Biomechanische Analyse des Einflusses des Fußballschuh-Stollendesigns auf die Belastungen im vorderen Kreuzband

  • Verletzungen des vorderen Kreuzbands (vKB) ohne aktive Einwirkung eines Gegenspielers sind ein großes Problem im Fußball. Als möglicher Risikofaktor wird in diesem Zusammenhang oft das Stollendesign der Fußballschuhe genannt. Ziel der Arbeit war daher die Untersuchung der Frage, ob es einen Zusammenhang zwischen dem Stollendesign der Fußballschuhe und den Belastungen im vorderen Kreuzband gibt, oder nicht. Da Messungen während Fußballspielen nicht möglich sind und Probanden aus ethischen Gründen nicht akuter Verletzungsgefahr ausgesetzt werden dürfen, ist die einzige Möglichkeit zur Untersuchung der Problemstellung die Verwendung mechanischer Tests. Um hiermit aussagekräftige Daten ermitteln zu können ist eine möglichst realistische Belastung der Fußballschuhe während der experimentellen Tests von elementarer Bedeutung. Hierfür wurde in der vorliegenden Arbeit die Kinematik und die Bodenreaktionskraft realer Verletzungssituationen mittels der Poser-Methode bestimmt und über eine anschließende invers-dynamische Computersimulation die resultierenden Gelenkmomente berechnet. Diese Daten definierten die Randbedingungen für den experimentellen Vergleich von vier unterschiedlichen Stollendesigns mit dem neu entwickelten mechanischen Testgerät TrakTester. Bei den durchgeführten Vergleichsmessungen zeigten sich aussagekräftige Unterschiede bei den gemessenen Kräften und Momenten zwischen den Stollendesigns. Zur Abschätzung des Einflusses des Stollendesigns auf die Belastungen des vKB wurden aus den Messwerten, unter Berücksichtigung biomechanischer und medizinischer Erkenntnisse, Gefährdungspotentiale für jedes Stollendesign bei jedem untersuchten Lastfall bestimmt. Diese Gefährdungspotentiale lassen den Schluss zu, dass das Stollendesign die Kräfte im vKB beeinflusst, allerdings erheblich von den exakten Randbedingungen abhängt. Grundsätzlich bestätigt die vorliegende Arbeit die Annahme, dass von lamellenförmigen Stollen pauschal eine größere Gefahr für das vKB ausgeht, nicht.
  • Non-Contact anterior cruciate ligament (ACL) injuries are a major problem in modern football (soccer). The stud design of the football shoes is suspected to be one important risk factor for ACL injuries. The aim of this thesis was therefore to investigate whether or not the football shoe stud design corresponds to the loads occurring in the ACL. As direct measurements as well as subject tests (ethical reasons) are not possible, mechanical tests of the shoe-surface interaction are the only way to answer the research question. Hereby the realistic loading of the football shoes during the experimental tests is of major importance in order to get reliable and meaningful measurement results. Therefore the kinematics and ground reaction forces of real ACL injury situations were determined by means of the Poser method and the resulting joint moments were calculated via computer simulation using an inverse dynamics approach. The results of the Poser analysis and the computer simulation were the basic condition for the experimental setup comparing four different stud designs using a novel pneumatic driven test device called TrakTester. The measurement data showed significant differences of the measured forces and torques between the different stud designs. In order to estimate the influence of the stud design on the loading of the ACL risk potentials were derived from the measurement data for each loading scenario considering also medical and biomechanical knowledge. These risk potentials lead to the conclusion that the stud design influences the loading of the ACL. But they depend substantially on the specific boundary conditions and the loading scenario. This thesis basically contradicts the assumption that the use of football shoes with bladed studs causes a higher risk for the ACL compared to shoes with conventional round studs. In summary the new method developed during this thesis enables in combination with the TrakTester a considerably more realistic investigation of the shoe-surface interaction than approaches used up to now. Beside their role as boundary conditions for the experimental setup the results of the Poser analysis and the computer simulation provide furthermore a lot of biomechanical perceptions regarding the injury mechanism of non-contact ACL-injuries.

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Metadaten
Author:Thomas Grund
URN:urn:nbn:de:hbz:kob7-6924
Advisor:Karin Gruber, Veit Senner
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2011/08/15
Date of publication:2011/08/15
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 3
Date of final exam:2011/07/13
Release Date:2011/08/15
Tag:Biomechanik; Fußballschuhe; Kreuzbandverletzung; Poser-Analyse; Stollendesign; Traktions-Testgerät
ACL injury; Anterior Cruciate Ligament Injury; Poser analysis; biomechanics; football shoes; soccer; stud design; traction test device
Volume (for the year ...):2011
Number of pages:236 Seiten
Institutes:Fachbereich 3 / Institut für Sportwissenschaft
Dewey Decimal Classification:7 Künste und Unterhaltung / 79 Sport, Spiele, Unterhaltung / 796 Sportarten, Sportspiele
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG