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Die Verbesserung der Performance von Läufern ist ein wichtiges Kriterium bei der Entwicklung von Laufschuhen. Die Biegesteifigkeit der Zwischensohle von Sportschuhen gilt hierbei als Schlüsselmerkmal [1] und könnte möglicherweise eine Erklärung für eine im Durchschnitt erhöhte Sprintleistung sein [2]. Die Biegesteifigkeit des Laufschuhs unterstützt bestenfalls den Sportler, um in unterschiedlichen Geschwindigkeiten und daraus resultierenden Steifigkeiten in den biologischen Strukturen eine optimale Performance zu erbringen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Methodik zur Berechnung der biologischen Biegesteifigkeit am Großzehengrundgelenk beim Tragen von Laufschuhen. Dazu wurden die Bodenreaktionskräfte, die Biegewinkel, die Biegemomente und die Kraftangriffspunkte zweier unterschiedlicher Messreihen berechnet. In der ersten Messreihe wurde ein Laufschuh, aufgezogen auf einen Silikonfuß an einer statischen Zug-Druck-Prüfmaschine getestet, um die Steifigkeit des Schuhs zu bestimmen. Die Ermittlung der dafür relevanten Parameter erfolgte mittels visueller Marker auf dem Laufschuh und einer im Prüfstand verbauten Kraftmessdose. Auf dem Prüfstand wurden Geschwindigkeiten von 50 mm/s, 200 mm/s, 350 mm/s, 500 mm/s, 650 mm/s, 800 mm/s, 950 mm/s und 1100 mm/s gemessen. Die Markererfassung erfolgte über eine 2D Videoanalyse einer Highspeed Kamera für die Aufnahme kinematischer Daten. In einer zweiten Messreihe wurden auf einem Laufband die Daten eines Läufers erfasst. Die kinematischen Daten wurden mit den reflektierenden Marker-Kugeln durch 12 Infrarotkameras erfasst. Die gemessenen Geschwindigkeiten eines Probanden auf dem Laufband betrugen im Gehen 0,5 m/s, 1 m/s, 1,5 m/s. Für das Laufen wurden 2 m/s, 2,5 m/s, 3 m/s, 3,5 m/s und 4 m/s getestet. Aufgenommen wurden die kinetischen Daten auf einem Laufband mit integrierten Kraftmessplatten. Zunächst wurde die passive Biegesteifigkeit anhand der am Prüfstand ermittelten Daten berechnet. Die biologische Steifigkeit ergab sich aus der Verrechnung von der am Laufband ermittelten Steifigkeit mit der passiven Biegesteifigkeit. Die Auswertung der gemessenen Daten zeigte einen Anstieg der Biegesteifigkeit und der Winkelgeschwindigkeit am Laufband mit Zunahme der Laufgeschwindigkeit für das Gehen und auch für die Versuche im Laufen. Bei hohen Geschwindigkeiten von 3,5 m/s und 4 m/s setzte sich dieser Trend nicht fort. Es wurde bei steigender Steifigkeit ein Abfall der Winkelgeschwindigkeit um 9,5 °/s von 3 m/s auf 3,5 m/s verzeichnet, gefolgt von einem anschließenden Anstieg auf 140 °/s bei 4 m/s. Die Paarung der Messungen an Prüfstand und Laufband erfolgt über die Winkelgeschwindigkeiten. Da der Prüfstand die eingestellte Geschwindigkeit nicht erreichte, waren auch die Winkelgeschwindigkeiten geringer und die Werte wurden nur exemplarisch für das Vorantreiben der Methodik genutzt. Die Methodik konnte erfolgreich für die biologische Biegesteifigkeit erstellt werden und das Ziel der Arbeit wurde erreicht. In Zukunft sollte der Prüfstand verbessert werden, um einen Vergleich mit der Literatur ziehen zu können.

Thema: An Arthrose im Kniegelenk, auch Gonarthrose genannt, leiden etwa 5 Millionen Menschen in Deutschland. Eine weit verbreitete Therapieform ist die Behandlung mit Orthesen zur Schmerzlinderung und Funktionsverbesserung. Diese haben das Ziel, den Vektor der Bodenreaktionskraft zu beeinflussen und das Knie zu entlasten. In der vorliegenden Studie geht es um die Validierung unterschiedlicher Soft Orthesen zur Behandlung von Gonarthrose. Hierbei wird die neue Orthese der Firma Sporlastic biomechanisch evaluiert, Ihre Usability bewertet und mit auf dem Markt befindlichen Produkten verglichen. Lösungswege: Es wurden 15 Probanden, mithilfe einer 3D Ganganalyse, auf verschiedene Gangparameter untersucht. Hierbei wurden dynamische Aufnahmen in vier Konditionen (ohne Orthese, Bauerfeind „GenuTrain OA“, Medi „Soft OA“, Sporlastic „Soft OA“) gemacht und miteinander verglichen. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf das Knieadduktionsmoment gelegt, da die Verschiebung des Kraftvektors in diesem Parameter sichtbar wird. Des Weiteren wurde über einen Fragebogen die Handhabung der Orthesen beim An- und Ausziehen, die Passform sowie das Stabilitätsgefühl abgefragt. Ergebnisse: Die Orthese GenuTrain OA von Bauerfeind zeigt, im Vergleich zur Basismessung ohne Orthese, eine Zunahme des 1st Peaks beim Knieadduktionsmoment um +11,6 %, die Orthese Soft OA von Medi zeigt eine Abnahme von 4,7 % und die Orthese Soft OA von Sporlastic zeigt eine Abnahme von 27,9 %. Die Auswertung des Fragebogens ergab für die Orthese von Sporlastic die Note 2,12; die Orthese von Bauerfeind erhielt die Note 2,6 und die Orthese von Medi die Note 2,43. Fazit: Allgemein lässt sich sagen, dass die neue Orthese von Sporlastic gute Ergebnisse im Vergleich zu auf dem Markt befindlichen Produkten liefert. Beim Knieadduktionsmoment zeigen sich positive Verbesserungen. Im Vergleich zu den anderen Orthesenreduziert die Orthese von Sporlastic diesen Parameter am stärksten. Auch bei den Fragen zu Usability schneidet die neue Orthese gut ab. Ausblick: Im Nachgang dieser Studie könnten noch weitere Parameter der Ganganalyse anschaut werden, um mögliche Auffälligkeiten an den Gelenken der unteren Extremität zu finden, welche eine Rolle bei der Erklärung der Ergebnisse spielen könnten. In zukünftigen Studien könnte eine längere Eingewöhnungszeit an die Orthesen eingeplant werden, um ein genaueres Bild der Usability der Orthese zu bekommen.

Repetitive und unphysiologische Bewegungsabläufe führen zu körperlichen Ermüdungsreaktionen bei manuellem Arbeiten mit Lasten am Arbeitsplatz. Die aus solchen Ermüdungszuständen entstehenden Fehlbelastungen können zu Erkrankungen des Muskel-Skelett-Apparates führen, die eine der häufigsten Gesundheitsrisiken für Arbeitnehmer in Deutschland darstellen. Das Exoskelett Cray X entlastet, als am Körper getragenes, aktives Unterstützungssystem, die Lendenwirbelsäule bei der Handhabung von Lasten. Die für die Regelung des Cray X notwendige Sensorik soll nun einen weiteren Verwendungszweck eröffnen, nämlich die Detektion des Erschöpfungszustandes des Trägers aus Bewegungsparametern. In dieser Arbeit wird die aktuelle Version dieser sog. Fatigue Detection auf ihre Fähigkeit zur Detektion eines, mit physiologischen Beanspruchungsparametern in Einklang stehenden, Erschöpfungslevels untersucht. Ein dafür konzipiertes Messprotokoll wird vorgestellt und die zugrundeliegenden wissenschaftlichen Thesen erläutert. In einem Laboraufbau wurden elf freiwillige Probanden durch eine repetitive Hebetätigkeit in stetiger Weise erschöpft. Dabei wurden die physiologischen Parameter Herzrate und Elektromyographie des M. erector spinae, sowie die Selbsteinschätzung des Ermüdungszustandes und die Erschöpfungsdetektion des Cray X über den Verlauf des Experiments erhoben. Mittels einer Frequenzanalyse der Elektromyographie soll die lokale Erschöpfung der Rückenmuskulatur abgebildet werden, während die globale Erschöpfung durch einen standardisierten Herzfrequenzwert nachvollzogen werden soll. Diese Parameter werden anschließend mit der Einschätzung der Fatigue Detection verglichen und die Übereinstimmung bewertet. Die Selbsteinschätzung dient zur Einordnung der objektiven Messergebnisse gegenüber der subjektiven Eigenwahrnehmung. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass die aktuelle Version der Fatigue Detection des Exoskeletts Cray X sowohl die lokale, als auch die globale Erschöpfung des Trägers systematisch unterschätzt. Die lokale Erschöpfung der rückenstreckenden Muskulatur wurde innerhalb der Stichprobe besser abgebildet, als die globale Erschöpfung. Die Einordnung lokaler Erschöpfung durch die Fatigue Detection zeigte weniger Abweichung vom Erschöpfungsparameter als die Selbsteinschätzung. Allerdings war die Eigenwahrnehmung der globalen Erschöpfung deutlich näher an den Werten der Herzfrequenz als die Zuordnung durch die Fatigue Detection. Die Fatigue Detection zeigt bei der Einordnung in differenzierte Erschöpfungszustände sowohl in Bezug zur lokalen, als auch zur globalen Erschöpfung deutliche Defizite.

Die Laufschuhpräferenz ist sehr komplex und durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Einflussfaktoren bestimmt. Ziel dieser Arbeit mit der konkrete Fragestellung “Warum präferieren Läufer:innen verschiedene Mittelsohlendämpfungen?” ist es, mehr über die Präferenz von Läufer:innen bezogen auf die Mittelsohlendämpfungseigenschaften von Laufschuhen herauszufinden und mögliche Trends oder Beziehungen zu identifizieren. Es werden die Hypothesen aufgestellt, dass Läufer:innen einen Schuh präferieren, weil sie mit diesem einen geringeren Energieverbrauch haben und dass Läufer:innen mit erhöhter taktiler Fußsensibilität Schuhe mit geringerer vertikaler Steifigkeit präferieren. Um diese Fragestellung zu beantworten und die Hypothesen zu untersuchen, werden submaximale Läufe von 20 Proband:innen mit Schuh-Prototypen (A, B, C), welche sich nur in ihren Mittelsohlendämpfungseigenschaften unterscheiden, auf einem instrumentierten Laufband unter einer gleichzeitigen spirometrischen Aufnahme, des aufgenommenen Sauerstoffvolumens und abgegebenen Kohelstoffdioxidvolumens, durchgeführt. Die Schuhe werden mit Bewertungsfragebögen nach der wahrgenommenen Stabilität, Dämpfung, Komfort, Laufgefühl und Ermüdung auf VAS-Skalen bewertet. Es werden die proband:innen-spezifischen Aspekte des Cost of Transport aus den Spirometriemessungen berechnet und die taktile Fußsensibilität nach dem Semmes-Weinstein-Monofilamenttest erhoben, welche in einen durchschnittlich erkannten Monofilament-Kraftwert pro Fuß verrechnet wird. Die Auswertung der Daten und Statistik erfolgt mit Excel Version 2405, MatLab 2023a und JASP Version 0.18.3.0. Mit Korrelationsuntersuchungen und linearen Regressionen der Differenzen des weniger gedämpften Schuh C minus des gedämpfteren Schuh A, dargestellt als 𝛥 𝐶 − 𝐴, sowie des durchschnittlich erkannten Monofilament-Kraftwerts werden die Einflüsse dieser Aspekte auf die gleichartig berechneten Differenzen 𝛥 𝐶 − 𝐴 der Bewertungen der Wahrnehmungsfaktoren analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass keine allgemeingültigen Aussagen der Mittelsohlenpräferenz von Läufer:innen aufgrund des Energieverbrauchs oder der taktilen Fußsensibilität, beruhend auf statistisch signifikanten Daten, getroffen werden können, jedoch mögliche Beziehungen und Trends existieren könnten.

Diese Arbeit untersucht die biomechanischen Unterschiede im Zusammenhang mit dem Countermovement Jump (CMJ) unter dem Einfluss von externem Fokus durch simulierte Kopfbälle aus zwei verschiedenen Einwurfpositionen (rechts und links vom Torpfosten). Der externe Fokus wird durch Extended Reality (XR) erzeugt. Das XR-Programm ist ein fußballspezifisches Szenario, in dem Kopfbälle aus zwei verschiedenen Positionen eingeworfen werden. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die 1. Hypothese, die untersuchte, ob sich biomechanische Parameter bei Einwürfen von unterschiedlichen Positionen signifikant unterscheiden, nicht bestätigt werden konnte. Die Analyse der Daten ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Einwurfpositionen rechts (EWR) und links (EWL), was darauf hinweist, dass die Richtung des Einwurfs keinen maßgeblichen Einfluss auf die biomechanischen Parameter hat. Diese Erkenntnis ist positiv für die Anwendung von RTS-Tests in XR-Umgebungen, weil der externe Fokus keinen signifikanten Einfluss auf das Bewegungsmuster hat und somit potenzielle Verzerrungen in den Testergebnissen minimiert werden können. Die 2. Hypothese, die die Beinsymmetrie mittels des Limb-Symmetrie-Index (LSI) untersuchte, zeigt teilweise signifikante Unterschiede. Die Analyse ergab signifikante Unterschiede bei drei Parametern, zwei aus der exzentrischen Absprungphase und einem aus der Landungsphase. Besonders in der exzentrischen Phase konnte eine Tendenz zur höheren Belastung des rechten Beins (meistens das dominante Bein) bei der EWR festgestellt werden. Diese Beobachtungen weisen auf eine mögliche asymmetrische Belastung hin, insbesondere bei Testpersonen, die tendenziell ihr dominantes Bein bevorzugen. Diese Unterschiede konnten jedoch nicht ausschließlich auf die Einwurfposition zurückgeführt werden. Die Limitationen der Studie umfassen unter anderem die zeitliche Dauer der Tests, die zu nachlassender Konzentration der Probanden und Probandinnen führen kann, sowie eine ungleiche Anzahl von Versuchen bei den Einwurfpositionen. Zukünftige Untersuchungen sollten auf eine gleichmäßige Verteilung der Versuche achten und könnten von der Untersuchung zusätzlicher Parameter, wie dem Knievalguswinkel und der Hüftflexion, profitieren. Diese Parameter sind besonders relevant für die Analyse von Verletzungsrisiken und könnten durch die Messungen zum Zeitpunkt der maximalen Auslenkung bei der Landung präziser bewertet werden. Zusammenfassend zeigt die Arbeit, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen den Einwurfpositionen für die meisten untersuchten Parameter gibt, jedoch interessante Tendenzen in der Beinsymmetrie bei der exzentrischen Phase aufgezeigt wurden. Zukünftige Studien sollten die zeitliche Entwicklung und weitere biomechanische Parameter, wie Knieflexion und Hüftflexion, sowie andere risikobehaftete Bewegungsmuster, wie abrupte Richtungswechsel und Landungen, detaillierter untersuchen.