateralen Kolla-

teralbändern gesichert. Das untere Sprunggelenk (USG) setzt sich aus zwei

Gelenken zusammen und ist morphologisch ein kombiniertes Zapfen-

Kugelgelenk, funktionell gesehen ein einachsiges Gelenk. Isolierte Bewegun-

gen im USG sind die Inversion und Eversion; Supination und Pronation ergeben

sich in der Bewegung des Vorfußes gegenüber dem Talus und dem Unter-

schenkel. Die funktionelle Bedeutung des USG liegt in der Verteilung der Kör-

perlast auf die drei Stützstrahlen. [5]

Weitere Gelenke des Fußes sind das Chopart-Gelenk, welches die Supination

des USG unterstützt und die kleinen Fußwurzelgelenke, welche nur einen ge-

ringeren Beitrag zur Supination und Pronation liefern, da sie Amphiarthrosen

sind. Ebenfalls Amphiarthrosen sind die Tarsometatarsal- und Intermetatarsal-

gelenke. Sie erlauben neben eingeschränkter Flexion und Extension auch Pro-

nation und Supination, welche durch Schiebe- und Rotationsbewegungen um

ihre eigene Längsachse zustande kommen. Funktionell zweiachsige Kugelge-

lenke sind die Metatarsophalangealgelenke. Die Interphalangealgelenke sind

Scharniergelenke. Diese sind für die Flexion und Extension, sowie für geringes

Abspreizen der Zehen zuständig. [5]

II.2. Fußbeschwerden im Hochleistungssport II.2.1. Traumatisch II.2.2. Akute Gelenks- und Fußverletzungen Akute Gelenks- und Fußverletzungen kommen besonders bei Athleten und jun-

gen, sportlich aktiven Menschen vor. Dabei zählen Bandtorsionen zu den häu-

figsten Verletzungen. Bänderverletzungen entstehen meist, wenn der Fußknö-

chel in Plantarflexion und in Inversion steht. Befindet sich der Fuß in einer sol-

7

chen Stellung, nimmt das Ligamentum talofibulare anterior eine vertikale Orien-

tierung ein und übernimmt die Aufgabe der Stabilisierung auf der lateralen Sei-

te. Wenn dieses Band allerdings verletzt ist oder versagt, ist das Ligamentum

calcaneofibulare der vollen Inversions-Belastung unterworfen. Durch die Ana-

tomie besteht ein vorhersagbares Verletzungsmuster. [1; 3]

Die Ligamente sind absteigend von vorne nach hinten durch Verletzungen ge-

fährdet. Daher ist es unwahrscheinlich das Ligamentum calcaneofibulare oder

das Ligamentum talofibulare posterior ohne das Ligamentum talofibulare anteri-

or zu verletzen. Verletzungen der medialen Bänder sind seltener, da durch

Knochenvorsprünge die Eversion limitiert ist. Diese Verletzungsarten gehen mit

Schmerz und Schwellung einher. Die Inversions-Verletzungen weisen meist die

Symptome über dem Ligamentum talofibulare anterior und dem Ligamentum

calcaneofibulare auf. Eine Knöchelverletzung braucht je nach Schwere der Ver-

letzung von einigen wenigen Tagen bis zu mehreren Wochen zur vollständigen

Heilung. Ca. zwei Wochen werden für den Rückgang der Schwellung und der

Schmerzen, weitere zwei Wochen für die Gelenkbeweglichkeit und Gelenkstär-

kung und ebenfalls weitere zwei Wochen für die Propriozeption und das Ausü-

ben funktioneller Aufgaben (Laufen, Springen) berechnet. [1]

An eine andere Diagnose, wie z.B. an eine Fraktur, sollte gedacht werden,

wenn der Schmerz und die Schwellung mehr medial oder mehr posterior auftre-

ten. Wenn ein Athlet über eine Inversionsverletzung berichtet, der Schmerz und

die Schmerzempfindlichkeit aber über dem posterolateralen Knöchel sitzen, so

sollte auch an eine Peroneus-Sehnen-Überlastung oder an eine Subluxation

dieser Sehne gedacht werden. [23]

Ein Athlet, der eine Verletzung aufgrund einer Dorsalextension mit oder ohne

Rotation aufweist, könnte die Membrana interossea verletzt haben [33] und/

oder eine Syndesmosenverletzung zur Folge haben. Die Membrana interossea

kann aber auch von distal nach proximal zerreißen und eine Maisonneuve-

Verletzung hervorrufen oder mit einer Fraktur der proximalen Fibula (Maison-

neuve-Fraktur) einhergehen. Sowohl die Syndesmosen- als auch die Maison-

neuve-Verletzung sind mit der Trennung der Tibia von der Fibula assoziiert und

haben einen instabilen Knöchel zur Folge. Diese Verletzungen sollten operativ

behandelt werden. [42; 33]

8

Dem gegenüber entstehen Knochenverletzungen, wenn sich der Fuß dorsalex-

tendiert und in Eversionsstellung befindet. Kleine Abrissfrakturen an der Spitze

des lateralen oder medialen Malleolus werden wie Bandtorsionen behandelt.

Frakturen, die intraartikulär oder die Epiphyse miteinbeziehen, sind von größe-

rer klinischer Bedeutung. Salter-Harris Typ I und II Frakturen der Fibula entste-

hen bei noch offenen Epiphysenfugen durch eine Inversionskraft. Schwäche

und Schwellung über der distalen Fibula sind die Folge. Bei solchen Verletzun-

gen ist das Tragen von Orthesen oft über Wochen erforderlich. Frakturen der

distalen Fibula kommen entweder durch direkte Traumen (Tritt, Stoß) oder indi-

rekt durch Verdrehen zustande. Bei Heranwachsenden kann es zudem zu Ver-

letzungen mit Beteiligung der Wachstumszone kommen. Dabei entstehen Sal-

ter-Harris Typ II Frakturen der Tibia durch eine Abduktion in Folge einer exter-

nen Rotationskraft. [41]

II.2.3. Inversionsverletzungen Eine Inversionsverletzung kann zu einer Kompression des Calcaneocuboid-

Gelenkes oder einer Mittelfußverletzung führen. Schmerzempfindlichkeit und

Schwellung über dem gesamten lateralen Teil des Mittelfußes und über dem

Calcaneocuboid-Gelenk sowie Schmerzen bei passiver Inversionsbewegung

sind Kennzeichen einer solchen Verletzung. Differentialdiagnostisch kommen

z.B. eine Peroneus-Sehnen-Überbelastung, eine Os metatarsale -V- Fraktur

und eine Fraktur des Os cuboideum in Frage. Eine Verletzung des zweiten Tar-

sometatarsal-Gelenkes ist auf eine Verletzung des Lisfranc-Gelenkes zurückzu-

führen. Kennzeichen hier sind Schmerzempfindlichkeit und Schwellung über

dem proximalen Teil des zweiten Metatarsalknochens sowie Schmerz bei pas-

siver Bewegung des Vorfußes. Verletzungen des ersten Metatarsophalangeal-

Gelenkes oder Zerrungen mehrerer Zehen können von einer kräftigen Plan-

tarflexion oder Dorsalextension der Großzehe ausgehen. Typische Symptome

sind Schmerz und Schwellung über dem ersten Metatarsophalangeal-Gelenk

sowie Schwierigkeiten beim Zehenbeugen und Schwierigkeiten beim Abrollen

und Abstoßen während des Gehens und Laufens. Außerdem besteht Schmerz-

empfinden über den Kollateralbändern und Schmerzempfinden bei passiven

Bewegungen in allen Ebenen. [49]

9

II.2.4. Überbelastung des Fußes Die muskuläre Unterstützung des Fußes setzt sich aus intrinsischen und extrin-

sischen Muskeln zusammen. Die kleinen intrinsischen Muskeln (Mm. interossei,

lumbricales, flexor/extensor digitorum brevis, flexor/extensor hallucis brevis,

abductor hallucis, peroneus tertius) sind selten Fokus einer isolierten Verlet-

zung. Die größeren extrinsischen Muskeln dagegen können häufiger verletzt

werden und verursachen in Folge einer Verletzung ein klinisch signifikantes De-

fizit. Der Flexor hallucis longus kann durch eine kraftvolle Kontraktion bei Dor-

salextension der Großzehe überlastet werden. Die Sehne kann in der Nähe der

Großzehe, des Fußgewölbes oder am medialen Fußknöchel versagen. Die Lo-

kalisation der Schmerzempfindlichkeit und der Schwellung kann zwischen die-

sen Stellen variieren. Der Schmerz tritt zudem mit der Flexion der Großzehe

auf. Balletttänzer und Turner stellen bezüglich dieser Verletzung eine Risiko-

gruppe dar. [50]

Die Sehne des M. tibialis posterior unterstützt neben dem medialen Teil des

Mittelfußes auch den Vorfuß mittels Adduktion. Die Sehne lagert sich dem me-

dialen Teil des Mittelfußes an, dorsalextendiert den Knöchel und abduziert den

Vorfuß. [50]

Verletzungen dieser beiden Sehnen rufen Überempfindlichkeit, Schmerz und

Schwäche hervor, vor allem bei aktiver Kontraktion des jeweiligen Muskels. [50]

II.2.5. Fußfrakturen Fußfrakturen werden in Rückfuß-, Mittelfuß- und Vorfußfrakturen untergliedert.

Bei einer Rückfußfraktur ist der Talus oder der Calcaneus betroffen. So ge-

nannte Talus-Hals-Frakturen oder Calcaneusfrakturen entstehen durch hohe

Stoß-Belastungen, wie sie bei einem Motorradunfall oder bei einer Landung mit

dem Fuß auf hartem Untergrund entstehen. Kennzeichen der Fraktur sind

Schwellung, Ekchymose, Schwierigkeiten bei Gewichtsbelastung und erhöhte

Empfindlichkeit des Knochens. Daher ist eine Immobilisation und Verordnung

von Gehhilfen notwendig. [52]

Bei einer Fraktur des Mittelfußes können das Os naviculare, cuboideum und die

Ossa cuneiforme betroffen sein. Eine Fraktur in diesem Bereich kommt z.B.

durch direkten Aufprall oder durch Verdrehung des Fußes zustande. Die Be-

schwerden ähneln den Beschwerden bei einer Rückfußfraktur. Beim gleichzeiti-

10

gen Auftreten einer Mittelfußfraktur mit einer Rückfußfraktur werden die Mittel-

fußknochen eher zusammengedrückt als getrennt oder verschoben. [52]

Frakturen des Vorfußes schließen Frakturen der Metatarsalknochen, Phalangen

und Sesambeine mit ein. Metatarsalknochen- und Phalangen-Frakturen sind die

am häufigsten vorkommenden Frakturen des Fußes. Proximale Frakturen des

fünften Metatarsalknochens kommen häufig durch Inversion zustande. Fraktu-

ren des fünften Metatarsalknochens können genauso wie Abrissfrakturen des

Ansatzes des kurzen Peroneus-Muskels mit einer Apophysitis des fünften Meta-

tarsalknochens oder der Iselin-Krankheit verwechselt werden. [52]

Frakturen am distalen oder mittleren Teil des fünften Metatarsalknochens wer-

den als Tänzerfrakturen bezeichnet. [50]

Frakturen der zweiten bis vierten Metatarsalknochen entstehen durch einen

direkten Schlag oder durch eine Verdrehung des Fußes. Ein Pressschlag beim

Fußball ist beispielsweise Auslöser für solch eine Verletzung. Eine isolierte

Fraktur eines Metatarsalknochens spricht dagegen für eine interne Genese des

Bruches. [52]

Frakturen des ersten Metatarsalknochens sind im Sport selten. Die Phalangen

können leicht brechen, besonders wenn beim Sport oder bei Belastung kein

adäquates Schuhwerk getragen wird. [52]

Sesambeinbrüche entstehen bei einem heftigen Aufprall eines Fremdkörpers

auf den Fuß (wie beispielsweise der Aufprall eines Balls) oder durch Landungen

auf dem Boden nach einem Sprung (wie beispielsweise beim Barren-Turnen).

Da Sesambeine aber oft zwei- oder dreigeteilt angelegt sind, kann nicht immer

sicher entschieden werden, ob eine Fraktur entstanden ist oder nicht. Bei Über-

empfindlichkeit und Schwellung in dieser Region und der dazugehörigen

Anamnese kann eine Immobilisation gerechtfertigt sein. [13]

II.2.6. Weitere Ursachen einer akuten Fußverletzung Andere Ursachen einer akuten Fußverletzung können Quetschungen oder Prel-

lungen sein. Diese gehen eventuell mit einem Knochenödem einher. Auch

Weichteilgewebeverletzungen wie Einrisse, Abrisse, akute Bursitis und Stich-

wunden sind akute Verletzungen. Einrisse, Blasen oder andere Wunden am

plantaren Fuß sind potentiell gefährlich, da sie das Risiko einer Infektion oder

11

Wundheilungsstörung in sich bergen, besonders bei weiter durchgeführter Be-

lastung. [64]

Zu den häufigsten Verletzungen im Bereich des Knöchels gehören neben

Bandverletzungen auch Knochenbrüche. Bei inadäquater Behandlung kommt

es zu irreversiblen Schädigungen oder zu solchen, die nur schwer therapiert

werden können. Folge sind anhaltende Schmerzzustände, chronische Schwel-

lung der umliegenden Weichteile, Instabilität und vorzeitige Arthrose. Bewe-

gungseinschränkungen sind die Folge. Durch indirekte Gewalteinwirkung, die

durch Abscherung, Drehung und Stauchung zustande kommt, entstehen v.a.

Supinations-Adduktions-Traumen, weniger Pronations-Abduktions-Traumen.

Die Traumen sind abhängig von der Stärke und Stoßrichtung. Distorsionen und

Zerreißungen führen zu lateralen und medialen Kollateralbandschäden, häufig

mit Knochenausriss. Frakturen entstehen am äußeren und/oder inneren Knö-

chel. Abscherungen findet man am Volkmann´schen Dreieck. Luxationslokalisa-

tion ist der Talus. Das Ligamentum tibiofibulare kann in seinem vorderen und

hinteren Anteil mit betroffen sein. Auf eine Mitbeteiligung muss geachtet wer-

den, da es den Zusammenhalt der Malleolengabel mit sichert. [30] II.3. Nicht traumatisch II.3.1. Stressfrakturen Stress- oder auch Ermüdungsfrakturen entstehen durch eine Knochenschwä-

chung, die sich aufgrund wiederholter Belastung entwickelt. Diese Belastung

kann durch Kompression oder Spannung auftreten. Stressfrakturen sind Über-

lastungsfrakturen. Sie unterscheiden sich von akuten Frakturen, da akute Frak-

turen im Gegensatz zu Stressfrakturen durch ein einmaliges Ereignis entstehen.

Die Epidemiologie wird durch folgenden Prozess beschrieben: Knochen verän-

dern sich ständig, indem neuer Knochen angelegt und alter Knochen resorbiert

wird. Dieser komplexe Prozess wird von regulatorischen Faktoren kontrolliert,

welche durch Hormone, Nahrungsfaktoren und mechanische Kräfte beeinflusst

werden. Wird eine Belastung zu hoch, kann der Gleichgewichtsprozess nicht

aufrechterhalten werden. Denn unter wiederholten Belastungen übertrifft die

Knochenresorption durch die Osteoklasten die Knochenerhaltung durch die Os-

teoblasten. Die Stressreaktion, welche dann im Knochen vonstattengeht, ist

12

gekennzeichnet durch ein Ödem mit nicht sichtbaren Frakturlinien. Eine solche

Stressreaktion kann bis zu einer kompletten Fraktur des Knochens führen.

Stressfrakturen sind häufig Verletzungen des jungen Athleten. An solch eine

Verletzung sollte daher gedacht werden, wenn ein junger Athlet über Knochen-

schmerzen oder Hinken klagt. [46]

Risikofaktoren für Stressfrakturen sind generell festgelegte Knochenanomalien,

weibliches Geschlecht, weiße Hautfarbe, geringes Körpergewicht, Oligomeno-

rrhoe, inadäquate Kalzium- und Kalorienzufuhr und gestörtes Essverhalten.

Auch Kinder, die in ihrer Geschichte zwei oder mehr akute Frakturen aufweisen,

haben ein höheres Risiko für eine geringere Knochendichte. [46; 47] Diese ge-

ringere Knochendichte ist wiederum ein Risikofaktor für weitere Frakturen,

Stressfrakturen mit eingeschlossen. Eine chronische Kortikoidtherapie, starke

Osteopenie im Kindesalter oder Osteogenesis imperfecta können schon bei

einfachen täglichen Aktivitäten zu Stressfrakturen führen. Auch biomechanische

Faktoren können dazu beitragen, Stressfrakturen zu entwickeln. Zu flaches o-

der zu hohes Fußgewölbe, vordere Beugung der Tibia, eine exzessive Lordose

der lumbalen Spinae und Beinlängendiskrepanz sind hier als intrinsische Fakto-

ren zu nennen. Extrinsische Faktoren, wie Fehler beim Training, tragen beson-

ders zu Stressfrakturen bei. Wenn sich Stressfrakturen im Training entwickeln,

so sind typischerweise Veränderungen in der Trainingsführung vorgenommen

worden. Solche Veränderungen können Starten in eine Saison ohne Vortraining

oder abruptes Verstärken der Trainingsintensität, der Dauer und der Frequenz

der Übungseinheiten sein. Aber auch schlechtes Schuhwerk kann zu Stress-

frakturen führen, da durch häufiges Benutzen Polsterungseigenschaften verlo-

ren gehen. [62]

Einen weiteren extrinsischen Faktor stellt der Untergrund dar. Harter Unter-

grund (wie z.B. Asphalt) provoziert eher Stressfrakturen als ein weicher Unter-

grund (wie z.B. Grasboden). [62]

Stressfrakturen treten am häufigsten in den langen Knochen der unteren Ex-

tremitäten auf. Besonders sind die Tibia, die Metatarsalknochen und die Fibula

betroffen. [3] Die Frakturen können ebenfalls im Femur, Os naviculare und den

Sesambeinen auftreten. Stressfrakturen kommen auch in der oberen Extremität

und an anderen Stellen des Körpers wie beispielsweise den Rippen vor. [15]

Die Marschfraktur ist ein typischer Überlastungsschaden und geht mit Schwel-

13

lung und Schmerz des Mittelfußes einher. Ein Ermüdungsbruch an dem zweiten

und/oder dritten Metatarsalknochen ist die Folge. [31]

II.3.2. Die Jones-Fraktur Die Jones-Fraktur ist eine Fraktur, die an der metaphysal-diaphysalen Verbin-

dung entsteht. Sie gehört ebenfalls zu den Stressfrakturen. Sie kann akut oder

durch repetitive Belastung entstehen. Eine verzögerte Heilung ist in dieser Re-

gion die Folge einer spärlichen Blutversorgung des Knochens. Fibrinoide Zu-

sammenschlüsse oder auch kein Zusammenschluss sind im fünften Metatarsal-

knochen häufiger als in den anderen Metatarsalknochen. Dies bedeutet, dass

eine kurze Immobilisation, beispielsweise durch das Anlegen eines Gipsver-

bandes, insuffizient für eine vollständige Knochenheilung ist. [2] Es wird mehr

Zeit für die Heilung benötigt. [47] Insbesondere bei Sportlern oder bei inadäqua-

ter Heilung sollte auch an einen chirurgischen Eingriff gedacht werden. [2]

II.3.3. Chronische Fuß- und Knöchelverletzungen Mit dem immer intensiver werdenden Sport, den junge Menschen betreiben,

steigen auch die Verletzungen durch Überbelastung. Fuß und Knöchel sind

Hauptbelastungspunkte der einwirkenden Stoß-Belastung. Meistens treten die

Verletzungen bei Steigerung der sportlichen Aktivität auf. Die Körperkapazität

reicht dann nicht aus, die immer wiederkehrende Belastung zu bewältigen. Ver-

letzungen, hervorgerufen durch Überbelastung, betreffen die Apophysen, Seh-

nen und Knochen. Aber es können genauso die Bursae, periphere Nerven und

plantare interdigitale Nerven sowie Arterien betroffen sein. [12]

Ein weiterer wichtiger Punkt, der berücksichtigt werden muss, ist die richtige

Auswahl der Schuhe. [22]

II.3.4. Apophysitis des Calcaneus = Servers-Krankheit Zu den am meisten auftretenden Überlastungsschäden zählt die Apophysitis

des Calcaneus. Symptom dieser Überbelastung ist der Fersenschmerz. Dieser

Schmerz kommt durch eine streckungsbedingte Stressreaktion im Bereich des

Ansatzes der Achillessehne und der Plantarfaszie an der Apophyse des Cal-

caneus zustande. Häufig tritt der Schmerz erstmalig nach sportlicher Betätigung

auf. Wenn das Problem weiterhin bestehen bleibt, äußert sich der Schmerz

14

auch während des Sports und kann letztendlich die sportliche Aktivität limitie-

ren. Humpeln oder ein veränderter Laufstil können die Folge sein. Die Sympto-

me verschwinden mit dem Pausieren des Sports, kehren aber schnell mit des-

sen Aufnahme wieder zurück. Bei Sportarten wie Basketball und Fußball kommt

das Krankheitsbild der calcanealen Apophysitis wegen hoher Stoßbelastungen

vor. Auch der Gebrauch von Stollenschuhen ist mit dem Auftreten dieser Apo-

physitis vergesellschaftet, da diese Schuhe generell keine Polsterung, keine

Unterstützung des Fußgewölbes oder keine Fersenerhöhung haben. Die Apo-

physe des Calcaneus tritt radiologisch im Alter zwischen acht und neun Jahren

auf und verschmilzt mit dem Hauptknochenkern im Alter zwischen zwölf und

fünfzehn Jahren. Während dieses Zeitabschnittes manifestiert sich die calcane-

ale Apophysitis. Das Krankheitsbild tritt wegen der Skelettreifung bei Jungen

später als bei Mädchen auf. Differentialdiagnostisch kommen Achillessehnen-

entzündung, Impingement des Os trigonum, Plantarfasciitis und eine Stressfrak-

tur des Calcaneus in Betracht. [12; 43]

II.3.5. Apophysitis des fünften Metatarsalknochens = Iselin-Krankheit Die Iselin-Krankheit ist eine weitere streckungsbedingte Apophysitis und kommt

ebenfalls bei jungen Athleten vor. Diese Apophysitis betrifft den Ansatz der kur-

zen Peronealsehne an der Basis des fünften Metatarsalknochens. Durch wie-

derholte Belastung des Peronealmuskels, durch beispielsweise seitliche Bewe-

gungen, entstehen hohe Stoßbelastungen. Schmerz ist die Folge. Symptome

der Iselin-Krankheit sind ein lateraler Fußschmerz und eine Empfindlichkeit, die

über der Basis des fünften Metatarsalknochens lokalisiert wird. Als Differential-

diagnose kommen Stressfrakturen des Os metatarsale V, Abrissfrakturen,

Jonesfraktur und ein Os peroneum in Frage. Allerdings entstehen Stressfraktu-

ren meist in einem höheren Lebensalter; Abrissfrakturen lassen sich durch die

Anamnese diagnostizieren. [43]

II.3.6. Akzessorisches Os naviculare Das akzessorische Os naviculare ist ein zusätzlicher Knochen zwischen Fuß

und Knöchel. Ein akzessorischer Knochen stellt eine normale Variation und ein

sekundäres Zentrum von Ossifikation dar. Ungefähr 22% aller Individuen im

Alter von 16 Jahren und jünger haben mindestens einen akzessorischen Kno-

15

chen. Diese Varianten sind meist asymptomatisch, können aber bei sportlicher

Aktivität Beschwerden hervorrufen. Medialer Fußschmerz, vor allem bei Stoß-

belastungen, kommt typischerweise bei einem symptomatisch gewordenen ak-

zessorischen Os naviculare vor. Mit dieser Variation ist oft ein Plattfuß verge-

sellschaftet. Daher ist bei diesen Menschen eine Unterstützung des Fußgewöl-

bes anzuraten, beispielsweise durch Orthesen. Differentialdiagnosen sind hier

Stressfrakturen, ein zweigeteiltes Os naviculare, Entzündung des M. tibialis

posterior, Plantarfasciitis und ein provozierter tiefer Peronealnervenschmerz.

[40]

II.3.7. Os trigonum Akute Schmerzen des hinteren Knöchels können bei Athleten ohne bekannte

Verletzung auf ein symptomatisches Os trigonum hinweisen. Das Os trigonum

ist ein zusätzlicher Knochen am hinteren Teil des Talus. Wiederholte oder for-

cierte Plantarflexionen beim Sport bewirken am häufigsten ein symptomati-

sches Os trigonum. Dieses ist oft bei Fußballspielern zu beobachten. Hinterer

Talushalsschmerz kann differentialdiagnostisch aber auch auf eine Tendinitis

der Sehne des M. flexor hallucis longus, des M. tibialis posterior und auf ein

Impingement des hinteren Talus ohne vorliegende Knochenpathologie hinwei-

sen. [56]

II.3.8. Entzündung der Sesambeine Wegen der Lokalisation der Sesambeine an der plantaren Fläche des Fußes

und der Mechanik der Großzehe kommen an den Sesambeinen Überlastungs-

verletzungen vor. Sportstollen mit Stresspunkten über den Sesambeinen und

barfuß ausgeübte sportliche Aktivitäten stellen Risikofaktoren für die Entste-

hung einer Entzündung der Sesambeine beziehungsweise deren umgebende

Weichteile dar. Betroffene Athleten klagen über Schmerzen, wenn ein Ball mit

Schlagkraft auf den Fuß trifft oder wenn der Ball weggeschossen wird. [57]

II.3.9. Tarsal-Koalition Unter einer Tarsal-Koalition versteht man eine Brückenbildung zwischen min-

destens zwei Tarsalknochen. Diese Verbindung besteht aus Knorpel, kann aber

auch verknöchern. Solche Verbindungen kommen bei drei bis fünf Prozent der

16

Bevölkerung vor. Die zwei häufigsten Koalitionen zwischen zwei Tarsalknochen

sind die zwischen dem Calcaneus und dem Os naviculare sowie die Verbin-

dung zwischen dem Talus und dem Calcaneus. Symptome, wie Mittelfuß-

und/oder Rückfußschmerzen, hervorgerufen durch eine solche Koalition, kön-

nen sofort oder über die Zeit hinweg entstehen. Eine Tarsal-Koalition wird im

Alter zwischen acht und sechzehn Jahren bemerkt, da in diesem Lebensab-

schnitt die Ossifikation beginnt und der Sport häufig intensiviert wird. Oft sind

schmerzvolle Einschränkungen der subtalaren Bewegung die Folge. [17]

II.3.10. Osteochondrosis dissecans des Talus Osteochondrale Läsionen an der Talusspitze können Schmerzen im Knöchel

des Erwachsenen hervorrufen. An eine Osteochondrosis dissecans sollte ge-

dacht werden, wenn ein Athlet in seiner Anamnese über Verstauchungen be-

richtet, die sich unter konservativer Therapie nicht verbessern. Auch bei Ge-

lenkschwellungen und Schmerzen ohne signifikante Verletzung muss eine Os-

teochondrosis dissecans in Betracht gezogen werden. Hier wird oft über eine

steigende Schmerzentwicklung und Instabilität bei sportlicher Betätigung berich-

tet. [51; 58]

II.3.11. Achillessehnenentzündung Bei einer Achillessehnenentzündung treten Schmerz, Brennen und/oder ein

Spannungsgefühl beim Laufen und Springen in der distalen Achillessehne auf.

Die Anamnese der Patienten mit einer Achillessehnenentzündung gleicht der

Anamnese der Patienten mit einer calcanealen Apophysitis. Meist sind aber

Patienten mit einer Achillessehnenentzündung älter und weisen zudem auch

fusionierte calcaneale Apophysen auf. Eine Überempfindlichkeit drei bis vier cm

oberhalb des Ansatzes der Achillessehne ist zu beobachten. Zusätzlich können

leichte Schwellungen und/oder Schmerz bei passiver Streckung der Wade ge-

gen einen Widerstand sowie Krepitation auftreten. [63]

II.4. Moderne Verfahren zur Beurteilung der Druckbelastung am Fuß Heute werden für die Erfassung und Beurteilung des Bewegungsablaufes und

für die Belastung des Fußes in der Dynamik sowohl die videogestützte Bewe-

17

gungsanalyse als auch die elektronische Druckverteilungsmessung verwendet.

[8]

II.4.1. Pedobarographie In der Pedobarographie kommen verschiedene Systeme zum Einsatz. Zum ei-

nen werden Messplattformen verwendet, die meist fest im Boden installiert sind.

Sie liefern Daten über die Belastung beim Gehen. [8]

Zum anderen gibt es zugeschnittene Messsohlen. Diese werden direkt in den

Schuh hineingelegt und liefern Daten über die Belastung des Fußes im Schuh.

Daher werden sie auch als Innenschuhsysteme bezeichnet. [8]

Bei allen Systemen der Druckmessung muss die Kraft, welche vom Fuß auf die

Messplatten beziehungsweise auf die Messsohlen projiziert wird, in elektrische

Signale umgewandelt werden. Die Anbieter solcher Messtechniken benutzen

unterschiedliche Methoden um die Daten zu erfassen. Ihnen allen gemeinsam

ist folgendes Prinzip:

An den Messflächen beziehungsweise an den Sensoren sind zwei elektroni-

sche Anschlüsse angebracht. Wenn Kraft auf die Sensoren ausgeübt wird, än-

dert sich der Strom, welcher durch diese fließt. Die Veränderung der Stromstär-

ke wird gemessen und in Beziehung zur Kraft gesetzt. [8]

Im Folgenden werden drei unterschiedliche Messtechniken vorgestellt:

Eine Möglichkeit besteht darin über piezoresistive Sensoren zu messen. Piezo-

quarze haben die Eigenschaft statisch aufgeladen zu sein. Ihre Ladung (+) und

(-) ist gewöhnlich gleichmäßig verteilt. Wirkt aber eine Kraft auf diese Piezo-

quarze, verschiebt sich die Ladung. Diese Ladungsverschiebung ist elektro-

nisch messbar und proportional zur Kraft. [8]

Eine andere Messmöglichkeit bieten resistiv arbeitende Sensoren. Dieses

Messprinzip arbeitet über zwei leitende Schichten, die über eine definierte Kon-

taktfläche miteinander verbunden sind. Wirkt eine Kraft ein, so vergrößert sich

die Kontaktfläche und der elektrische Widerstand minimiert sich. Bei diesem

System gibt es je nach Hersteller verschieden aufgebaute Sensoren und eine

unterschiedliche Anordnung der Sensoren in den Messplatten beziehungsweise

in den Messsohlen. [8]

Eine weitere Messmöglichkeit ist der Einsatz von kapazitiven Sensoren. Ein

solcher Kondensator besteht aus zwei elektrisch leitenden Platten. Zwischen

18

diesen Platten ist ein nichtleitendes Element, ein sogenanntes Dielektrikum ein-

gebaut. Das Dielektrikum trennt die beiden leitenden Platten voneinander. Wirkt

eine Kraft auf den Kondensator ein, verändert sich der Abstand der beiden lei-

tenden Platten zueinander. Durch die Veränderung des Abstandes verändert

sich ebenfalls der elektrische Widerstand. Die Veränderung des Widerstandes

wird über das System registriert und gemessen. [7; 8]

Da die beiden letztgenannten Messsysteme nicht linear arbeitende Sensoren

benutzen, müssen diese kalibriert werden. Dies geschieht über die Software

des Herstellers, die diese Kalibrierungsdaten der Sensoren bei der Auswertung

miteinbeziehen. [8]

II.4.2. Weiterverarbeitung der Daten Die erhobenen Daten führen zuerst zu einer zweidimensionalen Druckmatrix

der Einzeldruckbilder. Diese Einzeldruckbilder werden in eine chronologische

Reihenfolge gebracht und ergeben dann ein dreidimensionales Datengebilde.

Um aus dieser entstandenen Datenvielfalt die gewünschten Informationen zu

erhalten, werden die Datensätze in ihrer Komplexität und Menge reduziert. Die-

se Reduktion erfolgt folgendermaßen:

Mit Erstellung eines Maximaldruckbildes (= MPP = maximum pressure picture)

wird die zeitliche Dimension zusammengefasst. Die Maximaldruckbilder zeigen

in einem Druckverteilungsbild nur den Maximalwert jedes einzelnen Sensors

an. Zwar werden dadurch alle zeitlichen Komponenten der Einzelsensorsignale

eliminiert, doch können so alle Sensoren, die während der Messung belastet

worden sind, erkannt werden. Dadurch ist es möglich Fußsilhouetten oder Ähn-

liches zu definieren. [37]

Weiter bietet der Maximaldruck die Möglichkeit Bereiche/Subareale (so genann-

te Maskenfelder) zu bestimmen. Diese werden benutzt um einen Bezug zwi-

schen den Druckwerten und den anatomischen Regionen herstellen zu können.

Mit diesen reduzierten Daten solcher Masken wird weiter gearbeitet. Die Da-

tenmenge ist folglich komprimiert. Die Unterteilung liegt meist zwischen sieben

und zehn Masken pro Fuß. [37] Beispielsweise benutzt auch die Studie „New

insights into the plantar pressure correlates of walking speed using pedbaro-

graphic statistical parametric mapping (pSPM)” diese Maskenunterteilung. [54]

Jedoch ist die Segmentierung der Drucksignale in diesen Masken wenig stan-

19

dardisiert. Deshalb können je nach Hersteller unterschiedlich angeordnete

Segmente vorliegen. Bei der Barfußmessung ist die Identifikation der anatomi-

schen Regionen über die Druckverteilungsbilder möglich. In der „In der Schuh

Messung“ kommt es jedoch aufgrund der niedrigen räumlichen Auflösung und

der Weichbettung der Sensoren auf die Sohlenkonstruktion des Schuhes an,

damit die anatomischen Strukturen ausreichend beurteilt werden können. Des-

halb werden bei dieser Messmethode die Masken anhand von vordefinierten

prozentualen Anteilen der Fußdimension definiert. Die Identifikation der anato-

mischen Strukturen über die Druckwerte selbst wird hier also nicht benutzt. [37]

Sind die einzelnen Masken definiert und ist damit die Einzeldatenmenge redu-

ziert, werden einzelne Parameter berechnet. Dadurch vereinfacht sich der Um-

gang mit den Daten und deren Interpretation. Auch die Anwendung statistischer

Verfahren für wissenschaftliche Studien ist so gewährleistet. Ein klassischer

Parameter ist der Spitzendruck (Peak Pressure = PP). Der Spitzendruck ist der

Parameter, über den der maximal erreichte Druck in bestimmten anatomischen

Regionen beschrieben wird. [37]

Einen weiteren Parameter stellt die Kraft dar. Die Kraftmessgrößen errechnen

sich aus den plantaren Druckverteilungsdaten. Dabei werden die Größen nicht

für die einzelnen Sensoren angegeben sondern für ganze Sensorareale (eine

definierte Maske) berechnet. Die Berechnung erfolgt über die Aufsummierung

aller Einzeldruckwerte innerhalb der definierten Maske. Diese Summe wird

dann mit der Fläche der belasteten Sensoren multipliziert. Ergebnis ist der Pa-

rameter Kraft. Mit diesem Parameter lässt sich allerdings nur die absolute Be-

lastung des Areals und nicht die Beanspruchung des Fußgewölbes beschrei-

ben. [37]

II.4.3. Der Druck als Parameter Zur Charakterisierung der lokalen Gewebebeanspruchung werden die Druck-

werte genommen. Druck kann als die flächenbezogene Wirkung der Kraft an-

gesehen werden und stellt einen konkreten Bezugsrahmen (die Angriffsfläche)

für wirkende Kräfte dar. Dies bedeutet, dass keine weitere Normierung für indi-

viduelle Gegebenheiten des Fußes nötig ist und Druckwerte zwischen Individu-

en direkt verglichen werden können. [37]

20

Die gemessenen Drücke können als Maximaldruck (Maximalwert eines einzel-

nen Sensors, Peak Pressure) oder als Mitteldruck einer Zeitspanne oder als

Mitteldruck mehrerer Sensoren angegeben werden. [37]

Des Weiteren können auch Druckgradienten benutzt werden. Der Druckgradi-

ent beschreibt den Anstieg von Druckwerten bezogen auf eine gewisse Anzahl

und Anordnung von Sensoren. So können lokale Spitzendrücke aufgedeckt

werden. [44]

II.4.4. Die Zeit als Variable Das Abrollverhalten des Fußes kann ebenfalls über die Pedobarographie ana-

lysiert werden. So gibt es bereits Referenzdaten zur Analyse von Phasen des

Abrollvorgangs sowohl beim Gehen als auch beim Laufen. [9; 16]

Hierbei werden prozentuale Zeitpunkte der Bodenkontaktzeit berechnet. Auf-

grund dieser Berechnung kann ein Vergleich unterschiedlicher Bodenkontakt-

zeiten vorgenommen werden. Diese Art der Messung wird in Grundlagenstu-

dien wie zum Beispiel im Laufsport eingesetzt. [38]

II.4.5. Die Validität der Druckverteilungsmessung Nach Maiwald bestehen bei diesem Messverfahren keine Validitätsbedenken.

Sowohl Reliabilitäts- als auch Validitätsbedenken beschränken sich bei der

plantaren Druckmessung laut Maiwald eher auf die eingesetzten Messgrößen

als auf die Rohdaten. [39]

II.5. Stellenwert der Pedobarographie II.5.1. In der Sportmedizin In der Sportmedizin nimmt die Pedobarographie neben der Videoganganalyse

einen wichtigen Platz ein. Via Einlagenversorgung soll eine Optimierung der

Passform, eine gezielte Entlastung oder Unterstützung von erkrankten Struktu-

ren oder eine Kombination dieser Maßnahmen erreicht werden. [45] Die Pedo-

barographie liefert hierfür die Summe der Druckmaxima und damit eine Aussa-

ge über die Belastung.

Mündermann A. et al. zeigen in ihrer Studie „Development of a reliable method

to assess footwear comfort during running“ auf, dass bei individuell angepass-

21

ten und komfortablen Sporteinlagen die lokalen Druckspitzen reduziert, die

Kraftübertragung optimiert und der Formschluss zwischen Schuh und Fuß ver-

bessert werden. Das Resultat zeigt eine Reduktion der Verletzungsinzidenz.

[45]

Lohrer H. et al. machen auf die Einlagenversorgung unter anderem auch als

präventive Maßnahme bei Kaderathleten des deutschen Leichtathletikverban-

des aufmerksam. Laut Befragung litten 47% der Athleten innerhalb von drei

Jahren unter laufassoziierten Beschwerden und 23% der Befragten sind mit

Einlagen versorgt. [36] Lohrer relativiert die Aussagekraft dieser Prozentzahlen,

ist aber überzeugt, dass der Markt für Sporteinlagen, besonders im Laufbereich,

einen hohen Stellenwert besitzt. [35]

Die Studie “Comparison of plantar pressure distribution in adolescent runners at

low vs. high running velocity” hat die plantare Druckmessung im Vergleich zwi-

schen joggenden und sprintenden Probanden durchgeführt. Das Joggen und

Sprinten ist über das Tempo definiert. Unter Joggen wird in dieser Studie ein

Tempo im Durchschnitt von 11.2 +/- 0,9 km/h und unter dem Sprinten ein Tem-

po von 17,8 +/- 1,4 km/h verstanden. Dabei werden mittels dynamischer Pedo-

barographie verschiedene Parameter aufgezeichnet und zwischen den beiden

Laufarten verglichen. Es ist aufgefallen, dass beim Joggen die relative Last un-

ter den zentralen und medialen Vorfußregionen zunimmt und unter den Klein-

zehen abnimmt. Die Autoren dieser Studie sind daher zu dem Fazit gekommen,

dass exzessives Joggen in diesem Tempo bei Jugendlichen vermieden werden

sollte um einer Überlastung der Metatarsalknochen vorzubeugen. [19] Hier stellt

sich die Frage, warum genau diese Tempowerte ausgewählt worden sind und

ob daher diese Werte auch als Standard genommen werden können. Auch die

Frage, ab welchem Tempo die Bodenkontaktzeit, die beim Joggen länger als

beim Sprinten war, zu dem beschriebenen relativen Anstieg der Belastung im

medialen und zentralen Vorfuß führt, bleibt offen. Ebenso der Zeitpunkt, ab

wann das Sprinten zu der Belastung führt, die die Leiter der Studie veranlassen,

sich gegen ein exzessives Sprinten von jugendlichen Sportlern auszusprechen,

geht aus dieser Studie nicht hervor.

Die Studie „The effect of a long-distance run on plantar pressure distribution

during running“ von Willems und Kollegen befasst sich mit der Druckbelastung

des Fußes vor und nach einem Langstreckenlauf. Die Probanden müssen in

22

dieser Studie 20 km laufen. Sie wählen das Tempo selbst, müssen es aber

konstant halten. Vor dem Lauf werden Parameter (Spitzenkraft, etc.) mittels

Druckplatten erhoben und mit den Parametern nach dem Lauf verglichen. Da-

bei fällt auf, dass nach dem Laufen Erhöhungen der Belastung am Vorfuß, am

Mittelfuß und an der mittleren Ferse zu vermerken sind. Solche und ähnliche

Veränderungen konnten den verschieden Abrollphasen des Fußes zugeordnet

werden. Wegen der Abweichung der Drücke vor und nach dem Lauf weisen die

Autoren auf die zusätzliche Information hin, dass diese Veränderungen Hinwei-

se auf Verletzungen im Laufsport geben können. [67] Bei dieser Studie sind

Messplatten benutzt worden. Es stellt sich daher die Frage, ob es nicht besser

gewesen wäre, Innensohlensysteme zu verwenden, da das Laufen meist in

Schuhen stattfindet und die Druckveränderungen, die im Schuh auftreten, hier

vielleicht aussagekräftiger gewesen wären. Außerdem stellt sich die Frage, ob

das selbstgewählte Tempo bei einer Strecke von 20 km von allen Probanden

konstant durchgelaufen werden konnte. Zudem ist der Trainingszustand der

Probanden nicht angegeben. Der Trainingszustand kann eine wichtige Kompo-

nente bezüglich des zu erwartenden Ermüdungszustandes und dem daraus

resultierenden Druckbild darstellen.

Lampe et al. führten eine Studie durch, die mittels Videoanalyse und

plantarer Druckmessung via Bodendruckplatten Veränderungen nach sportli-

cher Aktivität am kindlichen und jugendlichen Fuß aufzeigt. Die Studie erfolgte

mit Kindern und Jugendlichen im Alter zwischen vier und 16 Jahren. Die Pro-

banden werden vor und nach der sportlichen Betätigung (Laufen) gemessen.

Dabei sind Unterschiede zwischen kindlichem und jugendlichem Fuß aufgefal-

len. Beim Kinderfuß sind die Drücke über den ganzen Fuß verteilt und es be-

steht nach der sportlichen Aktivität keine erkennbare systematische Druckerhö-

hung. Dies deutet laut Lampe et al. auf einen noch nicht ausgereiften Fuß hin.

Bei den Jugendlichen sind nach der sportlichen Aktivität eine erhöhte Belastung

des Mittelfußes und ein früherer Anstieg der Kraft im Vorfußbereich zu be-

obachten. Die Verfasser der Studie diskutieren daher eine mögliche langfristige

Schädigung des Fußes bei Jugendlichen, wenn eine derartige Belastung auf

den Fuß längerfristig ausgeübt wird. Aufgrund dessen sprechen sich die Auto-

ren der Studie für eine Vorabuntersuchung und eine sportbegleitende Kontrolle

bei leistungsorientiertem Sport aus. So können Fehlbelastungen früher erkannt

23

und die Sportler mit entsprechenden Schuhen oder auch mit Einlagen versorgt

werden. [32] Auch hier sind Bodenplatten benutzt worden und geben nur zu

zwei Zeitpunkten, und zwar vor und nach der sportlichen Aktivität, Auskunft

über die plantaren Drücke der Kinderfüße. Es können in dieser Studie keine

Aussagen über die Druckentwicklung während der sportlichen Aktivität gemacht

werden.

Einen weiteren Aspekt, bei dem die dynamische Pedobarographie in der

Sportmedizin zum Tragen kommen kann, beschreiben Williams et al. in ihrer

Studie „Clinical uses of in-shoe pressure analysis in podiatric sports medicine“.

Sie diskutieren den Nutzen von maßangefertigten Schuheinlagen bei Sportlern.

Da die Einlagenversorgung nicht immer einen positiven Nutzen hat und in eini-

gen Fällen auch zu Schmerz und Dysfunktion führen kann, haben die Autoren

der Studie die Funktion des Fußes vor und nach der Einlagenversorgung von

Athleten mittels dynamischer Pedobarographie analysiert. Sie berichten über

Fälle von Athleten, bei denen sie Pathologien ausfindig machen und erfolgreich

behandeln konnten. [68]

II.5.1.1. Prävention von Verletzungen im Sport Es wird postuliert, dass richtiges Schuhwerk beziehungsweise Einlagen zur

Prävention und zur Leistungssteigerung im Sport verhelfen sollen. Aktuell wer-

den zwei Konzepte verfolgt, um diesen Anforderungen gerecht zu werden:

1. Die individuell angeformte, komfortorientierte Sporteinlage

2. Stimulierende, sensomotorische Einlagen

Die individuelle Sporteinlage erhöht den Formschluss zwischen Fuß und Schuh.

Sie optimiert die Kraftübertragung und reduziert lokale Druckspitzen. Dadurch

lässt sich ein gesteigerter Laufkomfort bei geringerem Kraftverlust während der

Standphase beobachten. [66]

2002 beschreiben Mündermann et al. in der Studie „Development of a reliable

method to assess footwear comfort during running“ positive Effekte der

Sporteinlage bezüglich der Verletzungsinzidenz. [45]

Dagegen ist bei der stimulierenden, sensomotorischen Einlage noch keine wis-

senschaftliche Evidenz nachgewiesen worden. Diese Einlage soll die Leistungs-

reserven des Körpers mobilisieren und dadurch aktivere und dynamischere

Bewegungen ermöglichen. [66]

24

Bereits 2004 konnten Baur et al. eine Verbesserung der Schmerzsymptomatik

durch Einlagenversorgung bei Läufern in ihrer Studie „Die Effektivität einer Ein-

lagenversorgung bei klassischen Überlastungsbeschwerden im Laufsport“ auf-

zeigen. Allerdings macht sich der Effekt der Therapie erst nach ca. acht Wo-

chen ab Beginn der Einlagenversorgung bemerkbar. Dies korreliert mit den kli-

nischen Erfahrungen, dass Patienten eine längere Eingewöhnungsphase benö-

tigen. [6] Diese Studie ist mit Läufern durchgeführt worden. Interessant wäre es

zu sehen, ob eine Verbesserung der Schmerzsymptomatik via Einlagenversor-

gung auch bei Sportlern anderer Sportarten erzielt werden kann. Dabei sollte

immer bedacht werden, dass Schmerz stets ein subjektives Empfinden ist.

II.5.2. Einsatzmöglichkeiten der Pedobarographie in der Orthopädie In der Orthopädie nimmt die Pedobarographie einen hohen Stellenwert ein. Be-

reits 1997 konnte in der Studie „Reproducibility test on a children ´s insole for-

me asuring the dynamic plantar pressure distribution“ belegt werden, dass die

Innensohlensysteme bei Kindern genauso wie bei Erwachsenen angewandt

werden können. Laut dieser Studie sind genaue und reproduzierbare Messun-

gen auch bei Kindern möglich. Voraussetzung ist allerdings die Anpassung der

Sohlengröße mit der Anzahl der Sensoren. Daher kommen die Autoren zu fol-

gendem Ergebnis: Mit der richtigen Wahl der Sohle ist es dem Arzt möglich, die

Pedobarographie auch bei Kindern als therapeutisches oder rehabilitatives

Werkzeug einzusetzen. [20]

2011 ist die Studie „Insole-pressure distribution for normal children in different

age groups" mittels dynamischer Pedobarographie durchgeführt worden, wel-

che die Druckverteilung im Schuh von Kindern und Jugendlichen gemessen

hat, deren Alter zwischen 6 und 16 Jahren lag. Es wurden keine signifikanten

Unterschiede zwischen den eingeteilten Altersgruppen (1. Gruppe: 12 Jahre

und jünger, 2.Gruppe: 13 Jahre und älter) gefunden. Die erhobenen Daten bil-

den aber eine Grundlage, mit der pathologische pädiatrische Fehlstellungen

und dynamische Fußdeformitäten von anatomischen Fußdeformitäten unter-

schieden werden können. Der dazugehörige Evidenzgrad erreicht das Level II.

[34]

Die Frage, die sich bei dieser Studie stellt, ist, ob eine andere Alterseinteilung

oder mehrere Alterseinteilungen andere Ergebnisse hervorgebracht hätten.

25

Auch in der Längsschnittstudie „Preliminary normative values for foot loading

parameters of the developing child“ von Bosch et al. ist die dynamische Fußbe-

lastung bei 90 gesunden Kindern mittels plantarer Druckmessungen beobachtet

worden. Die Kinder dieser Studie waren zu Beginn dieser Studie im Durch-

schnitt 15 und am Ende der Studie 63 Monate alt. Es wurden sowohl dynami-

sche Werte als auch statische Werte erhoben. Ziel war es Veränderungen in

der Fußform aufzudecken. Dabei sind steigende und auch fallende Spitzendrü-

cke in den verschieden eingeteilten Regionen im Verlauf entdeckt worden. Auch

die Kontaktfläche des Fußes hat mit der Entwicklung des Kindes abgenommen.

Diese Daten sind in einer Datenbank etabliert und können für Vergleichszwecke

über die normale Entwicklung des Kinderfußes herangezogen werden. [10]

In der orthopädischen Schuhversorgung dient die Pedobarographie als Messin-

strument vor und nach der Versorgung. Resultate können gemessen und kon-

trolliert werden. Beispielsweise zeigte Waldecker 2012 auf, dass bei Diabetikern

mittels Pedobarographie erhöhte Drücke nachgewiesen werden. Hier dient die

Pedobarographie als Screening-Methode. Demnach ist es möglich ein Ulcera-

tionsrisiko aufzudecken und eine rechtzeitige Druckentlastung vorzunehmen.

[65]

Schmiegel A et al. zeigten 2008, dass bereits frühe Phasen der reaktiven Arthri-

tis am Fuß in der Pedobarographie spezifische Veränderungen aufweisen. So

können diese Veränderungen in der Pedobarographie vor Auftreten von klinisch

funktionellen Veränderungen auf eine Therapieoption aufmerksam machen. [59]

Die Studie „Assessment of plantar pressure in forefoot reliefshoes of different

designs“ weist mittels Pedobarographie die Bedeutsamkeit der Auswahl eines

Entlastungsschuhs nach rekonstruktiver chirurgischer Intervention nach. Es

wird hier besonders auf die Sicherheit bei unbeabsichtigter Belastung des Vor-

fußes geachtet. Für die Studie sind zehn gesunde Probanden rekrutiert worden,

die auf einem Laufband getestet wurden. Es wurden mittels Pedobarographie

ein Entlastungsschuh mit kurzer Ferse und kurzer Sohle gegen einen Entlas-

tungsschuh mit kurzer Ferse und kompletter Sohle getestet. Es hat sich her-

ausgestellt, dass der kurzsohlige Entlastungsschuh sowohl bei adäquater als

auch bei nicht adäquater Nutzung eine Entlastung bringt. Dagegen weist die

Nutzung eines komplett besohlten Entlastungsschuhs eine Reduktion der Be-

lastung unter dem Vor- und Mittelfuß bei adäquater Benutzung auf, bei inadä-

26

quater Benutzung steigen allerdings die Belastungsdrücke am Vorfuß, nicht

aber am Mittelfuß. Das Resultat dieser Studie lautet daher, dass kurzsohlig be-

sohlte Entlastungsschuhe bei inadäquater Belastung sicherer als komplett be-

sohlte Entlastungsschuhe sein können. Deswegen ist die Wahl des Entlas-

tungsschuhs nach einem operativen rekonstruktiven Vorfußeingriff sorgfältig

unter dem Aspekt der Gewichtsentlastung zu wählen. [11]

Diese Studie ist mit gesunden Probanden durchgeführt worden. Sie verhalten

sich eventuell anders als kranke Personen. Außerdem wurde die Studie auf

einem Laufband durchgeführt. Bei der Laufbandmessung ist das Gehen nicht

vergleichbar mit dem Gehen auf natürlichem Boden. Denn beim Laufband be-

wegt sich der Boden – im Gegensatz zu natürlichem Untergrund – unter den

Füßen des Probanden hinweg.

In der Studie „Foot loading with an ankle-foot orthosis: Accuracy of an in-

tegrated physical strain trainer" sind die plantaren Spitzendrücke beim Tragen

einer Orthese mit einem integrierten körperlichen Belastungstrainer auf ihre

Genauigkeit untersucht worden. Diese Orthese mit integriertem Belastungstrai-

ner ist in dieser Studie mit einer dynamischen Vakuumorthese kombiniert wor-

den. Sinn der Studie ist es, den Nutzen eines mechanischen Belastungstrainers

in Kombination mit einer dynamischen Vakuumorthese zur Überwachung von

Teilbelastungen zu untersuchen. Zum Vergleich sind der normale Gang der

Probanden und das Tragen einer Vakuumorthese ohne Feedback-System her-

angezogen worden. Die Hypothese der Studie ist, dass der Belastungstrainer

zur Überwachung der Fußbelastung in dynamischen Vakuumorthesen nützlich

ist. In dieser Studie ist auch die dynamische Pedobarographie eingesetzt wor-

den. Ergebnisse dieser Studie sind: Das Tragen einer Vakuumorthese mit der

Überwachung des Belastungstrainers reduziert die Belastung des Fußes signi-

fikant und bewirkt durch das Biofeedback-System eine höhere Compliance.

Weiter konnte festgestellt werden, dass die Entlastung, hervorgerufen durch

eine Vakuumorthese, vor allem auf dem Vor- und Rückfuß liegt. Außerdem im-

mobilisiert diese Orthese das Knöchelgelenk und kann als Alternative zu einer

Immobilisation durch einen Gipsverband angesehen werden. Zusätzlich könnte

die Vakuumorthese hilfreich bei Risikopatienten mit plantaren Ulzerationen sein.

Die Autoren dieser Studie bemerken selbstkritisch, dass die Aussagekraft

27

dadurch beeinträchtig sein könnte, dass sie gesunde Probanden und keine Pa-

tienten gewählt haben. [55]

In einer weiteren Studie korreliert nach Oto M et al. nach chirurgischer Behand-

lung des angeborenen Klumpfußes die Pedobarographie mit den radiologischen

Veränderungen. Die Verfasser dieser Studie geben daher der Pedobarographie

gegenüber der Radiologie den Vorzug, weil bei dieser Untersuchungsmethode

keine Strahlenbelastung auftritt. [53]

28

III. Die durchgeführte Studie III.1. Material und Methoden III.1.1. Einschlusskriterien Die Studienteilnehmer erfüllen alle die Voraussetzung zum Zeitpunkt der Erhe-

bung sowohl verletzungs- als auch beschwerdefrei zu sein. Außerdem sind alle

Probanden im Hochleistungssport Fußball tätig, haben das gleiche Trainingsni-

veau, sind von gleichem Jahrgang und von gleichem Geschlecht.

Des Weiteren sind die Teilnehmer genau über das Verfahren aufgeklärt worden

und ihr Einverständnis zur Teilnahme liegt vor.

III.1.2. Die Probanden der Studie Insgesamt wurden die Daten von 17 männlichen Probanden erhoben. Alle Teil-

nehmer sind von gleichem Jahrgang (1996), trainieren mindestens viermal pro

Woche, mindestens zwei Stunden lang und absolvieren das gleiche Trainings-

programm. Im Durchschnitt sind die Probanden 179,2 cm (+/- 5,4 cm) groß und

weisen ein Gewicht von 70,3 kg (+/- 8,3 kg) auf.

III.1.3. Weitere für die Messung relevante Größen

Für die Messung ist die Erhebung von Schuh- und Fußgröße ebenfalls relevant,

da so die passenden Messsohlen gewählt werden können. Die durchschnittli-

che Schuhgröße beträgt 43,19 (+/- 1,05) und die Fußgröße liegt bei durch-

schnittlich 28,18 cm (+/- 1,19 cm).

III.2. Durchführung der pedobarographischen Messung Die Durchführung wird mittels dynamischer Pedobarographie durchgeführt. Die

Daten werden über das System von Novel erhoben. Das Dielektrikum ist ein

High-Tech Elastomer. Dieses Elastomer wird eingesetzt, um die Zeit, bis die

Sensoren wieder aktiv sind, die sogenannte Hysterese, möglichst niedrig bzw.

kurz zu halten. Es funktioniert wie eine Feder, so dass die Sensoren nach Be-

lastung durch eine rückstellende Kraft repositioniert werden.

Die Sensoren zur Druckerfassung sind in einer Matrix angeordnet. Sender und

Empfänger sind überkreuzte Leitungsbahnen. Die Sender sind in horizontalen

29

und die Empfänger in vertikalen Bahnen angeordnet. Damit sind die Überkreu-

zungspunkte der Bahnen die Drucksensoren. [8] Jeder einzelne Sensor wird

kalibriert. Damit wird sichergestellt, dass aus diesem Sensorsignal direkt auf

den aufgebrachten Druck zurückgerechnet werden kann. Das Kalibrieren wird

mittels eines von Novel patentierten Eichgerätes durchgeführt. Das Eichgerät

besteht aus einer Druckluftmembran, die jeden Sensor mit demselben Druck

mit verschieden Stärken beaufschlagt. So wird eine individuelle Eichkurve für

jeden einzelnen Sensor erstellt und abgespeichert. Wird nun eine Messung

durchgeführt, wird für jeden Sensor dessen individuelle Eichkurve zur Berech-

nung des tatsächlich einwirkenden Drucks mit eingebracht. Dabei werden

Druckmessungen von +/- 5% des tatsächlichen Wertes erzielt. [8]

Die erfassten Daten werden via Bluetooth auf einen Laptop übertragen. Mittels

des Programms Novel Data Base werden die gemessenen Daten mit den Da-

ten der Probanden verknüpft.

Die Messschuhsohle beinhaltet 99 Sensoren pro cm2 à 50 Hz Bildfrequenz.

Über diese Sensoren werden die Kraftmaxima und die Spitzendrücke in kPa

gemessen.

Die Software fasst die Einzelmesswerte in Cluster-Elementen zu Regionen zu-

sammen. Der Fuß wurde dabei in folgende neun Regionen untergliedert:

- Rückfuß medial

- Rückfuß lateral

- Mittelfuß medial

- Mittelfuß lateral

- Metatarsaleköpfchen I

- Metatarsaleköpfchen II und III

- Metatarsaleköpfchen IV und V

- Großzehe

- Kleine Zehen.

30

Rückfuß lateral L 0%30% W 65%100%

Rückfuß medial L 0%30% W 0%65%

Mittelfuß lateral L 30%60% W 60%100%

Mittelfuß medial L 30%60% W 0%60%

Metatarsaleköpfchen I L 60% 80% W 0%33%

Metatarsaleköpfchen II-III L 60%80% W 33%67%

Metatarsaleköpfchen IV-V L 60%80% W 67%100%

Großzehe L 80%100% W 0%33%

Kleinzehen L 80%100% W33%100%

Graphik 1: Einteilung der Messsohle und die prozentualen Angaben: L ist der

Anteil in Bezug auf die Länge. W gibt den Bereich der Breite an.

Kleinzehen Groß-

zehe

Meta-

tarsale-

köpfchen

I

Meta-tarsale-köpf-chen II - III

Meta-

tarsale-

köpf-

chen

IV-V

Mittelfuß

medial

Mittelfuß lateral

Ferse medial

Ferse

lateral

31

III.2.1. Die praktische Durchführung Für die Durchführung der Messung werden den Probanden passende Messein-

lagen in die Schuhe gelegt, über die die Daten ermittelt werden. Die Teilnehmer

laufen anschließend mindestens 12 Schritte (mindestens 25 Meter). Diese Dis-

tanz wird unter Aufsicht in einem konstanten Tempo (3,3 m/s) auf Rasenfuß-

ballplatz sowohl in den Laufschuhen als auch in den Fußballschuhen der Pro-

banden zurückgelegt.

32

IV. Auswertung IV.1. Die statistische Auswertung Die statistische Auswertung erfolgte über das Graph Pad - Prism5 Programm.

Für die statistische Berechnung ist der Wilcoxon-Rangsummen-Test für gepaar-

te Objekte verwendet worden. Das Signifikanzniveau ist bei 0,5% festgesetzt.

IV.2. Auswertung der Spitzendrücke und Kraftmaxima

kPa Fuß Fußball-schuh

Laufschuh p-Wert %

Medialer Rückfuß

Bevorzugter 181 ± 56

(173)

184 ± 40

(181) 0,8176 96%

Nicht

bevorzugter

186 ± 65

(171)

173 ± 48

(170) 0,1698 101%

Lateraler Rückfuß


(161)

186 ± 45

(191) 0,6777 84%

Nicht

bevorzugter

217 ± 105

(215)

179 ±50

(176) 0,1324 122%

Medialer Mittelfuß


(174)

134 ± 24

(132) 0,0005 132%

Nicht

bevorzugter

171 ± 41

(175)

133 ± 25

(133) 0,0001 132%

Laterale Mittelfuß


(181)

149 ± 30

(145) 0,0011 125%

Nicht

bevorzugter

236 ± 99

(199)

156 ± 35

(154) 0,0002 129%

Metatarsale- I-Köpfchen


(374)

269 ± 67

(279)

<

0,0001 134%

Nicht

bevorzugter

348 ± 105

(357)

260 ± 81

(245) 0,0004 146%

33

kPa Fuß Fußball-schuh

Laufschuh p-Wert %

Metatarsale- II/III-

Köpfchen


(233)

217 ± 61

(204) 0,4307 114%

Nicht

bevorzugter

248 ± 53

(238)

216 ± 50

(206) 0,0038 115%

Metatarsale- IV/V-

Köpfchen


(219)

200 ± 49

(198) 0,1454 111%

Nicht

bevorzugter

277 ± 81

(275)

202 ± 45

(206) 0,0001 133%

Großzehe


(255)

248 ± 41

(243) 0,2435 105%

Nicht

bevorzugter

283 ± 65

(292)

258 ± 54

(243) 0,2069 120%

Zehen II-V Bevorzugter

190 ± 48

(181)

204 ± 61

(207) 0,3778 87%

Nicht

Bevorzugter

218 ± 95

(185)

206 ± 47

(204) 0,9265 91%

Tabelle 1: Übersichtstabelle zu den Ergebnissen der Spitzendrücke.

34

IV.2.1. Auswertung der Spitzendrücke und Kraftmaxima im Lauf- und Fuß- ballschuh

Graphik 2: Vergleich der Spitzendrücke und Kraftmaxima im Lauf- und

Fußballschuh je bevorzugter (rechts im Bild) und nicht bevorzugter Fuß (links

im Bild) gegeneinander.

35

Graphik 3: Statistische Auswertung der Spitzendrücke des nicht bevorzugten

Fußes im Lauf- und Fußballschuh.

36

Graphik 4: Statistische Auswertung der Spitzendrücke des bevorzugten Fußes

im Lauf- und Fußballschuh.

37

Graphik 5: Statistische Auswertung der Kraftmaxima des nicht bevorzugten

Fußes im Lauf- und Fußballschuh.

38

Graphik 6: Statistische Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten Fußes im

Lauf- und Fußballschuh.

IV.2.1.1. Auswertung der Spitzendrücke des nicht bevorzugten Fußes im Lauf- und Fußballschuh Beim Vergleich des Spitzendruckes zwischen dem nicht bevorzugten Fuß im

Laufschuh und dem nicht bevorzugten Fuß im Fußballschuh weisen die Regio-

nen des Metatarsaleköpfchen I (p<0,0004), der Metatarsaleköpfchen II-III

(p=0,0038) und der Metatarsaleköpfchen IV-V (p=0,0001) einen signifikanten

Unterschied auf. In den Regionen des medialen Mittelfußes (p=0,0001) und des

lateralen Mittelfußes (p=0,0002) sind ebenfalls signifikante Unterschiede fest-

zustellen.

39

Die Regionen der Großzehe (p=0,2069), der Kleinzehen (p=0.9265) und die

Regionen des medialen Rückfußes (p=0,1698) und des lateralen Rückfußes

(p=0,1324) unterscheiden sich nicht signifikant.

Die gemessenen Drücke betragen in den Laufschuhen am nicht bevorzugten

Fuß:

In der Region des medialen Rückfußes 173 kPa (± 48 kPa), in der Region des

lateralen Rückfußes 179 kPa (± 50 kPa), in der Region des medialen Mittelfu-

ßes 133 kPa (± 25 kPa), in der Region des lateralen Mittelfußes 156 kPa (± 35

kPa), in der Region des Metatarsaleköpfchen I 260 kPa (± 81 kPa), in der Regi-

on der Metatarsaleköpfchen II-III 216 kPa (± 50 kPa), in der Region der Meta-

tarsaleköpfchen IV-V 202 kPa (± 45 kPa), in der Region der Großzehe 258 kPa

(± 54 kPa) und in der Region der Kleinzehen 206 kPa (± 47 kPa).

Die gemessenen Drücke betragen in den Fußballschuhen am nicht bevorzugten

Fuß:




kPa), in der Region des Metatarsaleköpfchen I 348 kPa (± 105 kPa), in der Re-

gion der Metatarsaleköpfchen II-III 248 kPa (± 53 kPa), in der Region der Meta-



Dadurch ergeben sich prozentuale Mehrbelastungen am nicht bevorzugten Fuß

im Fußballschuh im Vergleich zu dem nicht bevorzugten Fuß im Laufschuh in

folgenden Regionen:

Region des medialen Rückfußes: 1%, Region des lateralen Rückfußes: 22%,

Region des medialen Mittelfußes: 32%, Region des lateralen Mittelfußes: 29%,

Region des Metatarsaleköpfchen I: 46%, Region der Metatarsaleköpfchen II-III:

15%, Region der Metatarsaleköpfchen IV-V: 33%, Region der Großzehe: 20%.

IV.2.1.2. Auswertung der Spitzendrücke des bevorzugten Fußes im Lauf- und Fußballschuh Beim Vergleich des Spitzendruckes zwischen dem bevorzugten Fuß im Lauf-

schuh und dem bevorzugten Fuß im Fußballschuh weisen die Regionen des

Metatarsaleköpfchen I (p<0,0001), des medialen Mittelfußes (p=0,0005) und

40

des lateralen Mittelfußes (p=0,0011) einen signifikanten Unterschied auf. In den

Regionen der Großzehe (p=0,2435), der Kleinzehen (p=0,3778), der Metatar-

saleköpfchen II-III (p=0,4307), der Metatarsaleköpfchen IV-V (p=0.1454), des

medialen Rückfußes (p=0,8176) und der Region des lateralen Rückfußes

(p=0,6777) ist kein signifikanter Unterschied festzustellen.

Die gemessenen Drücke betragen in den Laufschuhen am bevorzugten Fuß:








Die gemessenen Drücke betragen in den Fußballschuhen am bevorzugten Fuß:








Dadurch ergeben sich prozentuale Mehrbelastungen am bevorzugten Fuß im

Fußballschuh im Vergleich zu dem bevorzugten Fuß im Laufschuh in folgenden

Regionen:

Region des medialen Mittelfußes: 32%, Region des lateralen Mittelfußes: 25%,

Region des Metatarsaleköpfchen I: 34%, Region der Metatarsaleköpfchen II-III:

14%, Region der Metatarsaleköpfchen IV-V: 11%, Region der Großzehe: 5%.

IV.2.1.3. Auswertung der Kraftmaxima des nicht bevorzugten Fußes im Lauf- und Fußballschuh Beim Vergleich des Kraftmaximums zwischen dem nicht bevorzugten Fuß im

Laufschuh und dem nicht bevorzugten Fuß im Fußballschuh weisen die Regio-

nen der Großzehe und der Metatarsaleköpfchen IV-V einen signifikanten Unter-

schied auf. Die Regionen der Kleinzehen, Metatarsaleköpfchen I, Metatarsale-

41

köpfchen II-III, des medialen Mittelfußes, des lateralen Mittelfußes sowie die

Regionen der medialen Ferse und der lateralen Ferse unterscheiden sich nicht

signifikant.

IV.2.1.4. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten Fußes im Lauf- und Fußballschuh Beim Vergleich des Kraftmaximums zwischen dem bevorzugten Fuß im Lauf-

schuh und dem bevorzugten Fuß im Fußballschuh liegt in den Regionen der

Metatarsaleköpfchen I, Metatarsaleköpfchen IV-V, der medialen Ferse und der

lateralen Ferse ein signifikanter Unterschied vor.

Für die Regionen der Großzehe, der Metatarsaleköpfchen II-III, des medialen

Mittelfußes und des lateralen Mittelfußes ist kein signifikanter Unterschied ver-

zeichnet. IV.2.2. Auswertung der Spitzendrücke und Kraftmaxima des bevorzugten und nicht bevorzugten Fußes im Laufschuh

Graphik 7: Vergleich der Spitzendrücke und Kraftmaxima im Laufschuh je

bevorzugter (rechts im Bild) und nicht bevorzugter Fuß (links im Bild)

gegeneinander.

42

Graphik 8: Statistische Auswertung der Spitzendrücke im Laufschuh zwischen

dem bevorzugten und dem nicht bevorzugten Fuß.

43

Graphik 9: Statistische Auswertung der Kraftmaxima im Laufschuh zwischen

dem bevorzugten und dem nicht bevorzugten Fuß.

IV.2.2.1. Auswertung der Spitzendrücke des bevorzugten und nicht bevor-

zugten Fußes im Laufschuh

In allen gemessenen Regionen bezüglich des Spitzendruckes sind keine signifi-

kanten Unterschiede beim Vergleich zwischen dem bevorzugten und dem nicht

bevorzugten Fuß im Laufschuh festzustellen.

Die gemessenen Drücke betragen in den Laufschuhen am nicht bevorzugten

Fuß:



44






Die gemessenen Drücke betragen in den Laufschuhen am bevorzugten Fuß:








IV.2.2.2. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten und nicht bevorzugten Fußes im Laufschuh

Bei den Kraftmaxima tritt ein signifikanter Unterschied zwischen dem bevorzug-

ten und dem nicht bevorzugten Fuß im Laufschuh in der Region des medialen

Mittelfußes auf. In allen anderen Regionen ergibt sich kein Signifikanzunter-

schied.

45

IV.2.3. Auswertung der Spitzendrücke und Kraftmaxima des bevorzugten und nicht bevorzugten Fußes im Fußballschuh

Graphik 10: Vergleich der Spitzendrücke und Kraftmaxima im Fußballschuh je

bevorzugter (rechts im Bild) und nicht bevorzugter Fuß (links im Bild)

gegeneinander.

46

Graphik 11: Statistische Auswertung der Spitzendrücke des bevorzugten und

nicht bevorzugten Fußes im Fußballschuh.

47

Graphik 12: Statistische Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten und

nicht bevorzugten Fußes im Fußballschuh.

IV.2.3.1. Auswertung der Spitzendrücke des bevorzugten und nicht bevorzugten Fußes im Fußballschuh Im Spitzendruck unterscheidet sich zwischen dem bevorzugten und dem nicht

bevorzugten Fuß im Fußballschuh die Region der Metatarsaleköpfchen IV-V

signifikant. In allen weiteren Regionen sind keine signifikanten Unterschiede

aufgetreten.

Die gemessenen Drücke betragen in den Fußballschuhen am nicht bevorzugten

Fuß:

48








Die gemessenen Drücke betragen in den Fußballschuhen am bevorzugten Fuß:








IV.2.3.2. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten und nicht bevorzugten Fußes im Fußballschuh

Bei den Kraftmaxima ist ein signifikanter Unterschied zwischen dem bevorzug-

ten und dem nicht bevorzugten Fuß im Fußballschuh in der Region des Meta-

tarsaleköpfchen II-III festzustellen. Alle anderen Regionen weisen bezüglich des

Kraftmaximums keine signifikanten Unterschiede beim Vergleich zwischen dem

bevorzugten und dem nicht bevorzugten Fuß im Fußballschuh auf.

49

V. Ergebnisse

Als Ergebnis dieser Studie lassen sich folgende Aussagen treffen: Bei der Aus-

wertung der Fußballschuhe gegenüber den Laufschuhen weisen folgende Re-

gionen einen signifikanten Unterschied auf:

Beim Spitzendruck des nicht bevorzugten Fußes:

Metatarsaleköpfchen I, II-III, IV-V, Mittelfuß medial und lateral.

Beim Spitzendruck des bevorzugten Fußes: Metatarsaleköpfchen I, Mittelfuß

medial und lateral.

Beim Kraftmaximum des nicht bevorzugten Fußes: Großzehe und Metatarsale-

köpfchen IV-V.

Beim Kraftmaximum des bevorzugten Fußes: Metatarsaleköpfchen I, IV-V, Fer-

se medial und lateral.

Bei der Auswertung des Laufschuhs sind der nicht bevorzugte und der bevor-

zugte Fuß miteinander verglichen worden. Dabei treten bezüglich des Spitzen-

druckes keine signifikanten Unterschiede auf, bezüglich des Kraftmaximums tritt

in der Region Mittelfuß medial ein signifikanter Unterschied auf.

Bei der Auswertung des Fußballschuhs sind der nicht bevorzugte und der be-

vorzugte Fuß miteinander verglichen worden. Signifikante Unterschiede sind

beim Spitzendruck in der Region Metatarsaleköpfchen IV-V und beim Kraftma-

ximum in der Region Metatarsaleköpfchen II-III aufgetreten.

Weiterhin lässt sich feststellen, dass sowohl die Werte der Spitzendrücke wie

auch der Kraftmaxima in den definierten Regionen zwischen dem bevorzugten

und dem nicht bevorzugten Fuß different sind.

50

VI. Diskussion VI.1. Mögliche Fehlerquellen bei Innensohlensystemen VI.1.1. Hysterese Bei den Innensohlensystemen ist die Hysterese zu beachten. Diese ist die

Druckdifferenz, die vor und nach der Belastung der Sensoren vorliegt. Das

Problem der Hysterese betrifft vor allem die Innenschuhsysteme, da die Sohle

mit den Sensoren sowohl zu der Form des Fußes als auch zu der Form des

Schuhs passen muss. Diese Flexibilität wird über das verwendete Material er-

reicht. Zeitlich bedingte Veränderungen des Materials sind unvermeidbar. Da-

her müssen die meisten Innensohlensysteme nach einigen Messungen neu

justiert werden. [25]

Das in der Studie verwendete Innensohlensystem von Novel misst mittels eines

Dielektrikums. Dieses Dielektrikum besteht aus einem kompressiblen Schaum,

der eine definierte Rückstellkraft besitzt. Dadurch kehrt der Sensor bei Entlas-

tung schnell in seinen Ausgangszustand zurück und liefert wieder schnell das

gleiche Signal wie vor der Belastung. Aufgrund dieser Eigenschaft verspricht

das System eine geringe mechanische Hysterese. [48] Diese geringe Hysterese

ist gewünscht, da die Abweichungen der Messungen durch mechanische Hys-

terese so gering wie möglich gehalten werden.

VI.1.2. Die korrekte Aufzeichnung Ein ähnliches Problem wie bei der Hysterese ist die Tendenz von Sensoren

nach einer gewissen Zeitspanne konstante Drücke nicht mehr richtig aufzu-

zeichnen. Daher verwenden die meisten Systeme, wie auch das hier benutzte,

das Gewicht der Probanden, um den Sensor neu einzustellen und um eine Kor-

rektur der Abweichungen vorzunehmen. [26]

Dementsprechend ist dieses Problem durch die Wahl des Systems ausge-

klammert.

VI.1.3. Die dynamische Antwort Ein weiterer Kritikpunkt der Innensohlensysteme liegt in der dynamischen Ant-

wort. Diese beschreibt die Möglichkeit der Sensoren auf schnell wechselnde

51

Drücke zu reagieren. Das Reagieren auf schnell wechselnde Drücke ist in der

ursprünglichen Frequenz der Sensoren verankert. Diese Frequenz wiederum

sollte so hoch wie möglich sein, um ein Nachhallen zu vermeiden. [27]

VI.1.4. Material Weiter spielt das Material der Sensoren für die ursprüngliche Frequenz eine

Rolle, da phasenhafte Verlagerungen auftreten können, bei denen das Ergebnis

der Sensoren hinter der angewandten Kraft zurückbleibt. Da generell Metall-

und Keramiksensoren steifer als Polymersensoren sind, haben diese auch eine

höhere ursprüngliche Frequenz. [27]

Die gewählte Frequenz in der Studie beträgt 50 Hz. Dies bedeutet, dass 50 Bil-

der pro Sekunde übertragen werden. Die Messung mit 50 Hz ergibt ein sehr

umfassendes Bild der Lastverteilung unter dem Fuß [38] und ist aus diesem

Grund gewählt worden.

VI.1.5. Krümmungsartefakte Die Krümmungsartefakte sind ein weiterer Punkt, auf den geachtet werden soll-

te. In den Innensohlensystemen ist die Konstruktion der Sensoren sehr dünn,

damit diese mit der Kontur der Sohle übereinstimmen. Dies beinhaltet Vorteile

bezüglich der Validität, birgt aber die Gefahr, dass durch Biegung der Sensoren

Artefakte entstehen. [27]

Daher wird diese Studie von erfahrenen Untersuchern durchgeführt, um Krüm-

mungsartefakten vorzubeugen.

VI.1.6. Cross-talk Das mit dem englischen Wort betitelte „Cross-talk“ bedeutet, dass sich neben-

einander liegende Sensoren gegenseitig beeinflussen können. Die Beeinflus-

sung kann sowohl mechanisch aufgrund von Deformitäten der Sensoren als

auch elektrisch aufgrund der Hardware des verwendeten Systems bedingt sein.

Von diesem Aspekt sollen besonders die kapazitiven Systeme betroffen sein.

[27]

Bezüglich dieses Punktes wird bei der stets vor jeder Messung durchgeführten

Kontrolle der Sensoren darauf geachtet, dass alle Sensoren ordnungsgemäß

funktionieren und dass die Software alle Daten der Sensoren empfängt. Letzt-

52

endlich muss aber in punkto „Cross-talk“ auf die Korrektheit der Technik ver-

traut werden.

VI.1.7. Der abweichende Druck Der von der Achse abweichende Druck ist ebenfalls zu beachten. Folgendes ist

damit gemeint: Die Matrix eines Sensors ist so konstruiert, dass das Zentrum

des Sensors auf den einwirkenden Druck reagiert und diesen auch misst. Das

Problem liegt in der Realität, in der der einwirkende Druck nicht immer genau

auf das Zentrum eines jeden Sensors einwirkt. Der Druck kann auf den Rand-

bereich eines Sensors wirken und so zu Messungenauigkeiten am Sensor füh-

ren. Daher gilt folgendes Prinzip: je kleiner der Sensor, desto weniger empfäng-

lich ist er für Abweichungen von der Achse des tatsächlichen Druckes. [27]

Das verwendete System ist mit 16 mal 16 Sensoren ausgestattet. [48] Aller-

dings wird auch mit dieser Anzahl von Sensoren das Problem der Abweichung

von der Achse nicht gänzlich ausgeräumt.

VI.1.8. Die Größe der Sensoren Die Größe des Sensors an sich ist mit entscheidend. Es hat sich herausgestellt,

dass der optimale Sensordurchmesser für die Aufzeichnung des plantaren Dru-

ckes während des Gehens nicht kleiner als sechs Millimeter sein sollte. Bei

größeren Sensoren besteht zusätzlich zu dem oben genannten Punkt das Prob-

lem, dass der Spitzendruck besonders unter den Zehen unterschätzt wird. [27]

Es bleibt abzuwarten, inwieweit die aufgeführten Parameter die Messgenauig-

keit beeinflussen und wie groß die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen

Parametern sind.

VI.1.9. Die Temperatur als Störfaktor Die Temperatur kann deutliche Auswirkungen auf einige Sensoren haben. Vor

allem piezoelektrische Sensoren sind temperaturanfällig. [27]

Das in der Studie verwendete System von Novel gewährleistet aufgrund seines

Kondensatorprinzips eine hohe Unabhängigkeit der Messergebnisse von Tem-

peraturveränderungen. [48] Da es sich in dieser Studie um ein kapazitives und

kein piezoelektrisches System handelt, war dieser Aspekt für die Wahl des ver-

wendeten Innensohlensystems mit entscheidend.

53

VI.2. Einflussgrößen auf den plantaren Spitzendruck

Die Studie „The effect of walking speed on peak plantar pressure” untersucht

den Zusammenhang zwischen der Höhe des plantaren Spitzendruckes und der

Gehgeschwindigkeit. Die Probanden mussten sechs unterschiedliche Ge-

schwindigkeiten auf einem Laufband gehen. Die Drücke sind mittels dynami-

scher Pedobarographie erhoben und die Messsohle ist in fünf Areale eingeteilt

worden. Als Ergebnis dieser Studie lässt sich festhalten, dass in den Regionen

der Großzehe und der Ferse der Druck am höchsten ist, der linear mit der Geh-

geschwindigkeit ansteigt. Am zentralen und medialen Vorfuß steigt der Druck

mit zunehmender Geschwindigkeit, erreicht aber bei schnelleren Geschwindig-

keiten ein Plateau. Der Druck am lateralen Vorfuß weist den niedrigsten Druck

auf. Bei Erhöhung der Geschwindigkeit verringert sich der Druck in dieser Regi-

on. [60] Die Studie bedient sich zur Messung der Geschwindigkeit eines Laufbandes.

Wie z.B. Hong Y et al. in ihrer Studie „Comparison of plantar loads during

treadmill and overground running“ gezeigt haben, unterscheiden sich die ge-

messenen Drücke auf einem Laufband von denen eines natürlichen Untergrun-

des [21] und sind daher nicht miteinander vergleichbar. Dennoch bleibt die Aus-

sage bestehen, dass die Drücke sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit

verändern. Wie die Druckveränderungen auf natürlichem Untergrund aussehen,

bleibt in dieser Studie allerdings offen. Auch die Einteilung der Messsohle in nur

fünf Regionen ist zu hinterfragen. Eine Einteilung in beispielsweise neun Regio-

nen hätte eventuell exaktere Ergebnisse geliefert. Des Weiteren wurde in dieser

Studie nicht zwischen dem Geschlecht der Probanden differenziert.

Mit dieser Frage befasst sich die Studie „Gender and walking speed effects on

plantar pressure distribution for adults aged 20-60 years”. Diese Studie misst

mittels plantarer Druckmessung unterschiedliche Geschwindigkeiten ausge-

hend von einem selbstgewählten Tempo der Probanden. Die Messfläche ist in

sechs Areale eingeteilt. Das Ergebnis dieser Studie besagt, dass bei Männern

ein erhöhter Druck im Bereich der medialen Zehe und des Vorfußes herrscht

und eine größere Kontaktfläche im Bereich des zentralen Vorfußes und der

Ferse vorliegt. Bei Frauen ist ein größerer Kontaktbereich am Mittelfuß zu ver-

merken. Weiter hält die Studie fest, dass mit steigender Geschwindigkeit auch

der Druck bei den meisten Messungen ansteigt. Eine signifikante Interaktion

54

zwischen den Geschlechtern bezüglich der selbstgewählten bevorzugten Geh-

geschwindigkeit sei nicht festgestellt worden. [14] Laut dieser Studie gibt es

einen Unterschied zwischen dem Druck am Fuß von Mann und Frau. Das ge-

wählte Alter der Probanden variiert zwischen 30 und 60 Jahren. Daher kommt

die Frage auf, ob ein Altersunterscheid zwischen den einzelnen Probanden ei-

nen signifikanten Unterschied bei den Messungen ausmachen kann und ob

überhaupt eine Vergleichbarkeit gegeben ist. Daher wäre die Studie mit dem

Kriterium der Altersgleichheit eventuell aussagekräftiger gewesen. So würde

sich auch die Frage nach dem Durchschnittsalter der männlichen gegenüber

den weiblichen Probanden für die Vergleichbarkeit erübrigen.

VI.3. Grundlagen der vorliegenden Studie In dem Grundlagenwerk Clinical Gait Analysis Theory and Practice beschreibt

Kirtley grundlegende Abläufe des Laufvorganges am Fuß. Der Fersendruck

setzt sich durch die Geschwindigkeit beim Aufsetzen der Ferse, dem longitudi-

nalen Fußgewölbe, der Dicke der Ferse und dem Alter zusammen. Der Spit-

zendruck des Mittelfußes ist vor allem durch die Struktur des Fußgewölbes de-

finiert. Der Spitzendruck unter den Metatarsaleköpfchen kommt durch die Be-

weglichkeit des Talocruralgelenkes und der Aktivität des Gastrocnemius-

Muskels zustande. Der Druck unter der Großzehe hängt von der Beweglichkeit

des ersten Metatarsophalangealgelenkes ab. [28]

Weitere allgemeine Druckerhöhungen können auftreten, wenn folgende Verän-

derungen vorliegen: Atrophie, Hypertrophie, Verletzungen und Nekrosen. [28]

Auch die Geschwindigkeit beim Gehen beziehungsweise beim Laufen spielt

eine Rolle. Der plantare Druck ist in Abhängigkeit von der Gehgeschwindigkeit

erhöht. Dies betrifft vor allem die Region der Ferse, des ersten Metatarsalkno-

chens, des lateralen Vorfußes und der Großzehe. Der Druck fällt in Abhängig-

keit von der Geschwindigkeit unter dem lateralen Vorfuß und es besteht die

Tendenz, dass der Druck nach innen verschoben wird. [29]

Die Dicke der Ferse, das Fußgewölbe und die Beweglichkeit des Metatarsopha-

langealgelenkes sind bei dieser Studie nicht weiter untersucht und differenziert

worden. Der Parameter Geschwindigkeit ist in der Studie mit der Vorgabe „lo-

ckeres Laufen“ gegeben worden. Die Probanden haben eine ihnen angenehme

Geschwindigkeit gewählt (3,3 m/s). Der Parameter Alter kann in dieser Studie

55

nicht als Kritikpunkt gesehen werden, da die Probanden alle aus dem gleichen

Jahrgang stammen und so keine großen Altersunterschiede existieren. Weil der

Spitzendruck unter den Metatarsalknochen mitunter von der Beweglichkeit des

Talocruralgelenkes und der Aktivität des M. gastrocnemius abhängig ist, ist bei

der Erhebung der Probanden auf ein Trainingspensum von mindestens viermal

pro Woche im gleichen Verein geachtet worden. Es ist davon auszugehen, dass

die Muskulatur der Probanden ähnlich trainiert ist und daher keine großen Un-

terschiede diesbezüglich vorliegen.

Die allgemeinen Veränderungen, wie Verletzungen und Nekrosen, sind durch

die Einschlusskriterien Beschwerde- und Verletzungsfreiheit ausgeschlossen.

Auch die Frage der Beeinträchtigung bezüglich der Unterschiede im Geschlecht

kommt gar nicht erst auf – alle Probanden sind männlich.

VI.4. Stellenwert der dynamischen Pedobarographie und des gewählten Schuhes Bei der dynamischen Pedobarographie werden die Messsohlen direkt in den

Schuh platziert. Hierbei ist auf die exakte Messsohlengröße zu achten, so dass

keine veränderten Druckverhältnisse aufgrund von zu kleinen oder zu großen

Messsohlen entstehen. Daher sind bei der vorliegenden Studie sowohl die

Schuhgröße als auch die Fußgröße der Probanden erhoben worden. Diese

Größen sind in die Auswahl der korrekten Messsohlengröße für jeden einzelnen

Probanden mit eingeflossen.

Die Messsohle ist in neun Regionen eingeteilt. Diese neun Regionen sind in

Bezug zu den anatomischen Regionen gewählt worden. Die Einteilung in diese

Cluster-Elemente ist notwendig, um eine Interpretation der Ergebnisse in einem

sinnvollen Rahmen mit akzeptablem Aufwand durchführen zu können. [37]

Mit diesen Innensohlensystemen kann der Druck zwischen Fuß und Schuhsoh-

le gemessen werden. [24] Damit ist die Erhebung von Daten im Schuh gewähr-

leistet und die Probanden müssen nicht, wie bei Messplatten üblich, [24] barfuß

laufen. Dies bedeutet für diese hier durchgeführte Studie, dass die Probanden

in ihren eigenen Schuhen die Studie absolvieren können. Damit ist bezüglich

des Schuhwerks gewährleistet, dass keine Veränderungen und damit Verfäl-

schungen zustande kommen, da die gleichen Bedingungen wie beim alltägli-

chen Training der Probanden vorliegen. Da die Probanden sowohl einen Teil

56

ihres Trainings in Laufschuhen und einen Teil in Fußballschuhen absolvieren,

sind diese beiden Schuharten für diese Studie gewählt worden. Bei den Schu-

hen handelt es sich um Standardschuhe der aktuellen Generation (Addidas tor-

sion und Addidas F50).

Das Messsystem ist zudem komplett mobil. Die Probanden können sich voll-

kommen frei bewegen und sind beim Laufen nicht eingeschränkt. Dementspre-

chend ist in diesem Punkt einer Verfälschung der Messungen vorgebeugt.

Weiterhin besteht der Vorteil der dynamischen Pedobarographie in der Auf-

zeichnung vieler Schritte hintereinander. [24] Die Aufzeichnung ausreichend

vieler Schritte hintereinander ist von großer Wichtigkeit, um eine gültige Daten-

menge zu erhalten. Denn laut Literatur müssen mindestens zwölf Schritte ab-

solviert werden, um eine signifikante Messung zu erhalten. [4] Aufgrund dessen

ist in der Studie eine Strecke von ca. 25 Metern gewählt worden. Diese Distanz

gewährleistet, dass mindestens 12 Schritte von den Probanden gelaufen wer-

den.

VI.5. Die Wahl des Untergrundes (Fußball-) Rasen wurde als Untergrund gewählt, da dieser das Terrain ist, auf

dem die Belastung (das Training) stattfindet. Ziel war es, vergleichbare Bedin-

gungen wie beim üblichen Training der Probanden zu schaffen. Die Studie

„Gender differences in plantar loading during three soccer-specific tasks“ zeigt,

dass eine sportspezifische Untersuchung sinnvoll ist. Die Autoren dieser Studie

haben die auftretenden plantaren Drücke untersucht, welche bei seitlichen Be-

wegungen entstehen und für Fußballer typisch sind. [61] Allerdings ist bei der

Studie zu hinterfragen, wie genau die Bewegungen aussehen, beispielsweise

wie viele Schritte pro Erhebung der Bewegungen von den Probanden gefordert

und welche Bewegungen durchgeführt worden waren. Weiter ist bei einer seitli-

chen Bewegung davon auszugehen, dass der laterale Fuß mehr belastet wird

als der mediale. Dieses zu erwartende Ergebnis schränkt die Aussagekraft der

in der Studie gefundenen erhöhten Drücke ein. Die Studie ist nur bedingt realis-

tisch, da bei einem gängigen Fußballspiel der Spieler die meiste Zeit vorwärts

oder schräg anstatt -rein- seitlich läuft. Dennoch ist es sinnvoll eine sportspezi-

fische Untersuchung durchzuführen, um ähnliche Bedingungen wie bei den auf-

tretenden Belastungen zu schaffen. So werden keine Verfälschungen auf Grund

57

von veränderten Druckmessungen, wie die, die beispielsweise auf dem Lauf-

band entstehen, erzielt.

Hierzu erläutert eine Studie von Hong Y et al. die veränderten Druckmessungen

zwischen Rasen und Laufband. Die maximale plantare Druckverteilung und die

maximale plantare Kraft sind beim Laufband niedriger als die plantare Lastver-

teilung auf Rasen. Demnach sind die Messungen also nicht identisch. [21] In

dieser Studie wurden zwei völlig unterschiedliche Laufvorgänge miteinander

verglichen. Denn beim Laufen auf natürlichem Untergrund bewegt sich der Pro-

band, beim Laufen auf dem Laufband, bewegt sich der Boden unter dem Pro-

banden, während der Proband an sich statisch bleibt. Dementsprechend sind

diese beiden Laufvorgänge nicht vergleichbar. Dennoch kann durch diese Stu-

die festgehalten werden, dass unterschiedliche Drücke bei diesen unterschied-

lichen Laufarten entstehen. Dieses Problem wird mit dem Laufen auf natürli-

chem Boden vermieden.

Das physiologische Laufen ist damit in der hier vorliegenden Studie gewährleis-

tet.

Die Autoren der Studie „Comparison of in-shoe footloading patterns on natural

grass and synthetic turf” haben sich mit den unterschiedlichen Bodenbelägen

befasst und kommen ebenfalls zu dem Ergebnis, dass verschiedene Drücke auf

den unterschiedlichen Untergründen zustande kommen. [18]

Die Wahl des Untergrundes ist daher in dieser durchgeführten Studie aufgrund

der nahen sportspezifischen Bedingungen auf Fußballrasen gefallen.

58

VII. Ausblick Um diese Drücke und damit das Verletzungs- beziehungsweise Frakturrisiko zu

senken, ist es beispielsweise möglich beim Aufwärmen im Training anstelle der

Fußballschuhe die Laufschuhe zu tragen. Damit würde ein großer Teil der Be-

lastung gesenkt. Um die Drücke am Fuß zu optimieren sind orthopädische Ein-

lagen zu erwägen. Aus den oben aufgezeigten Messungen geht hervor, dass

diese Einlagen individuell an den nicht bevorzugten und individuell an den be-

vorzugten Fuß angepasst werden müssen. Die Anpassung an den bevorzugten

und nicht bevorzugten Fuß ist auch vom Schuhwerk abhängig. Gestützt auf un-

sere Messungen bedeutet dies, dass sowohl Einlagen für die Laufschuhe als

auch für die Fußballschuhe angefertigt werden sollten und dabei zwischen dem

bevorzugten und dem nicht bevorzugten Fuß unterschieden werden muss. Die

Einlagenanpassung sollte mittels dynamischer Pedobarographie erfolgen. Nach

der Anpassung sollten mittels der dynamischen Pedobarographie die Einlagen

auf ihre Passform und auf ihre Entlastungsfunktion kontrolliert werden, um Si-

cherheit bezüglich des Nutzens zu bekommen. Außerdem sollten die Messun-

gen nicht auf einem Laufband vollzogen werden, da das Messen auf natürli-

chem Untergrund dem physiologischen Bewegungsmuster entspricht und daher

der Laufbandmessung vorzuziehen ist. Um einen optimalen Vergleich zwischen

den einzelnen Messungen zu erzielen, sollte darauf geachtet werden, dass bei

den vorgenommenen Messungen stets der gleiche Untergrund vorliegt. Damit

adäquate Trainingsbedingungen und somit eine Vergleichbarkeit erreicht wer-

den, ist die Art des Bodens, auf dem trainiert und gespielt wird, anderen Bo-

denbelägen vorzuziehen.

Die Einsatzmöglichkeiten der Pedobarographie sind aus sportärztlicher und

trainingsmedizinischer Sicht noch lange nicht ausgereizt. So wäre die Durchfüh-

rung einer Longitudinalstudie der unterschiedlichen Altersgruppen von der U13

bis hin zu den Profis einer Fußballmannschaft zu erwägen. Hier könnten die

Belastungen in den unterschiedlichen Altersgruppen und Entwicklungsstadien

miteinander verglichen werden. Dementsprechend könnte je nach Ergebnislage

das Training entsprechend an das jeweilige Alter und die entsprechende Belas-

tungsfähigkeit angepasst und auch optimiert werden. So könnte auch bei-

spielsweise der Nutzen eines gezielten Muskeltrainings bezüglich der Druckbe-

lastungen am Fuß kontrolliert werden. Weiterhin dürfte sich die Frage stellen,

59

ob unterschiedliche Trainingsmethoden unter Berücksichtigung der Fußbelas-

tung angezeigt sind. Zusätzlich ist an die Versorgung präventiver Einlagen in

allen Altersgruppen zu denken.

Ebenfalls könnte zusammen mit den Fußballschuhherstellern eine Studie über

die Druckbelastungen am Fuß bei unterschiedlicher Anordnung der Stollen

durchgeführt werden, um gegebenenfalls eine noch bessere Lösung bezüglich

des Schuhwerks zu finden.

Auch bei anderen Sportarten könnten mittels der dynamischen Pedobarogra-

phie die unterschiedlichen Drücke in den diversen Sportschuhen untersucht

werden.

Eine Durchführung der gleichen Studie mit ausschließlich weiblichen Proban-

den wäre wünschenswert, damit über geschlechtsspezifische Unterschiede In-

formationen gewonnen werden können.

60

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68

IX. Abkürzungsverzeichnis

ca. circa

cm: Zentimeter

cm2: Quadratzentimeter

et al.: et alii

etc.: et cetera evtl.: eventuell

Hz: Hertz

J: ja

kg: Kilogramm

km: Kilometer

km/h: Kilometer pro Stunde

kPa: Kilopascal

lat.: lateral

M.: Muskulus

m: Meter

med.: medialer

MT: metatarsale

MH: Metatarsalknochen

Mm: Muskuli

MPP: maximum pressure picture

m/s: Meter pro Sekunde

N: nein

n.s.: nicht signifikant

OSG: oberes Sprunggelenk

PP: peak pressure

USG: unteres Sprunggelenk

U13: Unter 13 Jahren

U16: Unter 16 Jahren

v.a.: vor allem

vs.: versus

y: years

z.B.: zum Beispiel

69

X. Danksagung

Die Fertigstellung dieser Arbeit hat mir viel Freude bereitet und mein Interesse

für die Orthopädie und Sportmedizin intensiviert. Für die Hilfe und Unterstüt-

zung danke ich besonders:

Prof. Dr. med. B. Swoboda für die großzügige Bereitstellung der Räumlichkeiten

und erforderlichen Messinstrumente.

Priv.-Doz. Dr. med. H.-D. Carl für die Überlassung des interessanten Themas.

Seine klaren Vorgaben und konstruktive Kritik haben mir bei der Erstellung der

Dissertation sehr geholfen.

Priv.-Doz. Dr. med. M. Brem für die tatkräftige Unterstützung bei den Messun-

gen und der Auswahl der geeigneten Probanden.

Dr. med. J. Pauser, meinem unermüdlichen Betreuer, der mir mit viel Geduld,

Kompetenz und zahlreichen Anregungen stets geholfen hat sowie bei Schwie-

rigkeiten immer erreichbar war. Er hat maßgeblich zum Gelingen meiner Arbeit

beigetragen.

Dem Trainer der U17 für sein wissenschaftliches Interesse und die

hervorragende Zusammenarbeit.

Den jungen Fußballern für ihre gute und bereitwillige Kooperation.

vergleichende messung des plantaren spitzendrucks mittels ...¤finvonkellerdissertation.pdf · das...

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