Einfluss unterschiedlicher Schrittfrequenzen beim Laufen auf die Gelenkkinematik und Gelenkkinetik

Ziel der Dissertation war es, das Verständnis der neuromuskulären und mechanischen Prozesse beim Laufen zu verbessern. Es sollte dadurch erklärt werden, warum es bei jedem Läufer bei konstanter Laufgeschwindigkeit eine individuell optimale Schrittfrequenz gibt, die den Sauerstoffverbrauch minimiert. Studie 1 beschäftigte sich mit der Analyse der Gelenkkinematik, den vertikalen Bodenreaktionskräften und den Muskelaktivitäten der unteren Extremität (tibialis ant.; gastrocnemii; vastus lat.; hamstring) von 12 Läuferinnen bei drei Laufgeschwindigkeiten (2.5m/s, 3.0m/s, 3.5m/s) und drei Schrittfrequenzen (selbst gewählte, ±10%). Die Ergebnisse zeigten weder durch eine Variation der Schrittfrequenzen noch bei einem Geschwindigkeitsanstieg eine deutliche Veränderung der Beinsteifigkeit. Vermutete Zusammenhänge zwischen den EMG-Aktivitäten und der Beinsteifigkeit blieben aus oder waren nur sehr schwach. Aufgetretene Unterschiede der kinematischen Parameter und der vertikalen Kräfte konnten nur zum Teil durch die EMG-Aktivitäten erklärt werden. Da Veränderungen der Kinematik auch Änderungen der Kraft-Längen- und Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung mit sich bringen und somit die Muskelkrafterzeugung beeinflussen, wurde diskutiert, dass sich der aktive Zustand der Muskeln möglicherweise nicht änderte, obwohl eine Veränderung in der Kinematik bzw. den Kräften existierte. Es wurde auch die Möglichkeit in Betracht gezogen, dass die Anpassung an die veränderten Schrittfrequenzen durch den Einsatz nicht abgeleiteter Muskeln erfolgte. Studie 2 ging detaillierter auf die Kinetik der unteren Extremität ein und ergänzte die EMG-Analyse durch den M. rectus femoris und den M. soleus. Bei 3.0m/s liefen 10 Läuferinnen bei acht Schrittfrequenzen. Analysiert wurden die mechanische Arbeit und Leistung von Sprung,- Knie- und Hüftgelenk sowie die Sprung- und Kniegelenkssteifigkeit. Zielsetzung hierbei war die Identifikation eines mechanisch „optimalen“ Laufstils. Die Ergebnisse zeigten ebenfalls keine oder nur sehr geringe Zusammenhänge zwischen den untersuchten Gelenksteifigkeiten und den Summenaktivitäten der Muskeln der unteren Extremität. Aus der Analyse der Sprung- und Kniegelenksteifigkeit konnte nicht abgeleitet werden, warum bei oder nahe der selbst gewählten Schrittfrequenz eine maximale Laufökonomie besteht. Es wurde diskutiert, dass die Konstanz der Steifigkeiten möglicherweise ein Schutzmechanismus des Körpers vor Verletzungen darstellt. Die Analyse der mechanischen Arbeit und Leistung führte zur Identifikation von zwei Optimierungsstrategien innerhalb des ökonomischen Frequenzbereiches. Dies war a) die Optimierung des prozentualen Anteils der negativen Arbeit der Antriebe an der Gesamtarbeit am Sprunggelenk und b) die Minimierung der mechanischen Leistung am Hüftgelenk. Durch weitere Analysen der mechanischen Arbeit und Leistung müssen diese Optimierungsstrategien bei Probandinnen mit unterschiedlichem Niveau verifiziert oder falsifiziert werden.