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Influence of traction properties on movement patterns in soccer – Interaction between sole configurations of soccer boots and 3rd generation artificial turf

Authors
Publisher
Universitätsbibliothek Chemnitz
Publication Date
Keywords
  • FußBall
  • Kunstrasen
  • Sohlenkonfiguration
  • Interaktion Spieler-Spielfläche
  • Komplexe Traktionsmessung
  • Bewegungsadaptationen
  • Kinematik
  • Kinetik
  • Soccer
  • Artificial Turf
  • Sole Configuration
  • Player-Surface Interaction
  • Comprehensive Assessment Of Traction
  • Movement Adaptations
  • Kinematics
  • Kinetics
  • Ddc:796
  • Biomechanik
  • Kunststoffrasen

Abstract

Einfluss von Traktion auf das Bewegungsverhalten im Fußball - Interaktion zwischen Sohlenkonfigurationen von Fußballschuhen und Kunstrasen der dritten Generation Einleitung/Zielstellung: In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Kunstrasen im Fußball enorm an Bedeutung zugenommen. Dabei sind qualitativ hochwertige Kunstrasenplätze (3. Generation, FIFA 2-Star) von der FIFA zum offiziellen Spielbetrieb zugelassen. Neuste Verletzungsstudien und Spielanalysen zeigen, dass sich die Eigenschaften von Kunstrasen und Naturrasen im Bezug auf Verletzungshäufigkeit und Spielgeschehen nicht gravierend unterscheiden (Ekstrand et al. 2006, FIFA 2009d). Doch sind Bewegungsverhalten und Bewegungsstrategien der Spieler auf Kunstrasen im Fußball noch nicht vollkommen verstanden. Ein Hauptkriterium für das Bewegungsverhalten des Sportlers sind die Traktionsverhältnisse – die Interaktion zwischen Schuh und Spielfläche (Sterzing et al. 2007). Hierfür nimmt die Sohlenkonfiguration eines Fußballschuhs, die durch Anzahl, Länge, Anordnung und Material der Nocken modifizierbar ist, eine zentrale Rolle ein. Die Traktionsverhältnisse haben dabei einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und die Belastung des Sportlers (Shorten et al. 2003). Auf Kunstrasen verwenden Sportler Fußballschuhe mit einer Sohlenkonfiguration, die für Naturrasen entwickelt worden ist. Zum Zeitpunkt dieser Arbeit gab es nur vereinzelte und unsystematische Forschungen bezüglich Sohlenkonfigurationen für Kunstrasen. Somit herrscht eine Diskrepanz zwischen einer „neuen“ verwendeten Spielfläche und „alten“ getragenen Schuhen. In der Bewegungswissenschaft dient eine komplexe Sportschuhforschung dazu, Kriterien wie Traktionsverhältnisse zu untersuchen. Die komplexe Sportschuhforschung setzt sich dabei aus sportmotorischen, subjektiven, biomechanischen und mechanischen Messungen zusammen. Generell richtet sich dabei der Fokus von biomechanischen Messungen auf die genutzte Traktion, von mechanischen Messungen auf die verfügbare Traktion. In diesem Zusammenhang ist das Konzept von verfügbarer und genutzter Traktion von Fong et al. (2009) aufgezeigt. Geeignete Traktionsverhältnisse hinsichtlich einer besseren Leistungsfähigkeit spiegeln sich in höheren biomechanischen Scherkräften und einer besseren subjektiven Bewertung wider. Diese höheren biomechanischen Scherkräfte ermöglichen dem Sportler eine schnellere Laufzeit zu erzeugen. Ungeeignete Traktionsverhältnisse hinsichtlich einer erhöhten Belastung für den Sportler können sich durch eine Kombination oder Verbindung von einer relativ starken Fixierung des Schuhs mit der Spielfläche und erhöht auftretenden Gelenksmomenten der unteren Extremitäten auszeichnen. Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von Traktionsverhältnissen verschiedener Sohlenkonfigurationen von Fußballschuhen auf Kunstrasen. Dabei standen sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Belastung des Sportlers im Fokus der Arbeit. Außerdem ist der Einfluss von verschiedenen Rahmenbedingungen, wie Traktionsverhältnisse und verschiedene Bewegungsaufgaben (zeitliche Verzögerung durch Reaktion), auf die Bewegungsausführung von Sportlern bei schnellen Umkehrbewegungen analysiert worden. Methodik: Die Arbeit beinhaltet in einem Zeitrahmen von drei Jahren, drei aufeinander aufbauende Studien mit unterschiedlichem Untersuchungsdesign. Inhalte und Fragestellungen der einzelnen Studien ergaben sich aus den Erkenntnissen der jeweils davor durchgeführten Studie. Einzelne Messungen der Studien fanden entweder im Labor oder auch teilweise auf Sportplätzen als Feldtest statt. Studie 1 untersuchte die Traktionsverhältnisse von drei gängigen Sohlenkonfigurationen (Multinocken, Nocken, Stollen) und eines Prototypen (Kunstrasenmodell) hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und funktionaler Nutzung. Inhalte waren ein sportmotorisches, subjektives, biomechanisches und mechanisches Testverfahren. Grundlegende Traktionsvariablen der einzelnen Testverfahren waren die Laufzeit der Probanden durch einen Slalom- und Sprintparcours, die subjektive Einschätzung der Probanden hinsichtlich der Traktionseignung der Sohlenkonfigurationen, Bodenreaktionskraftvariablen, wie horizontale Scherkräfte und der Kraftwert aus Scherkraft dividiert durch Vertikalkraft, bei verschiedenen fußballspezifischen Bewegungsausführungen und mechanische Traktionsvariablen wie Reibungskoeffizienten und Kraftanstiegsraten. In Studie 2 wurde das Bewegungsverhalten bei verschiedenen Sohlenkonfigurationen (Schuh ohne Nocken, Kunstrasenmodell, Nocken, Stollen) mit Hilfe einer biomechanischen Messung (Bewegungsanalyse) bei einer schnell ausgeführten Umkehrbewegung analysiert. Ziel war es, Bewegungsadaptationen aufgrund unterschiedlicher Traktionsverhältnisse kinematisch und kinetisch zu quantifizieren. Grundlegende Untersuchungsaspekte waren hierbei die Gelenksmomente der unteren Extremitäten, die horizontale Fußtranslation, definiert als relative Bewegung des Schuhs auf der Spielfläche während des Bodenkontakts und Winkelverläufe einzelner Segmente und Gelenke. In Studie 3 wurde der Einfluss auf das Bewegungsverhalten bei reaktiven Bewegungsausführungen gegenüber aktiven Bewegungsausführungen mit verschiedenen Sohlenkonfigurationen (Kunstrasenmodell, Nocken) bei einer schnell ausgeführten Umkehrbewegung untersucht. Für diese Studie diente erneut ein biomechanisches Testverfahren (Bewegungsanalyse) zur Analyse von kinematischen und kinetischen Variablen von Reaktion und Sohlenkonfigurationen. Für alle drei Studien stand insgesamt ein Probandenpool aus 58 männlichen Fußballspielern (Alter: 22.4 ± 3.3Jahre, Größe: 177.2 ± 4.6cm, Gewicht: 71.4 ± 5.6kg, Fußballpraxis: 6.4 ± 3.7h/Woche) zur Verfügung. Für die statistische Auswertung konnte mittels der Varianzanalyse für Mehrfachmessungen (ANOVA) und gegebenenfalls einer Post-Hoc Analyse nach Bonferroni zwischen den Sohlenkonfigurationen für sportmotorische und biomechanische Variablen diskriminiert werden. Für subjektive Testverfahren wurde der Friedman-Test verwendet, um zwischen Sohlenkonfigurationen zu unterscheiden. Die statistische Auswertung des mechanischen Testverfahrens erfolgte deskriptiv. In Studie 3 wurden die Daten mit einer zweifaktoriellen ANOVA mit Messwiederholung (Schuh und Reaktion) analysiert. Außerdem wurde in dieser Studie zusätzlich das Joint Coupling verwendet (Heiderscheidt et al. 2002). Ergebnisse: Traktionsverhältnisse auf Kunstrasen der dritten Generation beeinflussen die Leistungsfähigkeit des Sportlers und die Belastungen für den Körper des Sportlers. Flächig verteilte Sohlenkonfigurationen, wie das Multinocken- und Kunstrasenmodell, ermöglichen dem Sportler im Vergleich zu Sohlenkonfigurationen mit sehr langen Stollen, schneller einen Laufparcours zu durchlaufen. Schneller Laufzeiten werden außerdem auch subjektiv von den Sportlern wahrgenommen. Mit diesen Sohlenkonfigurationen erzielen die Sportler außerdem höhere biomechanische Scherkräfte. Hohe mechanische Traktionswerte spiegeln sich dabei nicht zwangsläufig in einer besseren Leistungsfähigkeit der Sportler. Niedrige Traktionsverhältnisse erzeugen bei schnellen Umkehrbewegungen einen vertikaleren Fußaufsatz und reduzierte Gelenksmomente durch ein erhöhtes „Rutschrisiko“. Dies führt zu einem Verlust an Leistungsfähigkeit. Hohe und exzessive Traktionsverhältnisse weisen sowohl eine relativ starke Fixierung des Schuhs mit der Spielfläche als auch hohe Gelenksmomente während des Richtungswechsels auf. Bewegungsadaptationen zwischen Fußballschuhen treten primär im distalen Bereich der unteren Extremitäten auf. Reaktive Bewegungsausführungen zeichnen sich aufgrund einer längeren Reaktionsphase gegenüber aktiven Bewegungsausführungen mit einem ungünstigen Fußaufsatz aus. Dies zeichnet sich bei Umkehrbewegungen durch eine geringere Tibiarotation und Fußadduktion in die neue Bewegungsrichtung aus. Während der Umkehrbewegung wird diese ungünstige Stellung der unteren Extremitäten primär durch einen verstärkten Eversionswinkel im Sprunggelenk kompensiert. Bei reaktiven Bewegungsausführungen sind außerdem die Momente im Knie- und Sprunggelenk erhöht. Unterschiede im Bewegungsmuster bei Sohlenkonfigurationen, die sich im Aufbau nicht stark unterscheiden, können bei verschiedenen Rahmenbedingungen nicht gefunden werden. Diskussion: Sohlenkonfigurationen beeinflussen das Bewegungsverhalten auf Kunstrasen. Niedrige Traktionsverhältnisse spiegeln sich in einem vorsichtigeren Bewegungsverhalten durch ein erhöhtes „Rutschrisiko“ wider, zu hohe Traktionsverhältnisse implizieren durch eine starke Fixierung des Sportlers mit der Spielfläche ebenfalls ein vorsichtigeres Bewegungsmuster. Nach dem Konzept von Fong et al. (2009) zeigen flächig und eben verteilte Sohlenkonfigurationen eine biomechanisch höhere genutzte Traktion. Im Gegensatz dazu, weisen Sohlenkonfigurationen mit langen Stollen eine höhere mechanisch verfügbare Traktion auf. Diese hohen mechanischen Traktionseigenschaften verhindern dabei aber den Sportler mit seiner bestmöglichen Leistung zu agieren. Flächig und eben verteilte Sohlenkonfigurationen wirken sich somit auf Kunstrasen der dritten Generation hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und der Belastung für den Körper positiv aus. Dabei erzeugen hohe biomechanische Scherkräfte eine schnellere Abstoppbewegung oder eine kraftvollere Abstoßbewegung, die sich bei schnellen Umkehrbewegungen positiv auf die Bewegungsausführung auswirkt. Laufzeiten durch Parcours (Krahenbuhl 1974, Sterzing et al. 2009) und biomechanische Scherkräfte (Valiant 1988, Morag & Johnson 2001, Shorten et al. 2003) dienen als geeigneten Variablen, um Traktionsverhältnisse hinsichtlich der Leistungsfähigkeit zu untersuchen. Sowohl die Eindringtiefe der Nocken in die spezielle Verfüllung von Kunstrasen als auch die Verteilung der Nocken (Abstand Vorfuß- Rückfußnocken) können dabei die Traktionsverhältnisse von Fußballschuhen beeinflussen. Gelenksmomente und die horizontale Fußtranslation sind geeignete Indikatoren für die Belastungen der unteren Extremitäten während schnellen Richtungswechseln (Torg & Quedenfeld 1971, Ryder et al. 1997). Dabei erzeugen Sohlenkonfigurationen mit hohen mechanisch verfügbaren Traktionsverhältnisse eine niedrige horizontale Fußtranslation und erhöhte Gelenksmomente. Primär finden Adaptationsprozesse durch unterschiedliche Traktionsverhältnisse von Fußballschuhen im distalen Bereich der unteren Extremitäten statt. Dies könnte in Verbindung zu den Aussagen von Studien stehen, die im Fußball dem Sprunggelenk die größte Verletzungshäufigkeit zusprechen (Ekstrand et al. 2006). Reaktive Bewegungsausführungen können als weiteren möglichen Faktor für Verletzungen im Fußball herangezogen werden (Besier et al. 2001a). Hierfür richtet sich bei reaktiv durchgeführten Richtungswechseln erneut der Fokus auf das Sprunggelenk. Durch eine zeitliche Verzögerung bei reaktiven Bewegungen ist die Stellung der unteren Extremitäten des Sportlers im Vergleich zu aktiven Bewegungen weniger in die neue Bewegungsrichtung gebracht. Diese ungünstigere Stellung versucht der Sportler primär über eine verstärkte Eversion des Sprunggelenks zu kompensieren. Diese Kompensation kann für den Sportler ein erhöhtes Belastungsprofil im Sprunggelenk bedeuten (Giza et al. 2003). Allgemein lässt sich feststellen, dass sich ähnliche Sohlenkonfigurationen bei Probandentests hinsichtlich von Traktionsmessungen nur marginal unterscheiden. Eine Kombination von einer Vielzahl an möglichen Adaptationsprozessen, die sich in der Summe nivellieren, scheinen hierbei die Traktionseigenschaften von leicht unterschiedlichen Sohlenkonfigurationen zu überschatten. Eine Kombination aus sportmotorischem, subjektivem, biomechanischem und mechanischem Testverfahren ermöglicht eine allgemeingültige Aussage über Traktionsverhältnisse von Sohlenkonfigurationen auf Kunstrasen. Zusammenfassung: Traktionsverhältnisse, modifizierbar durch unterschiedliche Sohlenkonfigurationen, können die Leistungsfähigkeit der Sportler und die Belastungen der unteren Extremitäten beeinflussen. Auf Kunstrasen der dritten Generation erweisen sich eben und flächig verteilte Sohlenkonfigurationen als Vorteilhaft. Die Belastungen der unteren Extremitäten können sich durch reaktive Bewegungsausführungen weiter erhöhen.

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