Biomechanische Baseline-Testungen

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Im Hochleistungssport werden in der Regel in bestimmten Abständen Testungen durchgeführt, welche z. B. das Herz-Kreislaufsystem, die Agility und Sprintfähig­keiten der Sportler bestimmen. Hieraus werden dann entsprechende Maßnahmen abgeleitet zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Sportlers. 

Biomechanische Testungen auf wissenschaftlich fundierter Basis werden jedoch kaum durchgeführt, insbesondere nicht in einem komplexeren Setting. Dies zum einen, weil das entsprechende Wissen bei den Sportlern und Betreuern/Trainern nicht ausreichend vorhanden ist und zum anderen, weil oft auch die entsprechenden Möglichkeiten hierzu fehlen. Im Folgenden möchten die Autoren einen Überblick geben über die technischen Möglichkeiten von komplexen 3D-Bewegungsanalysen, über erste Ergebnisse bisher durchgeführter Baseline Testungen im Profifußball inklusive daraus folgender Konsequenzen für die Primär- und ­Sekundärprävention sowie Return to Sport (RTS) Entscheidungen.

3D-Bewegungs- und Belastungsanalyse

Neben den verbreiteten singulären bzw. isolierten Messungen der Kraftfähigkeit verschiedener Muskelgruppen z.B. am Isokineten oder Testungen der posturalen Stabilität, gibt es eine ganze Reihe weiterer Tests. Hierzu gehören unter anderem auch die sogenannten on-field Testungen wie z. B. der FMS, Y-Balance Test, Drop-Jump Screening Test, die ortsunabhängig durchgeführt werden können. Diese Art der Analyse liefert jedoch keine Informationen über die Bewegungsqualität sportartspezifischer ­Bewegungen, mögliche Überlastungen bzw. Schonverhalten oder auch das zeitgerechte Ineinandergreifen der für die Bewegung essenziellen Komponenten. Diese Anforderungen sind mittels markerbasierter 3D-Bewegungs- und Belastungsanalyse in Kombination mit Muskelaktivitätsmessungen (Elektromyographie, EMG) möglich. Wissenschaftlich fundiert und mit entsprechenden Normwerten hinterlegt, können unterschiedliche Bewegungen durch Infrarotkameras höchstpräzise analysiert und in Form von Gelenkwinkeln grafisch dargestellt werden. Mittels in den Boden integrierter Kraftmessplatten können die Gelenkkräfte und –momente (Kinetik) erfasst werden. Durch die Kombination der dynamischen Muskelaktivität (EMG) kann synchron zur Bewegung zusätzlich die Beurteilung der zeitgerechten Ansteuerung mehrerer Muskeln erfolgen (Abb. 1). 

Abb. 1 Beispiel einer markerbasierten 3D-Bewegungsanalyse mit biomechanischem Modell inkl. Kraftvektor in Kombination mit kabelloser Elektromyographie (EMG-Rohsignale der Muskulatur)

Sowohl die Gelenkwinkel, die einwirkenden Kräfte als auch die Muskelak­tivität können anschließend für den gesamten Bewegungszyklus vom Aufsetzen bis zum Abheben des Fußes berechnet und in drei Ebenen (frontal, sagittal, transversal) grafisch dargestellt und klinisch relevant interpretiert werden. Unter Berücksichtigung der sogenannten Testgütekriterien: Objektivität, Validität und Reliabilität ermöglicht diese Art der komplexen 3D-Analyse, entsprechende Interventionen einzuleiten oder Entscheidungen zur Rückkehr in bestimmte Rehabilitationsphasen, das sportartspezifische Training und den Wettkampf anhand bereits erfasster Referenzwerte zu treffen. Je nach Fragestellungen variiert der Inhalt der biomechanischen Untersuchungen. Geht es um die Analyse des Sportlers im unverletzten Zustand (Baseline-Testung), kombiniert man die Ergebnisse der sportartspezifischen 3D-Bewegungsanalyse mit den Informationen aus einzelnen Kraftmessungen, 3D-Statik Vermessungen, Testungen der posturalen Stabilität sowie weiteren Tests. Auf diese Weise, erhält man unter gleichzeitiger Würdigung bereits vorhandener Verletzungen oder anatomischer Gegebenheiten ein biomechanisches Gesamtbild des Sportlers, woraus gegebenenfalls notwendige präventive Maßnahmen abgeleitet werden können (Abb. 2).

Abb. 2 Kombination möglicher Messverfahren im Rahmen der Baseline-Testung

Erfahrungen aus der Kohorte der Profifußballer

Im Rahmen verschiedener Fragestellungen (Baseline-Testung, Return-to-sport, Ursachenanalyse bei rezidivierenden Beschwerden) wurden in den Jahren 2014–2018 bei männlichen Profispielern der 1. bis 3. Fußballbundesliga inzwischen 277 komplexe biomechanische Untersuchungen durchgeführt. Der Altersdurchschnitt der Spieler betrug 23 Jahre (Range: 16 bis 36 Jahre). Die biomechanischen Untersuchungen setzen sich wie folgt zusammen:

  • 111 Baseline-Testungen als Screening zu Saisonbeginn,
  • 136 Testungen im Rahmen des Return-to-Play-Prozess
  • 30 Testungen zur Ursachenanalyse bei persistierenden muskuloskelettalen Beschwerden

Bereits bei den isolierten Testungen, z. B. der posturalen Stabilität (Abb. 3) oder auch der isometrischen Maximalkraftfähigkeit der Hüftabduktoren (Abb. 4) zeigten sich innerhalb einer Mannschaft bei mehreren Spielern deutliche Auffälligkeiten, die aus präventiver Sicht mit entsprechenden Interventionen trainiert werden sollten. Anhand der komplexen 3D-Bewegungsanalyse konnten bei mehreren Spielern Auffälligkeiten im Bewegungsablauf festgestellt werden. Bei einigen Spieler bereits in der Laufbewegung, bei anderen im Cuttingmanöver oder bei einbeinigen Landungen. Ein klares mannschaftsübergreifendes Muster der Defizite zeigte sich in der funktionellen Diagnostik bisher nicht, so dass weiterhin eine individuelle komplexe Untersuchung mögliche Defizite aufdecken muss. So zeigt z. B. Abbildung 5 ein seitendifferentes Bewegungsmuster mit deutlicher Auffälligkeit linksseitig. Durch eine vermehrte Eversionsbewegung in Kombination mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit in der ­Belastungsphase können im weiteren Verlauf Beschwerden im Bereich der sprunggelenkumgebenen Strukturen links entstehen, insbesondere an der Achillessehne. Aber auch eine rechtsseitig vermehrte Hüftadduktion in Kombination mit einer Kniegelenkabduktion im Sinne einer reduzierten Beinachsenstabilität (dynamischer Valgus) konnte in einigen Fällen analysiert und mit funktionellen Trainingsmaßnahmen therapiert werden (Abb. 5).

Abb. 3 Darstellung der Gesamtbewegung (cm) bei der Testung der post­uralen Stabilität mit standardisiertem Auslenkungsimpuls. Die rot-gestrichelte Linie zeigt den Referenzwert (Leistungssport).
Abb. 4 Darstellung der isometrischen Maximalkraftfähigkeit der Hüftabduktoren. Die rot-gestrichelte Linie zeigt den Referenzwert (Leistungssport).
Abb. 5 Darstellung der Sprunggelenkbewegung und der Winkelgeschwindigkeit in der Frontalebene im Verlauf der Stützphase beim Laufen.

Je nach Bewegungs-, Aktivierungsmuster oder auch möglicher struktureller Vorschädigungen können Auffälligkeiten in der muskulären Ansteuerung entstehen. Abbildung 7 zeigt bei drei Spielern ein seitendifferentes Ansteuerungsmuster. Dieses kann ohne entsprechende Therapie zu einer muskulären Überlastung /Verletzung im Saisonverlauf führen. Aus diesem Grund wurde bei den Spielern ein neurophysiologisches (EMG-basiertes) Training empfohlen. Die Ergebnisse der Baseline-Testungen werden in einem entsprechenden Befundbericht für jeden einzelnen Spieler dokumentiert, der
neben den Auffälligkeiten auch direkt Interventionsempfehlungen beinhaltet. Aus Autorensicht kann nur mit adäquater Kommuni­kation zwischen den involvierten Parteien (Mannschaftsarzt, Spieler, Athletik- und Rehatrainer, Physiotherapeut und Biomechaniker) eine gute Um­setzung erfolgen und somit die Vorteile der Baseline-Testungen erfolgreich und vor allem präventiv genutzt werden.

Abb. 6 Darstellung des Hüft- und Kniegelenkwinkels in der Frontalebene während der Stützphase beim Laufen
Abb. 7 Darstellung der gemittelten EMG-Signale. Links der Adduktoren und mittig des M. biceps femoris beim Laufen, rechts des M. gluteus medius beim Cuttingmanöver.

Fazit

Biomechanische Baseline-Testungen sind im Hochleistungssport essenziell und werden durch den Träger der gesetzlichen Unfallversicherung (VBG) inzwischen auch gefordert. In hochdotierten Profisportarten wie Fußball sollte dies in einem standardisierten und wissenschaftlich fundierten Setting unter Laborbedingungen erfolgen, um eine entsprechende Validität, Reliabilität und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Bei Umsetzung der entsprechenden Therapie- und Trainingsempfehlungen gemäß der Ergebnisse der biomechanischen Untersuchungen erwarten wir eine Reduktion von Verletzungen, die aus Überlastung und Fehlbelastung resultieren. Entsprechende Studien hierzu sind angelegt. Mit ersten Ergebnissen ist in wenigen Jahren zu rechnen.

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ist Facharzt für Orthopädie mit Zusatzbezeichnung Sportmedizin. Seine Schwerpunkte sind die konservative Behandlung bei sporttraumatologischen Erkrankungen und Verletzungen der Muskulatur, der Sehnen, der Gelenke und des Rumpfes. Seit 2007 ist er leitender Arzt, MediaPark Klinik Köln, Abteilung für Orthopädie/Unfallchirurgie und Sportmedizin, seit 2014 Geschäftsführender Gesellschafter des IFD Cologne. Außerdem ist Dr. Klein seit 2004 Mannschaftsarzt des 1. FC Köln.

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ist Facharzt für Orthopädie und Unfallchirurgie, Sportmedizin, M-Arzt (VBG). Nach Stationen in der Mediapark Klinik Köln und Sportsclinic Cologne gründete er ORTHO SPORTS LAB in Pulheim. Außerdem ist er seit 2016 leitender Arzt sowie Gesellschafter im Institut für funktionelle Diagnostik (IFD Cologne). Von 2008 – 2011 betreute Dr. Yildirim als Mannschaftsarzt des DFB die U15 – U19-Nationalmannschaften, seit 2013 ist er Mannschaftsarzt des Fußballbundesligisten Bayer 04 Leverkusen.

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