der einfluss von Körperposition und sportlicher Aktivität auf die Fußdimension

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KöRpeRpOsItION uNd FussdImeNsION

90 deutsche ZeItschRIFt FüR spORtmedIZIN Jahrgang 60, Nr. 4 (2009)

Introduction: By means of a 3D foot scanner the influence of body position and endurance running was examined. Thereby, the suitability of the scanner for inter- vention studies was determined. Furthermore, the influence of gender and activity level was tested.

Methods: In the first part of the study the feet of 20 subjects (10 females and 10 males) were scanned after 10, 20, and 30min of upright standing. In the second part 23 subjects with different sports activity level performed 30min of endurance running. Foot dimensions pre and post were measured and compared.

Results: The scanner is suitable for the measurement of foot dimension changes.

It provides accurate data for different foot dimensions. The usage of the device is recommended as it provides more detailed information compared to methods working with water displacement and is convenient for usage. 30min of upright standing results in an increase of foot volume (1.4%; p<0.01) in women. Thereby, an increase in foot breadth and ball girth circumference was determined. 30min endurance run leads to an increase in foot volume of 2.2% (p<0.01) in male subjects. A significant increase in foot length, heel breadth, instep and ball girth circumference was examined. No differences were observed between subjects having a low and a high activity level.

Discussion and Conclusion: The increases of foot volume are in agreement with the findings of McWorther et al. (2003) and Cloughly et al. (1995). Further research should examine the areas with increased foot dimensions, especially considering the development of proper footwear, e.g. the relevance of foot volume increases during the day.

Key words: Functional fit, measurement methodology, sport

Bei der Entwicklung von Sportschuhen müssen mehrere Ziele be- rücksichtigt werden: Verletzungsprophylaxe, Sportartentauglich- keit und Komfort des Schuhes.

Auswahl und Kauf eines Sportschuhs erfolgen neben seiner Funktionalität auch aufgrund seines Komforts. Innerhalb der Kom- fortbewertung spielt neben Dämpfungseigenschaften und Fußkli- ma die Passform eine wesentliche Rolle (13). Die Passform ist beim Kauf eines Schuhs das Hauptkriterium des potentiellen Käufers, da diese häufig nicht exakt zur individuellen Fußform passt. Eine zu

enge Passform kann bei einem breiten Fuß zu Fußdeformationen wie z. B. Hallux valgus führen (11).

Durch Mehrweitensysteme und Sport-Maßschuhe wird in der Schuhindustrie versucht die aktuell zunehmende Bedeutung der Passform zu berücksichtigen (20).

Die Bewertung der Passform hängt nicht nur von der Anatomie des Fußes ab, sondern auch von der subjektiven Wahrnehmung und Erfahrungswerten (7).

Im Alltagsbereich und in verschiedenen Sportarten gibt es unterschiedliche Anforderungen an die Passform eines Schuhs.

Dabei muss der Begriff Passform auf den Begriff der Funktionalen

summARy ZusAmmeNFAssuNG

Kunde S, Sterzing T, Milani TL

der einfluss von Körperposition und

sportlicher Aktivität auf die Fußdimension

Influence of Body Position and Sports Activity onto Foot Dimension

Technische Universität Chemnitz, Institut für Sportwissenschaft, Bewegungswissenschaft

eINLeItuNG

Einleitung: Mit Hilfe eines 3D Fußscanners wurde der Einfluss von Körperposition und Ausdauerlaufen auf Fußdimensionen ermittelt und die Eignung des Gerätes für Interventionsstudien untersucht. Darüber hinaus wurde der Einfluss von Geschlecht und Trainingszustand betrachtet.

Methoden: Im ersten Teil der Studie wurden bei 20 Probanden (10 Frauen und 10 Männern) nach 10, 20 und 30minütigem Stehen Fußscans durchgeführt. Im zweiten Teil der Studie führten 23 Männer – eingeteilt nach ihrer sportlichen Aktivität – einen 30minütigen Ausdauerlauf durch. Die Fußdimensionen vor und nach dem Lauf wurden erfasst und vergleichend analysiert.

Ergebnisse: Der 3D Fußscanner hat sich als geeignetes Messinstrument für Interventionsstudien bewährt. Er liefert präzise Daten bezüglich der Fußdimensionen und sollte aufgrund seines größeren Informationsgehalts im Vergleich zur Methode der Wasserverdrängung vermehrt zur Anwendung kommen. 30minütiges Stehen führt nur bei Frauen zu einer Erhöhung des Fußvolumens (1.4%; p<0.01). Dabei sind Zunahmen in der Fußbreite und im Ballenumfang feststellbar. Ein 30minütiger Ausdauerlauf führt bei Männern zu einer Fußvolumenerhöhung von 2.2% (p<0.01). Hier kommt es zu signifikanten Zunahmen in Fußlänge, Fersenbreite, Spann- und Ballenumfang. Es konnten keine Unterschiede zwischen Personen mit geringer und hoher sportlicher Aktivität festgestellt werden.

Diskussion und Ausblick: Die ermittelten Fußvolumenzunahmen stehen in Übereinstimmung mit den Erkenntnissen von McWorther et al. (2003) und Cloughly et al. (1995). Die Bereiche der Größenzunahme am Fuß sollten in Zukunft, insbesondere vor dem Hintergrund geeigneten Schuhwerks, weiter untersucht werden, z.B. die Relevanz nach größeren Fußvolumenzunahmen im Laufe eines Tages.

Schlüsselwörter: Funktionale Passform, Messmethodik, Sport

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Passform erweitert werden, da dieser neben der Fußmorphologie weitere Aspekte wie das Individuum und den Anwendungsbereich bzw. die Funktionalität berücksichtigt. Die Passform kann nicht al- lein anhand der Fußmorphologie bestimmt werden, sondern muss dem speziellen Anwendungsbereich z.B. beim Laufen angepasst werden. Der Schuh hat die Funktion, den Läufer bei seiner Bewe- gung optimal zu unterstützen und sollte somit im Vorfußbereich 1- 2 cm Platz haben, während z.B. bei Fußballschuhen eine eher enge Passform gefordert wird.

Des Weiteren spielt die individuelle Sensorik, Wahrnehmung und Präferenz sowie geographische Unterschiede (6) eine entschei- dende Rolle, da die Passform durch die Person bewertet wird.

Bezüglich der Fußmorphologie zeigte Krauss (2006), dass es geschlechtsspezifische Unterschiede gibt. Frauen haben schmalere Füße als Männer (8). Auch die Füße von Kindern sind bezüglich der Fußmorphologie sehr individuell. Mauch (2007) nahm eine Typisie- rung von Kinderfüßen vor und konnte drei schuhspezifische Typen (voluminös, intermediär und schlank) herausarbeiten (9).

Die Fußmorphologie ist somit hochindividuell. Zudem unter- liegt die Fußdimension temporären Schwankungen.

Noddeland et al. (1988) konnten eine Zunahme des Fußvolu- mens um 5.7% nach acht Stunden Sitzen aufzeigen (12). Im Laufe des Tages wird eine Zunahme von durchschnittlich 5% beobachtet (14). Stick et al. (1985) stellten während 20minütigem Stehen eine Volumenzunahme in der Wadenmuskulatur (1.1%) fest (19).

Während der Schwangerschaft kommt es ebenfalls zu Erhö- hungen im Fußvolumen (21). Dabei wird von Zunahmen im Fuß- volumen (9.4%) sowie der Fußlänge (0.7%) und Fußbreite (2.1%) berichtet. Die Fußhöhe hingegen nahm geringfügig ab (-0.1%). Als Ursachen diskutieren die Autoren u. a. die vermehrte Flüssigkeits- einlagerung während der Schwangerschaft und hormonelle Verän- derungen.

Temporäre Veränderungen der Fußdimensionen sind auch nach sportlicher Aktivität messbar. Der Einfluss von sportlichen Aktivitäten auf das Fußvolumen wurde mehrfach untersucht (4,5,10). Chalk et al. (1995) stellten bei Volleyballspielerinnen nach intensivem Balltraining keine Veränderungen im Fußvolumen fest (4).

Im Gegensatz dazu konnten McWorther et al. (2003) und Cloughly et al. (1995) zeigen, dass es nach Gehen und Laufen zu einer Fußvolumenzunahme kommt (10,5). Hierbei waren stärkere Anstiege nach dem Laufen im Vergleich zum Gehen zu verzeichnen. Eine Fußvolumenzunahme von 1.5% wurde nach 10minü- tigem Gehen bzw. 3% nach 10minütigem Laufen gemessen (10).

Dabei zeigten nur Frauen nach dem Gehen eine signifikante Zu- nahme. Die Autoren unterteilten in ihren Studien die Probanden nicht in unterschiedliche Aktivitätsniveaus (5, 10).

McWorther et al. (2003) stellten zudem fest, dass das jeweilige Schuhwerk Einfluss auf das Fußvolumen hat; enge Schuhe behin- dern beim Tragen die Ausdehnung des Fußes (10).

Die Erhöhungen im Fußvolumen nach körperlicher Belastung können mit einer Blutumverteilung in die arbeitende Muskulatur begründet werden (10). Der gesteigerte Blutfluss bewirkt eine Um- lagerung der Kapillarflüssigkeit in die interstitiellen Zwischenräu- me. In mehreren Studien konnte bestätigt werden, dass es nach körperlichen Betätigungen zu einer Erhöhung des interstitiellen und intrazellularen Flüssigkeitsvolumens kommt (1,16,18).

In den diskutierten Studien erfolgte die Ermittlung des Fußvo- lumens mithilfe der Methode der Wasserverdrängung. In der vor-

liegenden Studie wird zur Bestimmung der Fußdimensionen ein 3D Fußscanner eingesetzt. Es soll u.a. untersucht werden, inwieweit der Fußscanner auch für Fußvolumenberechnungen bzw. für Inter- ventionsstudien genutzt werden kann.

Dafür wurde vorab der Fußscanner auf Validität und Relia- bilität hinsichtlich der Messung von Körpervolumina (allgemein) und der Messung des Volumens eines Leistens ( fußspezifisch) getestet. Dabei zeigte sich, dass Wiederholungsmessungen zu über- einstimmenden Ergebnissen führen (MW 2325,71 cm³±1,35 cm³, COV Ø=0,06). Die Ergebnisse bezüglich des Leistenvolumens er- geben beim Einsatz des Fußscanners (MW: 871,825 cm³±0,70 cm³, COV Ø=0,08) im Vergleich zur Methode der Wasserverdrängung (872,449 cm³) eine maximale Abweichung von 0.2%. Es zeigt sich, dass das verwendete 3D Foot Scanning System für die Erfassung des Volumens von rechteckigen Körpern bzw. eines Leistens valide und reliabel ist.

In der vorliegenden Studie wurde die Eignung des Fußscanners bei Interventionsmessungen sowie der Einfluss von Körperposition und eines Ausdauerlaufs auf Fußdimensionen untersucht. Darüber hinaus wird der Einfluss des Geschlechts und des sportlichen Akti- vitätsniveaus auf die erfassten Parameter bestimmt.

mAteRIAL uNd methOdeN

Die Fußdimensionsmessungen erfolgten mittels des Infoot 3D Foot Scanning System (I-Ware Laboratory Co. Ltd, Osaka, Japan). Ge- scannt wurde jeweils ein Fuß dreimal (in gleicher Position) hinterei- nander mit halbem Körpergewicht. Das Fußvolumen wurde mittels der Software Rhinoceros 3.0 (McNeel, Seattle, WA, USA) berechnet.

Zur Auswertung für die statistische Analyse wurden die Messdaten ausgewählt, die den geringsten COV aus 4 Kombinationen (alle 3, 1- 2, 2-3, 1-3) aufwiesen. Im Anschluss erfolgte eine Mittelwertbildung der Messungen.

Zusätzlich wurden neben dem Fußvolumen die Fußmaße Fußlänge, Fuß- und Fersenbreite sowie Spann- und Ballenumfang ermittelt.

In Studie 1 wurde der Einfluss des Stehens im Anschluss an eine 15minütige Rückenlage untersucht. Es wurden 10 Frauen (Al- ter: 21.1±2.3 Jahre; Gewicht: 58.6±4.8 kg; Größe: 166.4±3.2 cm) und 10 Männer (Alter: 23.5±2.5 Jahre; Gewicht: 75.1±6.6 kg; Größe: 179.6

±6.5 cm) getestet. Zur Erfassung des Eingangswertes (t0) lagen die Probanden 15min in Rückenlage. Im Anschluss stand der Proband 30min in aufrechter Körperhaltung. Es wurde nach jeweils 10 (t1), 20 (t2) und 30 (t3) min der rechte Fuß gescannt. Zum Abschluss lag der Proband erneut 15min zur Erfassung des Endwertes (t4).

In Studie 2 wurde der Einfluss des Ausdauerlaufens auf die Fußdimensionen unter Berücksichtigung des Trainingszustandes untersucht. 23 männliche Probanden (Alter: 25.8±4.1 Jahre; Ge- wicht: 74.3±8.5 kg; Größe: 179.3±6.8 cm) wurden aufgrund ihrer sportlichen Aktivität in zwei Gruppen unterteilt: Probanden mit geringer sportlicher Aktivität (GSA: n =10) und Probanden mit hoher sportlicher Aktivität (HSA: n=13). Die Teilnehmer der Gruppe GSA betrieben im Durchschnitt 0.9 h (1h) pro Woche Sport, die Teilnehmer der Gruppe HSA durchschnittlich 7h ( 4h) pro Woche.

Die Eingangsmessung erfolgte nach 15 min Liegen in Rücken- lage. Anschließend wurden der linke und rechte Fuß der Proban- den gescannt (Prämessung). Dann führte der Proband einen Aus- dauerlauf von 30 min mit einer Herzfrequenz von ca. 140 bis 150

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Schlägen pro Minute bzw. einer Belastung der Stufe 13 („Ein wenig hart“) auf der Borg-Skala durch (3). Nach der Ausdauerbelastung erfolgte eine erneute Messung des Fußvolumens (Postmessung) beider Füße.

Als statistische Verfahren kamen die Varianzanalyse mit Mess- wiederholungen (Studie 1) und der gepaarte t-Test (Studie 2) zum Einsatz. Als Signifikanzniveau wurde p<0.05 angenommen.

eRGebNIsse

Bei Frauen führt Stehen bereits nach 10 min zu einer hochsigni- fikanten Erhöhung des Fußvolumens (p<0.01, t0=898,2 cm³, t1=907,1 cm³) (Abb.1). Nach 20min (t2=909,1 cm³) und 30 min (t3=910,3 cm³) Stehen kommt es zu keinen weiteren signifikanten Veränderungen. Nach 30 min Stehen wird das Maximum von 1.4%

Zunahme gemessen. Beim abschließenden Liegen (t4) sinkt das Fußvolumen signifikant (p<0.05, t4=901,4 cm³) im Vergleich zu t1, t2 und t3, bleibt aber im Vergleich zu t0 leicht erhöht. Bei Männern kam es hingegen zu keiner signifikanten Fußvolumenzunahme.

Die für beide Geschlechtergruppen hohe Streuung zeigt, dass große interindividuelle Unterschiede in der Fußvolumenentwick- lung existieren. Bei den Fußmaßen sind ebenfalls Zunahmen nach 30 min Stehen zu verzeichnen. Signifikante Veränderungen sind für die Fußbreite (1.1%) sowie den Ballenumfang (0,6%) erkennbar (alle p<0.05). Männer zeigen signifikante Veränderungen im Spannum- fang (-1,0%, p<0.05) und in der Fersenbreite (0,9%, p<0.01).

Der Einfluss von Sport auf Fußdimensionen wurde in Studie 2 untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine Fußvolumenvergrößerung nach dem Ausdauerlaufen (Abb.2). Die Erhöhung des Fußvolu- mens für das ausschließlich männliche Probandenkollektiv ist statistisch hochsignifikant und beträgt im Durchschnitt 2.2% (p<0.01, Fußvolumen prä: 1088,8 cm³, Fußvolumen post: 1113,0 cm³). Zwi- schen den Gruppen GSA und HSA gibt es keine statistischen Un- terschiede. Statistisch signifikante Erhöhungen zeigen sich in der Fußlänge (0,5%), Fersenbreite (0.9%), im Spannumfang (1.0%) und im Ballenumfang (0.6%) (alles linker Fuß, p<0.05).

dIsKussION uNd AusbLIcK

Es hat sich gezeigt, dass das Infoot 3D Foot Scanning System geeig- net und praktikabel für Fußdimensionsmessungen bzw. Interventi- onsstudien ist. Es wird jedoch empfohlen, drei Wiederholungsmes- sungen durchzuführen, um mögliche Messfehler ausschließen zu können.

Die Ergebnisse der vorliegenden Studie stehen in Überein- stimmung mit den Erkenntnissen von McWorther et al. (2003) und Cloughly et al. (1995) (5,10). Die geschlechtsspezifische Ausprä- gung wurde bereits bei McWorther et al. (2003) beschrieben (10).

Hier zeigen Frauen im Gegensatz zu Männern bereits beim Gehen eine Zunahme im Fußvolumen. Nach dem Laufen sind für beide Geschlechter Erhöhungen feststellbar.

Die vorliegende Studie konnte diese Beobachtungen bestäti- gen. Während bei Frauen nach Veränderung der Körperposition das Fußvolumen hochsignifikant erhöht ist, gibt es bei Männern keine signifikante Erhöhung. Betrachtet man allerdings die Fer- senbreite, so lassen sich signifikante Zunahmen erkennen. Da im Spannumfang jedoch eine leichte Abnahme feststellbar ist, kommt

es zu keiner signifikanten Fußvolumenzunahme.

Die Zunahmen der Fußdimensionen während des Stehens lassen sich mit der Orthostase erklären. Durch den Wechsel vom Liegen zum Stehen (t0 zu t1) kommt es infolge der hydrostatischen Druckänderung kurzfristig zu einer Umverteilung des Blutvolu- mens, was eine Zunahme von 400-600 ml Blut in den Beingefäßen bewirkt (15). Zwischen t1 und t3 kommt es zu keiner weiteren signifikanten Zunahme. Als mögliche Ursache für die geschlechtsspezi- fischen Unterschiede kann das weichere Bindegewebe bei Frauen bedingt durch den Einfluss von Östrogen angeführt werden.

Die Zunahme verschiedener Fußdimensionen nach körper- licher Aktivität wird durch die hier vorgestellte Studie bestätigt. Da- bei konnten im Vergleich zur Methode der Wasserverdrängung neben dem Fußvolumen auch ermittelt werden, wo die Bereiche der Größenzunahme am Fuß liegen. Allerdings muss erwähnt werden, dass die ermittelten Zunahmen in den Fußmaßen zwar statistisch signifikant sind, aber aufgrund der RMSE Ergebnisse (2) als zufällig betrachtet werden müssen (z.B. RMSE prä: Fußlänge 0,3; Fußbreite 0,2; Spannumfang 0,6; Ballenumfang 0,5; Fußvolumen 3,3).

Da das Fußvolumen eine dreidimensionale Größe ist und die Fußmaße zweidimensional sind, führt letztlich nur die Summie- rung der einzelnen Fußmaße zu einer signifikanten und relevanten Fußvolumenzunahme.

Diese Ergebnisse haben besondere Relevanz für die Schuh- auswahl bzw. für Sportschuhhersteller. Das Schuhvolumen ist aufgrund des erhöhten Fußvolumens nicht mehr ausreichend für den Fuß, was dazu führt, dass der Fuß eingeengt wird.

Die sensorische Relevanz der Ergebnisse kann durch die Studie von Abbildung 1:Fußvolumen während wechselnder Körperposition (Frauen)

messzeitpunkte

Fussvolumenveränderung (%)Fussvolumen (cm)

Abbildung 2: Veränderung des Fußvolumens durch Ausdauerlaufen

GsA hsA

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Sterzing et al. (2006) verdeutlicht werden (17). Es zeigte sich, dass der Fuß an verschiedenen Stellen unterschiedliche sensorische Po- tentiale aufweist. Dabei waren Probanden in der Lage Vibrations- stimuli im Mikrometerbereich wahrzunehmen.

Es sind weitere Studien nötig, um die Bereiche der Größenzu- nahme am Fuß zu ermitteln. Dabei wäre es sinnvoll z.B. die Vo- lumenveränderung des Fußes im Verlauf eines Tages zu messen, da hierbei die Volumenzunahme im Vergleich zur sportlichen Be- lastung und Veränderung der Körperposition durchschnittlich bei 5% liegt und somit mögliche Größenzunahmen in den Fußmaßen eine Relevanz bekämen (14).

dANKsAGuNG

Diese Studie wurde von der Puma AG, Deutschland unterstützt.

Angaben zu finanziellen Interessen und Beziehungen, wie Patente, Ho- norare oder Unterstützung durch Firmen: Keine.

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Korrespondenzadresse:

Sabrina Kunde Technische Universität Chemnitz Institut für Sportwissenschaft Bewegungswissenschaft Thüringer Weg 11 09107 Chemnitz E-Mail: sabrina.kunde@phil.tu-chemnitz.de