Klinische Biomechanik im Sport

Originale AutorinWanda van Niekerk basierend auf dem Kurs von Ian Gatt
Top-Beitragende Wanda van Niekerk, Jess Bell und Kim Jackson

Einleitung(edit | edit source)

Die klinische Biomechanik kann zur Verbesserung der sportlichen Leistung und zur Verringerung von Verletzungen im Sport eingesetzt werden. Bei verschiedenen Sportarten und Übungen wird eine breite Palette von Techniken wie Computersimulationen, Messungen und mathematische Modellierung eingesetzt.

Biomechanik – Definitionen ( edit | edit source )

Biomechanik ist die Lehre der Struktur und Funktion biologischer Systeme mit Hilfe der Methoden der Mechanik.(1) Eine für Sportkliniker relevantere Definition lautet:(1)

„Die Anwendung mechanischer Prinzipien bei der Erforschung lebender Organismen“.

Die Sportbiomechanik umfasst den Bereich der Wissenschaft, der sich mit der Analyse der Mechanik menschlicher Bewegungen befasst.(1) Sie bezieht sich auf die Beschreibung, detaillierte Analyse und Beurteilung menschlicher Bewegungen während sportlicher Aktivitäten.(2) Die Mechanik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit der Beschreibung von Bewegung und der Art und Weise befasst, wie Kräfte Bewegung erzeugen. Mit anderen Worten, die Sportbiomechanik ist die Wissenschaft, die erklärt, wie und warum sich der menschliche Körper so bewegt, wie er es tut. Im Bereich Sport und Training wird diese Definition häufig erweitert, um auch die Interaktion zwischen dem Sportler und seiner Ausrüstung und Umgebung zu berücksichtigen.

Die Biomechanik wird traditionell unterteilt in die Bereiche(1):

  1. Kinematik – ein Zweig der Mechanik, der sich mit der Geometrie der Bewegung von Objekten befasst, einschließlich Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung, ohne die Kräfte zu berücksichtigen, die die Bewegung erzeugen. Es ist die Lehre von der Beschreibung der Bewegung.
  2. Kinetik – Lehre von den Beziehungen zwischen dem auf einen Körper wirkenden Kräftesystem und den dadurch verursachten Veränderungen der Körperbewegung. Es handelt sich um die Lehre der Kräfte und Drehmomente, die die Bewegung eines Körpers verursachen.

In Bezug auf diese Bereiche werden bei der Beschreibung der Biomechanik skelettale, muskuläre und neurologische Aspekte berücksichtigt.(2)

Anwendungen der Biomechanik ( edit | edit source )

  • Orthopädische Biomechanik(5)
    • Entwurf von künstlichen Gliedmaßen, Gelenken und Orthesen zur Verbesserung der funktionellen Bewegung
    • Erforschung von natürlichen und künstlichen biologischen Geweben
  • Biomechanik am Arbeitsplatz(6)
    • Ergonomie und menschliche Faktoren
    • Verringerung von Verletzungen am Arbeitsplatz
  • Biomechanik anderer biologischer Systeme(7)
    • Vergleichende Biomechanik (z. B. Fortbewegung bei Tieren)
    • Leistung bei Pferderennen
  • Sportbiomechanik
    • Traditionell zielt die Sportbiomechanik auf Folgendes ab:(8)
      • Verbesserung der Leistung
      • Behandlung und Vorbeugung von Verletzungen
    • Einige der Bereiche, in denen die Biomechanik zur Verbesserung der Leistung oder zur Vorbeugung von Problemen im Sport eingesetzt wird, sind:
      • Identifizierung der optimalen Technik zur Verbesserung der sportlichen Leistung
      • Analyse der Körperbelastung, um die sicherste Art und Weise zu finden, eine bestimmte Sportart oder Trainingsaufgabe auszuführen
      • Beurteilung der Muskelrekrutierung und -belastung
      • Analyse von Sport- und Trainingsausrüstung und deren Gestaltung (z. B. Schuhe, Beläge, Schläger, Keulen, Helme, Fahrräder)

Prinzipien der Biomechanik ( edit | edit source )

Die Kenntnis verschiedener biomechanischer Begriffe und Prinzipien ist nützlich, wenn man die Rolle der Biomechanik in Sport und Bewegung betrachtet. Lesen Sie hier mehr über diese Prinzipien wie Kraft, Drehmoment, die Newtonschen Bewegungsgesetze, Impuls, Schwerpunkt und Gleichgewicht: Principles of Biomechanics.

(9)

Korrekte Biomechanik ( edit | edit source )

  • Eine korrekte Biomechanik ermöglicht effiziente Bewegungen und kann das Verletzungsrisiko verringern.(2)
  • Eine abnormale oder fehlerhafte Biomechanik im Sport kann ein möglicher Grund für Verletzungen sein
  • Abnormale Biomechanik kann das Ergebnis anatomischer oder funktioneller Anomalien sein

In der Biomechanik werden häufig verschiedene Bewegungsebenen und Bewegungsachsen verwendet. Schauen Sie sich dieses Video an, um Ihr Gedächtnis aufzufrischen:

(10)

Eine falsche Technik kann zu einer abnormalen Biomechanik führen, die wiederum zu Verletzungen führen kann. Einige Beispiele für den Zusammenhang zwischen Technik und damit verbundenen Verletzungen sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Sportart Technik Verletzung
Cricket(11) Gemischte Bowling-Aktion Stressfrakturen der Pars interarticularis
Tennis(12) Übermäßiger Einsatz des Handgelenks bei der Rückhand Tendinopathie der Extensoren am Ellenbogen
Schwimmen(13) Verminderte Außenrotation der Schulter Tendinopathie der Rotatorenmanschette
Laufen(14) Anteriore Beckenkippung Verletzungen der Hamstrings
Rudern(15) Wechsel von der Steuerbord- zur Backbordseite Stressfrakturen der Rippen
Ballett(16) Mangelhaftes Auswärts (Turnout) Hüftverletzungen

Lesen Sie mehr:

Beispiele für den Einfluss der Biomechanik im Sport ( edit | edit source )

Laufen(edit | edit source)

Radsport(edit | edit source)

  • Das Ziel der auf den Radsport angewandten Biomechanik besteht darin, die Interaktion des Radfahrers mit dem Fahrrad zu verbessern, indem der Komfort der Position (Haltung) und die Effizienz (Tretbewegung) gesteigert werden.
  • Lesen Sie mehr:

Tennis(edit | edit source)

  • Die Biomechanik der Schlag- und Aufschlagtechniken im Tennis ist komplex. Auch die Wahl der Ausrüstung, z. B. des Schlägers und der verschiedenen Beläge, trägt zu dieser Komplexität bei. Die Kräfte, die durch den Aufprall von Ball und Schläger bei verschiedenen und sich wiederholenden Schlägen entstehen, können zu Überlastungsverletzungen der oberen Extremitäten führen, und die Wechselwirkungen zwischen Spieler und Belag führen häufig zu akuten Verletzungen der unteren Extremitäten.(19)
  • Lesen Sie mehr:

Baseball(edit | edit source)

  • Bei einem Spieler, der eine falsche Wurf- oder Pitching-Biomechanik aufweist, werden Ellbogen und Schulter stärker belastet, was zu einem erhöhten Verletzungsrisiko führt.
  • Biomechanische Analysen des Wurfs können Probleme bei der Leistung und bei Verletzungen aufzeigen, und es ist wichtig, dass Kliniker diese Biomechanik verstehen.(21)
  • Lesen Sie mehr:

Golf(edit | edit source)

  • Kliniker, die mit Golfspielern arbeiten, müssen einige wichtige Faktoren im Zusammenhang mit dem Golfschwung verstehen, damit sie Tests, Rehabilitationsmaßnahmen und Trainingsvorgaben entsprechend ausrichten können.(22) Zu diesen Faktoren können gehören:
    • Der X-Faktor – Rotation der Brustwirbelsäule im Verhältnis zum Becken am Endpunkt des Rückschwungs
    • Die X-Faktor-Dehnung (X-Factor Stretch) – maximaler X-Faktor, der zu Beginn des Abschwungs auftritt, wenn das Becken als erstes beginnt, sich wieder in Richtung des Ziels zu drehen
    • Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die Schlagweite verlängern lässt, wenn der X-Faktor (der Rotationsabstand zwischen Becken und Oberkörper) vergrößert wird
    • Die Auswirkungen der Bodenreaktionskräfte beim Golfschwung

Boxen(edit | edit source)

Haken beim Boxen

  • Die beiden wichtigsten Schläge im Boxen sind:
    • Haken
    • Gerader Schlag
  • Dinu et al.(23) untersuchten die Biomechanik von Cross, Hook und Uppercut zwischen zwei Eliteboxgruppen (Senioren und Junioren). Die Autoren berichteten Folgendes(23):
    • Der Ellbogen trug am meisten zum Cross bei, einem Schlag mit geradem Arm.
    • Die Schulter trug am meisten zu Hook und Uppercut bei, bei denen es sich um Schläge mit gebeugtem Arm handelt (Haken)
    • Bei Junioren-Eliteboxern war der Beitrag der Schulter bei allen drei Schlägen (Cross, Uppercut und Hook) höher als bei Seniorenboxern, was darauf hindeutet, dass die Schulter bei unerfahrenen Boxern mehr Bewegung aufweist als bei erfahrenen Boxern.
  • Biomechanische Untersuchungen wie diese liefern Klinikern und Sportlern wertvolle Informationen zur Verbesserung der Leistung und zur Verfeinerung von Trainings- und Rehabilitationsmaßnahmen. Außerdem lässt sich so besser verstehen, warum bestimmte Arten von Verletzungen auftreten.

Die Perspektive eines Klinikers und seine Erfahrungen mit der klinischen Anwendung der Biomechanik im Boxsport ( edit | edit source )

Kräfte, die auf das Karpometakarpalgelenk wirken

Ein weiteres Beispiel für den Nutzen der Biomechanik für Kliniker sind Hand- und Handgelenksverletzungen beim Boxen. Verletzungen der Hand und des Handgelenks machen 6 bis 35 % aller Boxverletzungen in Training und Wettkampf aus. Die häufigste Verletzung ist die karpometakarpale Instabilität der Hand. Diese Verletzung führt auch zu den meisten Trainingsausfällen.(24)(25)

Verletzungsmechanismus des Karpometakarpalgelenks

In den Abbildungen wird der Verletzungsmechanismus des Karpometakarpalgelenks an der Hand eines Boxers erläutert. Die gelbe Linie steht für den Mittelhandknochen, die blaue Linie für die Handwurzelknochen. Der dunkelblaue Bogen stellt die dorsalen Ligamente dar. Die roten Pfeile stehen für die einwirkenden Kräfte und die goldenen Pfeile für die Restkräfte. Wenn der Boxer einen Schlag ausführt, bei dem sich der Mittelhandknochen in einer schlechten oder ungünstigen Position befindet, führen die Kräfte zu Verletzungen wie Instabilität.

Ein Sportphysiotherapeut versucht, die Technik des Wickelns der Hände beim Boxen und den Zusammenhang mit Verletzungen zu verstehen ( edit | edit source )

Methodik der Messung der Handgelenkkinematik

Die Untersuchung der Handgelenkskinematik beim Boxen ist eine einzigartige Angelegenheit. Der Grund dafür ist, dass die verschiedenen Kameratechnologien, die normalerweise in der Biomechanik verwendet werden, nicht eingesetzt werden können, da die Hand in Bandagen eingewickelt und in einem Boxhandschuh ist. Mit einer Kamera können keine genauen Messungen der spezifischen Bewegungen durchgeführt werden.

Ein wichtiger Aspekt bei biomechanischen Bewertungen ist die Ausrüstung. Welche Geräte stehen zur Verfügung und sind sie für den vorgesehenen Zweck geeignet? Ist die Ausrüstung gültig und zuverlässig? Eine neuartige Methode zur Bestimmung der Handgelenkswinkel beim Boxen unter Verwendung eines elektromagnetischen Tracking-Systems wurde von Gatt et al.(26) angewandt und hat sich als zuverlässig und valide erwiesen.

Lesen Sie den vollständigen Artikel hier: Accuracy and repeatability of wrist joint angles in boxing using an electromagnetic tracking system .(26)

Diese zuverlässige und gültige Methode wurde dann zur Untersuchung der Handgelenkskinematik beim Aufprall für die Führhandschläge bei Hook und Jab im Boxen angewendet. Es wurde festgestellt, dass bei Eliteboxern, die auf einen Sandsack schlagen, sowohl beim Hook (> 30% der gesamten Handgelenksbewegung) als auch beim Jab (> 20% der gesamten Handgelenksbewegung) eine Ulnoflexion auftrat.(27) Mit diesem Ergebnis wird klar, dass beim Aufprall im Handgelenk nicht nur eine Flexion, sondern auch eine ulnare Abduktion stattfindet. Diese Kombination wird als Dart-Wurf-Bewegung („Dart-Throwing Motion“ – DTM) bezeichnet, bei der es sich um eine normative biaxiale Bewegung handelt. Dies gibt Aufschluss darüber, warum bestimmte Handgelenksverletzungen auf der ulnaren Seite durch Kompression und auf der radialen Seite durch einen zugartigen Mechanismus entstehen.(27)

Lesen Sie den vollständigen Artikel hier: Quantifying wrist angular excursion on impact for Jab and Hook lead arm shots in boxing .(27)

Die Biomechanik im Sport liefert Klinikern, Trainern und Forschern wichtige Informationen und Erkenntnisse. Beispielsweise kann die Quantifizierung der Winkelauslenkung des Handgelenks beim Aufprall Aufschluss über verschiedene Arten von Bandagierungstechniken geben, die beim Boxen angewandt werden können, um Verletzungen vorzubeugen oder das Verletzungsrisiko zu verringern.

Messmethoden in der Biomechanik ( edit | edit source )

Biomechanische Tests können im Labor oder auf dem Feld, während des Trainings oder im Wettkampf durchgeführt werden. Die Art der Sportart und die Fähigkeiten der Sportart bestimmen die erforderlichen Testverfahren. Der Trainer, der Kliniker und/oder der Athlet müssen in den Problemlösungsprozess einbezogen werden, um wertvolle und relevante Informationen über das zu behandelnde Problem zu erhalten.

  • Bewegungserfassung (Motion Capture)(28)
    • Dreidimensionale Bewegungsanalyse
    • Geeignet für viele Sportarten mit komplexen Bewegungen
    • Erfasst komplexe Prozesse menschlicher Bewegung, die mit dem menschlichen Auge nicht zu erkennen sind, und quantifiziert die Bewegungsmerkmale
  • Beschleunigungsmesser (Akzelerometer), Gyroskope und Laser(29)(30)
    • Werden verwendet, um die technischen Merkmale der Bewegung eines Sportlers zu bestimmen
  • Kraftplattformen(31)
    • Kraftmessplattenanalyse
    • Wird für das Gehen, Laufen und Landen verwendet
    • Nützlich zur Bestimmung von Aufprall-, Brems- und Antriebskräften
    • Nützlich zur Bestimmung der Gewichtsverlagerung bei dynamischen Aktivitäten
    • Nützlich für die Berechnung der Gelenkkinetik
  • Elektromyographie(32)
    • Zur Messung der Muskelaktivität
  • Hochgeschwindigkeits-Videoanalyse(33)
    • Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras zur Analyse von Hochgeschwindigkeitsbewegungen und Aufprall
  • Wettkampfanalyse(34)
    • Leistungsvariablen eines Athleten werden gemessen, z. B. Zwischenzeiten, Schrittlänge oder Schrittfrequenz, Schlaglänge oder Schlagfrequenz

Abschließende Überlegungen ( edit | edit source )

  • Biomechanik – Kinetik und Kinematik berücksichtigen
  • Nutzung der Biomechanik zur Beeinflussung und Beurteilung von Verletzungen und Leistung
  • Sportliche Bedeutung – diese muss für die Sportart relevant und für die Untersuchung oder Beurteilung praktikabel sein
  • Möglichkeit der Live- und retrospektiven Analyse je nach Technologie und Personalressourcen

Ressourcen(edit | edit source)

Referenzen(edit | edit source)

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