Current Issues in the Design of Running and Court Shoes

Einleitung: Durch die Fitnesswelle der späten 60er Jahre entwickelten sich Sportschuhe zu „High Tech” Produkten, die sich durch Materialien, Design und Fertigungstechniken von herkömmlichen Schuhen nachhaltig unterschieden. Diese Entwicklung wurde durch wissenschaftliche Ergebnisse möglich, die Kriterien der Sportschuhfunktionen definierten. Die wesentlichen funktionellen Anforderungen an den Sportschuh: Verletzungsprophylaxe, Sport- bzw. Sportarttauglichkeit und Komfort des Sportschuh. Natürlich müssen diese Faktoren im Design des Sportschuh jeweils sportartspezifisch realisiert werden. Verletzungsprophylaxe: Sportverletzungen und Sportschäden sind multifaktoriell bedingt. Von den einzelnen Faktoren soll nur der Sportschuh berücksichtigt werden. Beim Laufsport werden traditionell die exzessive Pronation und die Impulsbelastung beim Auftreffen des Fußes auf den Untergrund als wesentliche Verletzungsursachen betrachtet. Auch wenn die Zusammenhänge wahrscheinlich komplexer sind als ursprünglich angenommen, gelten beide Faktoren unverändert als maßgeblich. Die Pronation ist funktioneller Bestandteil der normalen Laufbewegung, die extreme Pronation soll aber zahlreiche Beschwerden und Verletzungen verursachen. Deshalb wird durch unterschiedliche Designstrategien versucht, die Pronation zu limitieren. Sie unterscheiden sich in ihrem Wirkmechanismus und in ihrer Effektivität. Ihre Wirksamkeit hängt auch vom individuellen Laufstil ab. Der kausale Zusammenhang zwischen extremer Pronation und der Verletzungshäufigkeit ist wissenschaftlich nicht abgesichert, in retrospektiven Studien erlitten Läufer mit vermehrter Eversion zwar häufiger Verletzungen, prospektive Studien fehlen aber bisher. Ein pathogenetisches Konzept fehlt ebenso wie eine quantitative Bewertung. Einen grundsätzlich anderen theoretischen Ansatz verfolgt ein neues Konzept [ 42 ]. Demnach soll der Laufschuh das vorgegebene Bewegungsmuster und dadurch die notwendige Muskelaktivität minimieren. Die Konsequenzen könnten höherer Komfort, geringere Ermüdung und bessere Sportausübung sein. Schuhe für Ballsportarten wie Squash, Volleyball oder Tennis müssen sehr unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden. Die komplexen Bewegungen dieser Sportarten soll der Schuh durch die laterale Stabilisierung, Dämpfung und Führung des Fußes unterstützen. Fibulotalare Bandverletzungen sind die häufigsten Verletzungen des Außenknöchels. Der Schuh soll deshalb massive Supination begrenzen. Diese Funktion kann z. B. durch eine höhere Schäftung mit entsprechender Umfassung des Unterschenkels realisiert werden. Prospektive Studien dieser „high top” Schuhe ergaben keine Reduktion der Verletzungsinzidenz. Eine Alternative ist die Veränderung der Torsionssteifigkeit des Schuh. Bei der Landung nach einem Sprung berührt normalerweise erst der Vorfuß den Boden. Durch eine niedrige Torsionssteifigkeit können Vor- und Rückfuß mechanisch gleichsam entkoppelt werden. Mit einer entsprechenden Führung des Rückfußes erhöht ein solches Schuhdesign die laterale Stabilität deutlich. Die Dämpfung des Schuhs hat für Ballsportarten einen niedrigeren Stellenwert als beim Laufschuh. Bei den meisten Sportarten landet der Athlet mit dem Vorfuß. Dass eine gewisse Dämpfung dennoch bevorzugt wird, zeigt die Tatsache, dass gerade Volleyballspieler während des Training Schuhe mit einer höheren Dämpfung bevorzugen. Ein weiteres Merkmal dieser Sportarten ist die hohe Frequenz von unerwarteten Richtungswechseln, die besondere Anforderungen an die Bodenhaftung des Sportschuhs stellen. Eine gut Bodenhaftung erlaubt dem Sportler einen raschen Richtungswechsel, führt aber zu einer hohen Beanspruchung der anatomischen Strukturen mit einem entsprechenden Anstieg des Verletzungsrisiko. Eine zu geringe Bodenhaftung ist vergleichbar problematisch - durch Ausrutschen oder Weggleiten würde das Verletzungsrisiko ebenfalls ansteigen. Abhängig vom Untergrund kann die Bodenhaftung des Sportschuh durch die Auswahl des Material und die Gestaltung der Oberflächengeometrie der Sohle angepasst werden. Sport- und Sportarttauglichkeit: Laufschuhe können den Erfolg eines Läufers durch ihr Gewicht, durch Beeinflussung des Laufstil oder durch Energieerhalt beeinflussen. Nach den Berechnungen von Nigg und Segesser [ 37 ] bewirkt eine Steigerung des Gewichtes um 100 g etwa 1% mehr an Laufarbeit, was einem Zeitverlust von 5 Minuten pro Meile gleichkommt. Die Beeinflussung des Laufstil ist durch ihre Variabilität sehr viel schwieriger zu bewerten. Quantitativ hat sie aber sicher einen geringen Stellenwert, so dass sie möglicherweise nur für den Spitzensport relevant ist. Das Konzept der Energieerhaltung bzw. Rückgabe wird in einer weiteren Arbeit des Heftes ausführlich diskutiert. Bei den Ballsportarten ist der Einfluss des Sportschuh auf das Wettkampfergebnis sehr viel schwerer zu quantifizieren. Bei einer vereinfachenden Betrachtung werden die Bodenhaftung, die dynamische Stabilität und die Ermüdung der Muskulatur am ehesten Einfluss auf die sportliche Leistung des Athleten haben. Lediglich für die Bodenhaftung liegen aber Studienergebnisse vor. Die Studienergebnisse zeigten, dass sich die Bodenreaktionskräfte abhängig von der Schuhsohle verändern. Auch die Muskelaktivitäten werden von der Bodenhaftung beeinflusst. Für alle Sportarten gibt es optimale Bereiche, die sich untereinander nur wenig unterscheiden. Tennisspieler tolerierten die geringste Bodenhaftung, Rugbyspieler bevorzugten die höchste. Schuhkomfort: Der Komfort eines Sportschuh ist der wichtigste Aspekt, er beeinflusst die sportliche Leistung, das Verletzungsrisiko und die Ermüdung. Das subjektive Empfinden des Sportlers für den Sitz und die Funktion des Schuh und somit immer individuell. Das Empfinden für den Komfort wird von der Passgenauigkeit, der Dämpfung, anatomischen Merkmalen und dem „Fußklima” geprägt. Die Passform der Sportschuhe richtet sich in aller Regel nach einem Durchschnittsfuß. Füße sind aber individuell und ihre Form kann sich trotz gleicher Größe deutlich unterscheiden. Das Fußklima( wird durch atmungsfähige Materialien und spezielle Belüftungssysteme im Schuh erreicht. Sie leiten die entstehende Wärme und Feuchtigkeit ab. Die Dämpfung des Sportschuh soll, wie in diesem Heft diskutiert, als unangenehm empfundene Vibrationen der Weichteile vermeiden. Beide Aspekte erklären, dass eine Dämpfung des Sportschuh dessen Komfort erhöht. Diskussion: Alle genannten Designfaktoren beeinflussen sich untereinander. Eine Verbesserung der Stabilität geht auf Kosten einer Gewichtszunahme. Die verbesserten Bodenhaftung muss mit einem höheren Verschleiß der Sohle erkauft werden. Die bessere Dämpfung des Schuh erhöht nicht nur dessen Gewicht, sie verringert auch die Stabilität des Schuh. Sportschuhe müssen deshalb individuell auf die Sportart und den Sportler abgestimmt und die geschilderten funktionellen Aspekte im Einzelfall bewertet werden. Summary. This review paper focuses on the three most important functional design factors for sport shoes: injury prevention, performance and comfort. Concepts for these design factors are discussed for running and court shoes. For running shoes, pronation control and cushioning are still considered to be the key concepts for injury prevention despite the fact that conclusive clinical and epidemiological evidence is missing to show the efficacy of these design strategies. Several design features have been proposed to be effective in controlling the amount of pronation. However, the kinematic effects of such features seem to be subject-specific and rather small especially when looking at the actual skeletal motion. Recent running shoe research suggests that cushioning may not or only marginally be related to injuries and that cushioning during the impact phase of running may be more related to aspects such as comfort, muscle tuning or fatigue. For court shoes, lateral stability, torsional flexibility, cushioning and traction control appear to be important design strategies to decrease the risk of injury. With respect to running performance, the shoe concepts of weight reduction, efficiency and energy return are discussed. The concept of energy return does not seem to be a feasible concept whereas concepts which aim to minimize energy loss appear to be more promising and successful, e. g. weight reduction, reduction of muscle energy required for stabilization. For court shoes, optimal traction seems to be the key factor for performance. Research in the area of shoe comfort is still sparse. Cushioning, fitting and climate concepts appear to improve the comfort of both running and court shoes. Many investigations in the area of sport shoe research have shown that subject-specific responses can be expected. Different groups of athletes may require different types of shoes. The definition of these grouping characteristics and their design needs seem to be the most important challenge for the sport shoe researchers and manufacturers for the near future. Aktuelle Themen über Designkriterien von Lauf- und Hallenschuhen. Diese Literaturzusammenfassung befasst sich mit den drei wichtigsten funktionellen Designkriterien für Sportschuhe: Verletzungsprävention, Leistung und Komfort. Konzepte für diese Designkriterien werden für Laufschuhe und für Hallenschuhe (Handball-, Basketball-, Tennisschuhe) vorgestellt. Bezüglich Laufschuhe erachtet man heute immer noch Pronationskontrolle sowie Dämpfung als die wichtigsten Designkonzepte, obwohl die Wirkung dieser Designstrategien weder klinisch noch epidemiologisch vollständig nachgewiesen sind. In der Literatur sind verschiedene Designelemente respektive Designstrategien zur Pronationskontrolle vorgestellt worden (z. B.: spezielle Sohlenkonstruktionen, Einlagen, und Fersenkappen). Jedoch haben Studien gezeigt, dass die individuelle Pronation nur geringfügig durch solche Designelement beeinflusst werden kann, speziell wenn man die eigentliche Knochenbewegung betrachtet. Bezüglich Dämpfung deuten neueste Erkenntnisse in der Laufschuhforschung darauf hin, dass kein direkter Zusammenhang zwischen dem Dämpfungsverhalten und der Verletzungshäufigkeit besteht. Vielmehr gibt es Hinweise, dass das Dämpfungsverhalten während der Aufprallphase mit „nicht-verletzungsbedingten” Aspekten wie Komfort, Muskeltuning oder Ermüdung zusammenhängt. Für Hallenschuhe scheinen Konzepte wie laterale Stabilität, Torsions-Flexibilität, Dämpfung und Traktionskontrolle (Haftung/Reibung) eine wichtige Rolle für die Verletzungsprävention zu spielen. Der Einfluss der Laufschuhe auf die Leistung wird im Hinblick auf verschiedene Schuhdesign-Konzepte wie Gewichtsreduktion, Effizienz und Energierückgewinnung diskutiert. Dabei scheint das Konzept der Energierückgewinnung für Laufschuhe eher fragwürdig. Designkonzepte, welche den Energieverlust minimieren (Gewichtsreduktion, Reduktion der Muskeltätigkeit durch stabile Schuhe), können potentiell die Leistung positiv beeinflussen. Bei Hallenschuhen scheint die Haftung (Traktion) von zentraler Bedeutung für die Leistungsoptimierung. Studien im Bereich von Schuhkomfort gibt es nur wenige. Dämpfung, Passform und Klimakontrolle vermögen den Komfort von Laufschuhen und Hallenschuhen positiv zu beeinflussen. Viele Studien im Bereich der Sportschuhforschung haben gezeigt, dass Sportler individuell auf diese Designmerkmale und Designstrategien reagieren. Daher brauchen verschiedene Athletentypen verschiedenes Schuhwerk. Das Identifizieren und Charakterisieren solcher Athletentypen und das Anforderungsprofil für die entsprechenden Sportschuhe wird die Sportschuhforscher und die Sportschuhhersteller in naher Zukunft stark beschäftigen.

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