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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-80113
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8011/


Fleischmann, Jana

Biomechanische Bewegungskontrolle lateraler Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus Sprünge

Biomechanical movement control of lateral stretch-shortening cycle jumps

Dokument1.pdf (2.412 KB) (md5sum: 6d292ebad17c5cf56f9471d439df1493)

Kurzfassung in Deutsch

Einleitung: Bewegungsabläufe in der Frontalebene wie Side-steps oder Richtungsänderungen stellen integrale Bewegungskomponenten in vielen Ballsportarten dar. Diesen Bewegungen ist gemein, dass sie Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus (DVZ) Bewegungen darstellen, die jedoch zur Seite hin ausgeführt werden. Das Modell des klassischen DVZs berücksichtigt jedoch primär Flexion-Extensionsbewegungen und beschreibt folglich neuromuskuläre und mechanische Bewegungscharakteristiken und Leistungsaspekte der unteren Extremität in der Sagittalebene. Im Gegensatz zu klassischen DVZs, werden laterale DVZ-Bewegungen wesentlich durch frontale Gelenkexkursionen charakterisiert. Diese können aufgrund der Anatomie des Sprung- und des Kniegelenks sowie der Muskelanatomie der unteren Extremität schwerer kontrolliert werden als sagittale Flexion-Extensionsbewegungen. Die daraus resultierenden eingeschränkten Möglichkeiten laterale Belastungen durch Muskelaktivität und durch an die Bewegungsbelastung angepasste Gelenkkinematik kontrollieren zu können, bedingen hohe Verletzungsinzidenzen des Sprung- und des Kniegelenks während der Landephase solcher frontalen Bewegungsformen.
Zielstellung: Die biomechanische Bewegungskontrolle der Landephase lateraler DVZ-Bewegungen wurde bisher nur unzureichend untersucht. Daher ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit die zentralen neuromuskulären und kinematischen Mechanismen der Bewegungskontrolle während der initialen Bodenkontaktphase lateraler DVZ-Sprünge zu identifizieren. In einem ersten Ansatz wurden diese Mechanismen unter Dehnbelastungs-variation induziert durch unterschiedliche Sprungdistanzen untersucht. Im folgenden Schritt wurden bewegungsspezifische biomechanische Adaptationen während der initialen Bodenkontaktphase von lateralen DVZ-Sprüngen mit denen lateraler Landungen verglichen. Der dritte Forschungsansatz ermittelte, ob medial kompressible Vorfußsohlenelemente in Basketballschuhen die Sprunggelenksinversion in lateralen DVZ-Sprüngen reduzieren können.
Methoden: Parameter der kinematischen und muskulären Bewegungskontrolle sowie der Gelenkbelastung der unteren Extremität wurden in lateralen DVZ-Sprüngen und lateralen Landungen mittels eines 3-D Bewegungsanalyseverfahrens und der Elektromyographie analysiert. In allen drei Untersuchungen wurden die Bewegungen von vier Sprungdistanzen durchgeführt, um den Einfluss der Belastungsvariation auf die biomechanische Adaptationen der unteren Extremität untersuchen zu können.
Ergebnisse: Die höhere Belastung der unteren Extremität durch Steigerung der Sprungdistanz bedingte in lateralen DVZ-Sprüngen größere sagittale Knie- und Hüftgelenksflexionen, eine höhere muskuläre Aktivität der Oberschenkelmuskeln sowie einen exorotierteren Fußaufsatz. Diese Parameter waren ebenfalls in lateralen DVZ-Sprüngen höher als in lateralen Landungen. In diesem Bewegungsvergleich unterlag die untere Extremität in lateralen DVZ-Sprüngen während der initialen Bodenkontaktphase höheren Bodenreaktionskräften und Gelenkmomenten als in lateralen Landungen. Der bewegungsspezifische Vergleich zeigte zudem, dass die initialen Bodenreaktionskräfte in lateralen DVZ-Sprüngen im Gegensatz zu lateralen Landungen in allen Sprungdistanzen konstant hoch waren. Hierdurch wurden in lateralen DVZ-Sprüngen konstant hohe sagittale und frontale Sprunggelenksmomente in allen Sprungdistanzen bedingt. In lateralen Ladungen nahmen diese wie die initialen Bodenreaktionskräfte mit Steigerung der Dehnbelastung zu. Der Schuh mit kompressiblem Vorfußsohlenelement reduzierte die Inversion und benötigte eine verminderte Muskelaktivität der lateralen Unterschenkelmuskulatur im Vergleich zum Referenzschuh. Mit diesem modifizierten Schuh konnte zudem ein geringer exorotierter Fußaufsatz als mit dem Referenzschuh realisiert werden.
Fazit: Die Fußpositionierung stellt einen zentralen Parameter für die Bewegungskontrolle lateraler Bewegungen dar. Die Erhöhung der Exorotation des Fußes bei größerer Belastung ermöglicht die Verlagerung der Belastungskompensation von der Frontal- in die verletzungsunanfälligere Sagittalebene der unteren Extremität. Daher beruht in lateralen DVZ-Sprüngen die Belastungskompensation auf den sagittalen Hüft- und Knieflexionen sowie auf neuromuskulären Adaptationen der Oberschenkelmuskeln. Die Kenntnis bewegungsspezifischer Belastungscharakteristiken und Anpassungen der Bewegungskontrolle während lateraler Landephasen können zur Entwicklung von Trainingsprogrammen zur Verbesserung lateraler Landetechniken eingesetzt werden. Medial kompressible Vorfußsohlenelemente könnten zudem einen Beitrag leisten, das Risiko einer lateralen Sprunggelenksdistorsion in seitlich ausgeführten Bewegungen zu reduzieren.


Kurzfassung in Englisch

Introduction: Frontal plane movements such as cuttings, side-steps, or direction changing maneuvers are integral components of many team sports. These movements have in common that they are generally performed as a Stretch Shortening Cycle (SSC) conducted to the side. The classical SSC model considers primarily sagittal flexion-extension motions, and thus describes neuromuscular as well as mechanical motor control and performance characteristics of the lower extremity in that plane. In contrast to classical SSC movements, lateral SSCs are characterized by frontal joint excursions. Due to ankle and knee joint anatomy as well as influenced by lower extremity muscle anatomy it is more difficult to control frontal joint excursions in comparison to sagittal ones. The resultant limited ability to control lateral loading reflects in high incidences of ankle and knee joint injuries during the landing phase of sideward movements.

Aim of the study: Motor control strategies during the initial impact phase of lateral SSC movements have so far not received sufficient attention. Therefore, it is the aim of this thesis to identify central neuromuscular and kinematic mechanisms determining motor control during the initial impact phase of lateral SSC jumps. In a first approach those mechanisms were investigated under stretch-load variation induced by different jumping distances. In the preceding step task-specific neuromuscular and kinematic adjustments during the initial impact phase of lateral SSC jumps were compared to those adjustments in lateral landings. A third approach analyzed if compressible forefoot sole elements in basketball shoes were capable to reduce ankle inversion in lateral SSC jumps.

Methods: Kinematic and neuromuscular motor control parameters and joint loading of the lower extremity during the initial impact phase of lateral SSC jumps and lateral landings were analyzed by 3-D motion analysis and by electromyography. In all three investigations lateral SSC jumps, respectively lateral landings were performed from four distances in order to investigate the influence of load variation on biomechanical adjustments of the lower extremity.

Results: Higher loading induced by increased jumping distances required in lateral SSC jumps greater sagittal knee and hip joint excursions, higher upper leg muscle activity, and a further exorotated foot placement. These parameters were also higher in lateral SSC jumps than in lateral landings. In this task comparison the lower extremity was in lateral SSC jumps exposed to higher initial impact forces and joint moments than in lateral landings. Moreover, the task comparison revealed that initial impact forces in lateral SSC jumps were in contrast to lateral landings equally high in all stretch-load conditions. This characteristic caused in lateral SSC jumps constantly high sagittal and frontal ankle joint moments in all stretch-load conditions. In lateral landings however, ankle joint moments as well as the initial impact forces increased with stretch-load.
The shoe containing compressible forefoot sole elements reduced inversion in lateral SSC jumps, and required lower lateral shank muscle activity in comparison to the reference shoe. With this shoe a less exorotated foot placement than with the reference shoe could be realized.

Conclusion: Foot placement marks a significant parameter for motor control of lateral movements. Thus, increasing foot exorotation under high load conditions may be seen as a central strategy in lateral movements to shift load compensation from the frontal to the sagittal plane, which is less prone to injury. Hence, load compensation in lateral SSC jumps relies on sagittal knee and hip joint flexions and on upper leg neuromuscular adjustments. The knowledge of task-specific loading and motor control adjustments during lateral landing phases can be employed to develop training programs in order to improve sideward landing techniques. Such programs could contribute to injury prevention in frontal plane movements.
Special shoe sole constructions containing medial compressible forefoot elements might help to reduce the lateral ankle sprain risk during frontal plane movements.


SWD-Schlagwörter: Sprung , Biomechanik , Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus
Freie Schlagwörter (deutsch): laterale Sprünge
Freie Schlagwörter (englisch): lateral jumps
Institut: Institut für Sport und Sportwissenschaft
Fakultät: Wirtschafts- und Verhaltenswissenschaftliche Fakultät
DDC-Sachgruppe: Freizeitgestaltung, Darstellende Kunst
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Gollhofer, Albert (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.03.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 20.05.2011
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