Biomechanics & Sports Orthopedics
EDITORIAL

Biomechanik des Laufens – Implikationen für laufbedingte Verletzungen und zukünftige Forschungsfelder

Biomechanics of Running – Implications for Running-Related Injuries and Future Areas for Research

Laufen zählt seit vielen Jahren zu einer der beliebtesten praktizierten Sportarten weltweit. Aktuellen Schätzungen folgend laufen in Deutschland knapp 18 Millionen Menschen regelmäßig. Neben der Freude an Bewegung und der Natur geben die meisten Läufer eine Verbesserung der Fitness und Gesundheit als Motivation an. Auch die Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit steht für viele Läufer im Vordergrund und so werden kontinuierlich hohe Teilnehmer- und Finisherzahlen bei Laufveranstaltungen, wie beispielsweise den großen Stadt-Marathons in Berlin, Frankfurt und Hamburg verzeichnet.

Neben den zahlreichen und gut untersuchten Vorteilen des Laufens auf die allgemeine Gesundheit werden auch immer wieder hohe Raten von laufbedingten Verletzungen berichtet. Je nach untersuchter Population und Zeitraum variiert die Prävalenzrate zwischen 20 und 80% (20). Die häufigsten Diagnosen sind dabei das iliotibiale Bandsyndrom, Tendinopathien der Achillessehne und Plantarfaszie, patellofemorale Schmerzsyndrome sowie Stressfrakturen der Tibia und des Mittelfußes (17).

Die Ätiologie von laufbedingten Verletzungen ist multifaktoriell und Risikofaktoren lassen sich in modifizierbar und nicht-modifizierbar unterteilen (13). Neben guter Evidenz für einen hohen Laufumfang (>60km/Woche) und einer laufbedingte Verletzung in der Anamnese als eigenständige Risikofaktoren gibt es zahlreiche Untersuchungen zu anthropometrischen, anatomischen und trainingsbezogenen Parametern, die mit einer laufbedingten Verletzung im Zusammenhang stehen könnten (13). Biomechanische Parameter sind ebenfalls Bestandteil vieler wissenschaftlicher Untersuchungen, wobei die allgemeine Evidenz aktuell noch nicht ausreichend geklärt ist (3).

Fokus der biomechanischen Forschung: Der Laufschuh

Nicht zuletzt durch den ersten Marathon unter 2 Stunden der von Eliud Kipchoge unter laborähnlichen Bedingungen am 12. Oktober 2019 in Wien gelaufen wurde, steht der Laufschuhe im Fokus der biomechanischen Forschung. Neben der aktuellen Diskussion über die Vorteile durch Schuhe auf die Laufökonomie und -leistung (11, 12, 16), ist der Laufschuh auch zentral in der Debatte um laufbedingte Verletzungen. Obwohl seit den 70er Jahren zahlreiche Innovationen, wie z. B. neue Dämpfungssysteme oder Pronationselemente, auf den Markt gekommen sind, konnte keine Reduktion der Verletzungszahlen verzeichnet werden (20). Nigg et al. (2015) (20) propagieren daher einen Paradigmenwechsel weg von starker Dämpfung, korrigierenden Schuhelementen und pauschaler Einlagenversorgung hin zu einem „natürlichen“ und selbstgewählten Bewegungsmuster. Seit der Publikation über kenianische Barfuß-Läufer von Lieberman und Kollegen in der Fachzeitschrift „Nature“ (15) haben sich in den letzten 10 Jahren zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten mit dem Thema des (simuliertem) Barfußlaufens beschäftigt und mittlerweile gibt es viele Modelle verschiedener Hersteller auf dem Markt, die die Biomechanik des Barfußlaufens replizieren sollen (4, 6, 21). Ein Fokus der aktuellen Forschung in diesem Bereich betrifft das Potential veränderter Kinematik im oberen Sprunggelenk (Vorfußaufsatz) und eine reduzierte Kadenz mit assoziierten geringeren Bodenreaktionskräften (10, 24). Diese stehen seit Jahren im Verdacht, mit bestimmten Verletzungen in Zusammenhang zu stehen, auch wenn die aktuelle Evidenzlage noch nicht ausreichend ist (3, 5). Zukünftige Forschung in diesem Bereich muss sich mit den langfristigen Effekten eines (simulierten) Barfußlaufens beschäftigen und prospektive Studien sind notwendig (9).

Neue technische Innovationen: Inertialsensorik und künstliche Intelligenz

Aktuelle technische Entwicklungen im Bereich der Wearables (23) ermöglichen mittlerweile die Untersuchung biomechanischer Variablen auch außerhalb der Biomechanik-Labore, die sonst oft mit großem technischen und personellem Aufwand betrieben werden müssen. Hierbei können mit Hilfe von „Inertial Measurement Units (IMUs)“, die Beschleunigungs-, Drehraten- und magnetische Sensoren enthalten, beispielsweise kontinuierlich kinematische Daten während einer Trainingseinheit oder eines Wettkampfs gemessen werden (7, 8, 14). Außerdem können indirekt über die Beschleunigung der Tibia auch auftretende Kräfte abgeschätzt werden (14, 22). Die Forschung in diesem Bereich wird voraussichtlich in den kommenden Jahren deutlich zunehmen und muss sich aktuell noch einer ausreichender Validierung für die unterschiedlichen zu messende Parameter und Forschungsfragestellungen unterziehen (18). Insgesamt kann diesem Forschungsbereich aber ein großes Potential in der Anwendung insbesondere auch im Bereich der „Citizen Science“ zugesprochen werden, da mittlerweile viele Uhren und fast alle Smartphones mit einer IMU ausgestattet ist.

Einen weitereren Forschungsbereich mit hohem Potential bringen moderne Verfahren der „künstlichen Intelligenz“ und „Big data“ mit sich (2, 19). Hier ist insbesondere das maschinelle Lernen hervorzuheben, welches darauf abzielt, aus beliebigen Datensätzen Muster und Gesetzmäßigkeiten zu erkennen. Das maschinelle Lernen bringt dabei sowohl Möglichkeiten in der Verarbeitung großer biomechanischer Datensätze mit sich, als auch bei der Analyse der multifaktoriellen Genese von laufbedingten Verletzungen mit dem Ziel der Prädiktion dieser (1, 2). Die Prädiktion von Verletzungen ist eine sehr herausfordernde und wichtige Komponente in der Verletzungsprävention.

Bei der Bearbeitung dieser zukünftigen Forschungsbereiche sind wieder einmal die Interdisziplinarität der Sportmedizin gefragt und die Kooperation mit den Feldern der Sportwissenschaften, Physiotherapie, Orthopädie/Traumatologie, Biomechanik, Ingenieurswissenschaften, Informatik und Statistik unerlässlich.

Literatur

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  2. CASALS M, FINCH CF. Sports Biostatistician: a critical member ofall sports science and medicine teams for injury prevention. InjPrev. 2017; 23: 423-427.
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  3. CEYSSENS L, VANELDEREN R, BARTON C, MALLIARAS P, DINGENEN B. Biomechanical Risk Factors Associated with Running-RelatedInjuries: A Systematic Review. Sports Med. 2019; 49: 1095-1115.
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  6. ESCULIER JF, DUBOIS B, DIONNE CE, LEBLOND J, ROY JS. A consensusdefinition and rating scale for minimalist shoes. J Foot AnkleRes. 2015; 8: 42.
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  8. HOENIG T, ROLVIEN T, HOLLANDER K. Footstrike patterns in runners:concepts, classifications, techniques, and implications forrunning-related injuries. Dtsch Z Sportmed. 2020, 71: 54-54.
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    doi:10.1136/bjsports-2015-094924
PD Dr. Dr. Karsten Hollander
Department of Physical Medicine and
Rehabilitation, Spaulding National Running
Center, Harvard Medical School
1575 Cambridge St, Cambridge,
Massachusetts 02138, USA
kphollander@mgh.harvard.edu;
karsten.hollander@uni-hamburg.de