Der Einfluss einer Schuheinlage aus Karbon auf die plantare Druckverteilung im Radschuh

Zusammenfassung

Hintergrund: Zur Reduktion von Überlastungsbeschwerden im Radsport werden verschiedene Equipment-Interventionen (Optimierung Sitzposition, Optimierung Schuh/Einlage/Pedalkombination, etc.) empfohlen. Allerdings fehlen weitgehend Studien über klinische oder biomechanische Effekte der genannten Maßnahmen. Schuheinlagen aus Karbon können eine Möglichkeit sein, das Interface zwischen Fuß und Pedal zu optimieren. Ziel der Studie war deshalb die Analyse der plantaren Druckverteilung unter dem Fuß bei der Anwendung einer Radschuheinlage aus Karbon im Vergleich zu einer herkömmlichen Standardeinlegesohle. Material und Methoden: 11 beschwerdefreie Triathleten (29±9 Jahre, 1,77±0,04 m, 68±5 kg) wurden auf einem Radergometer bei einer Trittfrequenz von 60 und 90 rpm ("rotations per minute") bei 200 W und 300W gemessen. Dabei trugen die Probanden in randomisierter Reihenfolge einen Radschuh mit handelsüblicher Einlegesohle (Kontrolle CO) oder den Radschuh mit einer Schuheinlage aus Karbon (CA). Erfasst wurde der mittlere Spitzendruck aus 30 Trittzyklen im Gesamtfuß und in einzelnen Fußregionen (Rück-, Mittel-, Vorfuß [medial, zentral, lateral] und Zehenbereich). Dreifaktorielle ANOVAs (Faktor Einlage, Trittfrequenz, Leistung) mit Messwertwiederholung (α = 0,05) dienten zur Prüfung der Hauptfrage nach dem Einfluss der Einlagenkondition auf die plantare Spitzendruckbelastung. Ergebnisse: Die Spitzendruckbelastung im Gesamtfuß lag im Mittel bei 200 Watt (W) im Bereich von 70–75 kPa (300 W: 85–110 kPa). Die Spitzendruckbelastung war mit der Karbonsohle um 4,1% gegenüber der Standardeinlegesohle reduziert. (p = 0,10). Bei Betrachtung der spezifischen Fußareale war der Spitzendruck bei CA im Rück- (–16,6 %, p < 0,001), Mittel- (–20,0%, p < 0,001) und Vorfuß (–5,9 %, p < 0,03) gegenüber CO verringert. Im Zehenbereich war der Spitzendruck in CA gegenüber CO um +16,2 % erhöht (p < 0,001). Innerhalb des Vorfuß zeigte sich der Spitzendruck im lateralen Vorfuß sowohl bei CA (+34 %) als auch bei CO (+59 %) gegenüber dem medialen und zentralen Vorfuß erhöht. Schlussfolgerung: Karbon kann als Fertigungswerkstoff in der Schuheinlagenversorgung im Radsport eingesetzt werden. Die plantare Fußsohle wird durch das steife Material gegenüber einer Standardeinlegesohle nicht übermäßig belastet. Bei individueller Anpassung an die Fußform können möglicherweise Fußregionen bei Bedarf sogar entlastet werden.

Summary

Background: Several equipment interventions like optimizing seat position or optimizing shoe/insole/pedal interface are suggested to reduce overuse injury in cycling. Data analyzing clinical or biomechanical effects of those interventions is sparse. Foot orthoses out of carbon fiber are one possibility to alter the interface between foot and pedal. The aim of this study was therefore to analyze plantar pressure distribution in carbon fiber foot orthoses in comparison to standard insoles of commercially available cycling shoes. Materials and Methods: 11 painfree triathletes (Age: 29±9, 1.77±0.04 m, 68±5 kg) were tested on a cycle ergometer at 60 and 90 rotations per minute (rpm) at workloads of 200 and 300 Watts. Subjects wore in randomized order a cycling shoe with its standard insole (control condition CO) or the shoe with carbon fiber foot orthoses (Condition CA). Mean peak pressure out of 30 movement cycles were extracted for the total foot and specific foot regions (rear, mid, fore foot (medial, central, lateral) and toe region). Three-factor ANOVAs (factor foot orthoses, rpm, workload) for repeated measures (α = 0.05) were used to analyze the main question of a foot orthoses effect on peak in-shoe plantar pressure. Results: Peak pressures in the total foot were in a range of 70–75 kPa for 200 Watts (W) (300 W: 85–110 kPa). The carbon fiber foot orthoses reduced peak pressures by -4,1% compared to the standard insole (p = 0,10). In the foot regions rear (–16,6 %, p &lt; 0.001), mid (–20,0 %, p < 0.001) and fore foot (-5.9 %, p < 0.03) CA reduced peak pressure compared to CO. In the toe region, peak pressure was higher in CA (+16,2 %) compared to CO (p < 0,001). The lateral fore foot showed higher peak pressures in CA (+34 %) and CO (+59 %) compared to medial and central fore foot. Conclusion: Carbon fiber can serve as a suitable material for foot orthoses manufacturing in cycling. Plantar pressures do not increase due to the stiffness of the carbon. Individual customization may have the potential to reduce peak pressure in certain foot areas.

Schlüsselwörter:

In-Schuh Sohlenmesssystem - Karbon - Plantare Druckverteilung - Radsport - Schuheinlage

Keywords:

Carbon - Cycling - Foot orthoses - In-shoe measurement - Plantar Pressure Distribution

• Literatur

• 1 Dannenberg AL, Needle S, Mullady D et al. Predictors of injury among 1638 riders in a recreational long-distance bicycle tour: Cycle Across Maryland. Am J Sports Med 1996; 24: 747-753
• 2 Wilber CA, Holland GJ, Madison RE et al. An epidemiological analysis of overuse injuries among recreational cyclists. Int J Sports Med 1995; 16: 201-206
• 3 Clarsen B, Krosshaug T, Bahr R. Overuse injuries in professional road cyclists. Am J Sports Med 2010; 38: 2494-2501
• 4 Weiss BD. Nontraumatic injuries in amateur long distance bicyclists. Am J Sports Med 1985; 13: 187-192
• 5 Farell KC, Reisinger KD, Tilman MD. Force and repetition in cycling: possible implications for iliotibial band friction syndrome. Knee 2003; 10: 103-109
• 6 Schwellnus MP, Derman EW. Common injuries in cycling: prevention, diagnosis and management. SA Fam Pract 2005; 47: 14-19
• 7 Mellion MB. Common cycling injuries. Management and prevention. Sports Med 1991; 11: 52-70
• 8 Gregor RJ, Wheeler JB. Biomechanical factors associated with shoe/pedal interfaces. Implications for injury. Sports Med 1994; 17: 117-131
• 9 Silberman MR, Webner D, Collina S et al. Road bicycle fit. Clin J Sport Med 2005; 15: 271-276
• 10 Faria IE. Applied physiology of cycling. Sports Med 1984; 1: 187-204
• 11 Sanner WH, O‘Halloran WD. The biomechanics, etiology, and treatment of cycling injuries. J Am Podiatr Med Assoc 2000; 90: 354-376
• 12 O‘Neill BC, Graham K, Moresi M et al. Custom formed orthoses in cycling. J Sci Med Sport 2011; 14: 529-534
• 13 Dettori NY, Norvell DC. Non–traumatic bicycle injuries : a review of the literature. Sports Med 2006; 36: 7-18
• 14 Jarboe NE, Quesada PM. The effects of cycling shoe stiffness on forefoot pressure. Foot Ankle Int 2003; 24: 784-788
• 15 Baur H, Stapelfeldt B, Hirschmüller A et al. Functional benefits by sport specific orthoses in a female paralympic cyclist: a case report. Foot Ankle Int 2008; 29: 746-751
• 16 Childers WL, Kistenberg RS, Gregor RJ. Pedaling Asymmetries in Cyclists with Unilateral Transtibial Amputation: Effect of Prosthetic Foot Stiffness. J Appl Biomech 2011; 27: 314-321
• 17 Ibuki A, Bach T, Rogers D et al. An investigation of the neurophysiologic effect of tone-reducing AFOs on reflex excitability in subjects with spasticity following stroke while standing. Prosthet Orthot Int 2010; 34: 154-165
• 18 Granata C, De Lollis A, Campo G et al. Analysis, design and development of a carbon fibre reinforced plastic knee-ankle-foot orthosis prototype for myopathic patients. Proc Inst Mech Eng H 1990; 204: 91-96
• 19 Brehm MA, Beelen A, Doorenbosch CA et al. Effect of carbon-composite knee-ankle-foot orthoses on walking efficiency and gait in former polio patients. J Rehabil Med 2007; 39: 651-657
• 20 Hachisuka K, Arai K, Arai M. Carbon fibre reinforced plastic knee-ankle-foot orthosis with a partially flexible thigh cuff: a modification for comfort while sitting on a toilet seat. Prosthet Orthot Int 2007; 31: 133-137
• 21 Faustini MC, Neptune RR, Crawford RH et al. Manufacture of Passive Dynamic ankle-foot orthoses using selective laser sintering. IEEE Trans Biomed Eng 2008; 55: 784-790
• 22 Rozema A, Ulbrecht JS, Pammer SE et al. In-shoe plantar pressures during activities of daily living: implications for therapeutic footwear design. Foot Ankle Int 1996; 17: 352-359
• 23 Sanderson DJ, Hennig EM, Black AH. The influence of cadence and power output on force application and in-shoe pressure distribution during cycling by competitive and recreational cyclists. J Sports Sci 2000; 18: 173-181
• 24 Bosch K, Gerss J, Rosenbaum D. Development of healthy children‘s feet-nine-year results of a longitudinal investigation of plantar loading patterns. Gait Posture 2010; 32: 564-571
• 25 Fiedler KE, Stuijfzand WJ, Harlaar J et al. The effect of shoe lacing on plantar pressure distribution and in-shoe displacement of the foot in healthy participants. Gait Posture 2011; 33: 396-400
• 26 Rethman U, Makwana N. Are old running shoes detrimental to your feet? A pedobarographic study. BMC Res Notes 2011; 4: 307
• 27 Eils E, Streyl M, Linnenbecker S et al. Characteristic plantar pressure distribution patterns during soccer-specific movements. Am J Sports Med 2004; 32: 140-145
• 28 Stapelfeldt B, Schwirtz A, Schumacher YD et al. Workload demands in mountain bike racing. Int J Sports Med 2004; 25: 294-300
• 29 Craig NP, Norton KI. Characteristics of track cycling. Sports Med 2001; 31: 457-468
• 30 Vogt S, Roecker K, Schumacher YD et al. Cadence-power-relationship during decisive mountain ascents at the Tour de France. Int J Sports Med 2008; 29: 244-250