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
im Lauf- und Fußballschuh 39
IV.2.1.3. Auswertung der Kraftmaxima des nicht bevorzugten Fußes
im Lauf- und Fußballschuh 40
IV.2.1.4. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten Fußes
im Lauf- und Fußballschuh 41
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
Bevorzugter 175 ± 58
(161)
186 ± 45
(191) 0,6777 84%
Nicht
bevorzugter
217 ± 105
(215)
179 ±50
(176) 0,1324 122%
Medialer Mittelfuß
Bevorzugter 187 ± 80
(174)
134 ± 24
(132) 0,0005 132%
Nicht
bevorzugter
171 ± 41
(175)
133 ± 25
(133) 0,0001 132%
Laterale Mittelfuß
Bevorzugter 200 ± 55
(181)
149 ± 30
(145) 0,0011 125%
Nicht
bevorzugter
236 ± 99
(199)
156 ± 35
(154) 0,0002 129%
Metatarsale- I-Köpfchen
Bevorzugter 366 ± 118
(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
Bevorzugter 230 ± 57
(233)
217 ± 61
(204) 0,4307 114%
Nicht
bevorzugter
248 ± 53
(238)
216 ± 50
(206) 0,0038 115%
Metatarsale- IV/V-
Köpfchen
Bevorzugter 223 ± 54
(219)
200 ± 49
(198) 0,1454 111%
Nicht
bevorzugter
277 ± 81
(275)
202 ± 45
(206) 0,0001 133%
Großzehe
Bevorzugter 263 ± 61
(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:
In der Region des medialen Rückfußes 186 kPa (± 65 kPa), in der Region des
lateralen Rückfußes 217 kPa (± 105 kPa), in der Region des medialen Mittelfu-
ßes 171 kPa (± 41 kPa), in der Region des lateralen Mittelfußes 236 kPa (± 99
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-
tarsaleköpfchen IV-V 277 kPa (± 81 kPa), in der Region der Großzehe 283 kPa
(± 65 kPa) und in der Region der Kleinzehen 218 kPa (± 95 kPa).
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:
In der Region des medialen Rückfußes 184 kPa (± 40 kPa), in der Region des
lateralen Rückfußes 186 kPa (± 45 kPa), in der Region des medialen Mittelfu-
ßes 134 kPa (± 24 kPa), in der Region des lateralen Mittelfußes 149 kPa (± 30
kPa), in der Region des Metatarsaleköpfchen I 269 kPa (± 67 kPa), in der Regi-
on der Metatarsaleköpfchen II-III 217 kPa (± 61 kPa), in der Region der Meta-
tarsaleköpfchen IV-V 200 kPa (± 49 kPa), in der Region der Großzehe 248 kPa
(± 41 kPa) und in der Region der Kleinzehen 204 kPa (± 61 kPa).
Die gemessenen Drücke betragen in den Fußballschuhen am bevorzugten Fuß:
In der Region des medialen Rückfußes 181 kPa (± 56 kPa), in der Region des
lateralen Rückfußes 175 kPa (± 58 kPa), in der Region des medialen Mittelfu-
ßes 187 kPa (± 80 kPa), in der Region des lateralen Mittelfußes 200 kPa (± 55
kPa), in der Region des Metatarsaleköpfchen I 366 kPa (± 118 kPa), in der Re-
gion der Metatarsaleköpfchen II-III 230 kPa (± 57 kPa), in der Region der Meta-
tarsaleköpfchen IV-V 223 kPa (± 54 kPa), in der Region der Großzehe 263 kPa
(± 61 kPa) und in der Region der Kleinzehen 190 kPa (± 48 kPa).
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:
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-
44
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 Laufschuhen am bevorzugten Fuß:
In der Region des medialen Rückfußes 184 kPa (± 40 kPa), in der Region des
lateralen Rückfußes 186 kPa (± 45 kPa), in der Region des medialen Mittelfu-
ßes 134 kPa (± 24 kPa), in der Region des lateralen Mittelfußes 149 kPa (± 30
kPa), in der Region des Metatarsaleköpfchen I 269 kPa (± 67 kPa), in der Regi-
on der Metatarsaleköpfchen II-III 217 kPa (± 61 kPa), in der Region der Meta-
tarsaleköpfchen IV-V 200 kPa (± 49 kPa), in der Region der Großzehe 248 kPa
(± 41 kPa) und in der Region der Kleinzehen 204 kPa (± 61 kPa).
IV.2.2.2. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten und nicht bevor- zugten 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 bevor- zugten 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
In der Region des medialen Rückfußes 186 kPa (± 65 kPa), in der Region des
lateralen Rückfußes 217 kPa (± 105 kPa), in der Region des medialen Mittelfu-
ßes 171 kPa (± 41 kPa), in der Region des lateralen Mittelfußes 236 kPa (± 99
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-
tarsaleköpfchen IV-V 277 kPa (± 81 kPa), in der Region der Großzehe 283 kPa
(± 65 kPa) und in der Region der Kleinzehen 218 kPa (± 95 kPa).
Die gemessenen Drücke betragen in den Fußballschuhen am bevorzugten Fuß:
In der Region des medialen Rückfußes 181 kPa (± 56 kPa), in der Region des
lateralen Rückfußes 175 kPa (± 58 kPa), in der Region des medialen Mittelfu-
ßes 187 kPa (± 80 kPa), in der Region des lateralen Mittelfußes 200 kPa (± 55
kPa), in der Region des Metatarsaleköpfchen I 366 kPa (± 118 kPa), in der Re-
gion der Metatarsaleköpfchen II-III 230 kPa (± 57 kPa), in der Region der Meta-
tarsaleköpfchen IV-V 223 kPa (± 54 kPa), in der Region der Großzehe 263 kPa
(± 61 kPa) und in der Region der Kleinzehen 190 kPa (± 48 kPa).
IV.2.3.2. Auswertung der Kraftmaxima des bevorzugten und nicht bevor- zugten 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.