Methoden: Die Autoren analysierten eine adaptive und 2 passive (eine Lace-up-Bandage und eine starre) Sprunggelenksbandagen, die in einem niedrig geschnittenen Hallenschuh getragen wurden, der auch die Referenzbedingung ohne Bandage darstellte. Wir führten Materialtests mit einem künstlichen Sprunggelenk bei hohen und niedrigen Inversionsgeschwindigkeiten durch. Darüber hinaus wurden 20 männliche, junge, gesunde Mannschaftssportler mittels 3‑dimensionaler Bewegungsanalyse bei sportbezogenen Bewegungen analysiert, um Schutz, sportliche Leistungsfähigkeit und aktiven Bewegungsumfang zu untersuchen. Die Teilnehmer bewerteten den subjektiven Komfort, die Stabilität und die empfundenen Einschränkungen, die sie bei der Verwendung der Produkte empfanden.
Ergebnisse: Die subjektive Stabilitätsbewertung ergab keinen Unterschied zwischen den adaptiven und passiven Systemen. Die starre Bandage war im Vergleich zu den passiven Bandagen hinsichtlich der Einschränkung des Inversionshöchstwerts bei den biomechanischen Tests überlegen. Bei den Materialprüfungen erhöhte die adaptive Bandage ihre Steifigkeit bei schnellen Inversionsgeschwindigkeiten um etwa 400 % im Vergleich zu langsamen Geschwindigkeiten und zeigte damit ein adaptives Verhalten und ähnliche Steifigkeitswerte wie die passiven Bandagen. Wir stellten geringfügige Unterschiede bei sportlichen Aufgaben fest. Die adaptive Bandage verbesserte den aktiven Bewegungsumfang des Sprunggelenks sowie die subjektive Bewertung von Komfort und Einschränkungen.
Schlussfolgerung: Die adaptive Bandage bot in Situationen mit hoher Inversionsgeschwindigkeit eine ähnliche Schutzwirkung wie die passiven Bandagen bei gleichzeitiger Verbesserung des Bewegungsumfangs, des Komforts und der Bewertung der Einschränkungen bei nicht verletzenden Bewegungen.
Klinische Relevanz: Schutzsysteme sind nur wirksam, wenn sie verwendet werden. Im Vergleich zu traditionellen passiven Bandagen könnte die neuartige adaptive Bandage die Anwenderakzeptanz erhöhen, indem sie den Komfort und die Bewegungsfreiheit verbessert und gleichzeitig einen ähnlichen Schutz in verletzungsgefährdenden Situationen bietet.
Einleitung
Sprunggelenksverletzungen gehören zu den häufigsten traumatischen Verletzungen bei Sportlern1, wobei die höchsten Inzidenzen in der Halle und auf dem Sportplatz beobachtet werden2. Sprunggelenksverletzungen machen 10 % bis 28 % aller sportbedingten Verletzungen aus, und etwa 73 % der Leistungs- und Freizeitsportler erleiden wiederkehrende Sprunggelenksverletzungen3 4. Die Daten, welche bei Sprunggelenksverletzungen erfasst wurden, zeigen, dass die meisten Verletzungen bei Sprunggelenksinversionswinkeln von mehr als 30° und Spitzen-Inversionsgeschwindigkeiten des Sprunggelenks von über 500°/s auftreten5.
Eine erfolgreiche Prävention von Sprunggelenksverletzungen und Wiederverletzungen schließt neuromuskuläres Training mit passiven Schutzsystemen (z. B. Sprunggelenksbandagen)6 ein. Das Design einer Sprunggelenksbandage sollte das Gelenk vor übermäßigen Bewegungen schützen. Die klinische Erfahrung zeigt jedoch, dass schlechter Komfort (verursacht z. B. durch schlechte Passform, eingeschränkte Bewegung oder Druckspitzen durch starre Teile) oder eine mögliche Einschränkung der sportlichen Leistungsfähigkeit (z. B. aufgrund eingeschränkter Gelenkbeweglichkeit) dazu führen können, dass Athleten den Einsatz von Bandagen zur Vorbeugung von Sprunggelenksverletzungen ablehnen7 8.
Daher schlagen wir vor, die präventive Wirkung von Schutztechnologien (einschließlich Sprunggelenksbandagen) in 4 Bereichen zu untersuchen:
Der Schutzbereich (d. h. Reduktion des maximalen Inversionswinkels des Sprunggelenks bei plötzlicher Inversion oder Supination): Diese Bewegungen können auf Kippplattformen oder bei Richtungswechseln auftreten. Allerdings müssen die maximalen Sprunggelenkwinkel aufgrund ethischer Beschränkungen bei biomechanischen Tests innerhalb physiologischer (d. h. nicht verletzender) Bereiche bleiben. Daher muss das wahre Schutzpotenzial von Schutztechnologien für das Sprunggelenk aus diesen Eingriffen abgeschätzt werden und sollte durch systematische Materialtests mit künstlichen Sprunggelenken oder Körperpräparaten ergänzt werden. Dieser Ansatz ermöglicht die systematische Variation der Belastungsparameter (z. B. Winkelgeschwindigkeiten, Bewegungsumfänge des Sprunggelenks). Der passive Charakter dieser Tests ist durch das Fehlen aktiver muskulärer Kontrolle der Inversionsbewegung des Sprunggelenks gerechtfertigt, die typischerweise bei unerwarteten plötzlichen Inversionsbewegungen berichtet wird9.
Der Bereich der sportlichen Leistungsfähigkeit: Es ist unwahrscheinlich, dass Leistungssportler ihre sportliche Leistungsfähigkeit opfern, um Verletzungen vorzubeugen. Die Leistungsfähigkeit im Mannschaftssport kann für Beschleunigungs‑, Richtungswechsel- oder Sprungaufgaben quantifiziert werden, die häufig beim Fußball, Basketball oder Handball auftreten.
Subjektive Komfort- und Stabilitätsbewertung: Das subjektive Empfinden der stabilisierenden Wirkung einer Schutztechnologie für das Sprunggelenk mit einer hohen Komfortbewertung würde wahrscheinlich die Akzeptanz der Anwender erhöhen.
Bewegungsfreiheit bei nicht übermäßigen Bewegungsumfängen des Sprunggelenks: Eine Verringerung der physiologischen Freiheitsgrade des Sprunggelenks würde voraussichtlich das Komfortempfinden und die sportliche Leistungsfähigkeit beeinträchtigen.
Die Optimierung des Kompromisses zwischen den 4 Bereichen könnte die präventive Wirkung eines Schutzes des Sprunggelenks verbessern. Passive Schutzsysteme des Sprunggelenks, einschließlich Bandagen des Sprunggelenks, wurden in der Literatur häufig untersucht10 11.
Allerdings wurden in den meisten dieser Studien die 4 genannten Bereiche nur teilweise berücksichtigt. Darüber hinaus wurden fast alle Studien mit passiven Sprunggelenksbandagen durchgeführt. Jüngste Fortschritte haben es möglich gemacht, ein adaptives Schutzverhalten von Schutztechnologien für den Sport zu entwickeln. Obwohl auf elegante Weise gezeigt wurde, dass ein Sprunggelenkschutz mit einer solchen adaptiven Schutztechnologie das Sprunggelenk im Vergleich zu einer Placebo-Kontrollbedingung vor plötzlichen Inversionsbewegungen schützt12, wurde bisher noch keine Bewertung von adaptiven Sprunggelenksbandagen im Vergleich zu traditionellen passiven Sprunggelenksbandagen unter Berücksichtigung der 4 Schutzbereiche des Sprunggelenks durchgeführt.
Daher hatte die vorliegende Studie zum Ziel, die Leistungsfähigkeit einer neuartigen adaptiven Sprunggelenksbandage im Vergleich zu traditionellen passiven Sprunggelenksbandagen unter Berücksichtigung der hervorgehobenen 4 Bereiche der Schutztechnologie für Sprunggelenke zu bewerten. Wir stellten die Hypothese auf, dass der adaptive Sprunggelenkschutz bei langsameren, nicht übermäßigen Sprunggelenkbewegungen weniger Bewegungseinschränkungen aufweisen würde. Aufgrund der adaptiven Versteifung des neuartigen Sprunggelenkschutzes bei hohen Winkelgeschwindigkeiten hatten wir die Hypothese, dass der adaptive Schutz eine ähnliche Schutzwirkung wie die passiven Schutzsysteme bei plötzlichen Inversionsbewegungen aufweisen würde. Aufgrund der größeren Bewegungsfreiheit hatten wir zudem die Hypothese, dass die sportliche Leistungsfähigkeit und die subjektive Komfortbewertung der Athleten bei Verwendung des adaptiven Sprunggelenkschutzes im Vergleich zu den passiven Schutzsystemen verbessert wären.
Methoden
Teilnehmer
An der Studie nahmen 20 männliche Mannschaftssportler auf regionaler Ebene in Mannschaftssportarten (Fußball, Handball, Basketball) teil (Alter: 24,3 ± 3,4 Jahre; Größe: 1,84 ± 0,05 m; Gewicht: 81,3 ± 7,4 kg; 16 mit Rechtsbein-Dominanz; 4 mit Linksbein-Dominanz). Basierend auf einer A‑priori-Power-Analyse wurden alle 20 Teilnehmer als ausreichend angesehen, um einen Unterschied von 4° im maximalen Inversionswinkel zwischen zwei Bedingungen festzustellen (Alpha = 0,05; Power = 0,8; SD = 6°12). Die Teilnehmer waren in den 12 Monaten vor der Datenerhebung verletzungsfrei und haben vor ihrer Teilnahme eine schriftliche Einverständniserklärung unterzeichnet. Nur ein Teilnehmer hatte sich etwa 3 Jahre vor der Datenerhebung einer vorderen Kreuzbandrekonstruktion unterzogen. Die anderen Teilnehmer wurden bisher nicht an den unteren Extremitäten operiert. 4 Teilnehmer gaben an, mehr als 12 Monate vor der Datenerhebung eine Sprunggelenksverstauchung erlitten zu haben (zwischen 2 und 13 Jahren vor der Datenerhebung; 2 Teilnehmer hatten ihre Sprunggelenke auf der linken Seite verstaucht und 2 auf der rechten Seite). Alle in der Studie verwendeten Methoden wurden von der Ethikkommission der Universität genehmigt.
Experimentelles Protokoll
Wir haben eine adaptive Sprunggelenksbandage (Sportomedix Fast Protect Malleo mit adaptiver Technologie von Betterguards) und zwei passive Sprunggelenksbandagen (Schnürbandage, Basko; starre Bandage, T2 Active Ankle) analysiert. Die adaptive Technologie von Betterguards besteht aus einem semi-flexiblen Mini-Kolben, der in einem Adapterelement eingebettet ist und die laterale Seite des Sprunggelenks überbrückt und ein Ventil enthält. Dieses Ventil ermöglicht den Durchfluss von Flüssigkeit innerhalb des Kolbens bei physiologischen Bewegungsgeschwindigkeiten. Bei kritischen Bewegungsgeschwindigkeiten schließt sich das Ventil innerhalb von Millisekunden aufgrund von Strömungswiderstandskräften und verhindert die weitere Ausdehnung des Mini-Kolbens, was zu einem eingeschränktem Bewegungsumfang führt. Die Teilnehmer trugen alle Bandagen in dem identischen niedrig geschnittenen Hallensportschuh (Mizuno Wave Mirage 3), der auch als Referenzbedingung ohne Bandage diente.
Um die 4 Bereiche des wirksamen Sprunggelenkschutzes anzusprechen, haben wir eine Testreihe verschiedener Bewegungsaufgaben entwickelt. Die Teilnehmer trugen die Bandagen sowohl am linken als auch am rechten Sprunggelenk während jeder Aufgabe und Bandagen-Bedingung. Wir erfassten die Gelenkkinematik mit einem 3‑dimensionalen Bewegungserfassungssystem (200 Hz, 12 Miqus-M3-Kameras; Qualisys AB), das mit in den Boden eingelassenen Kraftmessplatten synchronisiert war. Wir befestigten kugelförmige, retroreflektierende Marker (Durchmesser 13 mm) an 38 knöchernen Referenzpunkten13 14 15 und brachten Fußmarker an entsprechenden Positionen am Schuh an. Alle Markertrajektorien wurden mit einem rekursiven Butterworth-Tiefpassfilter 4. Ordnung (Grenzfrequenz 10 Hz) gefiltert16. Ein 3D-Starrkörpermodell des Beckens und der unteren Extremitäten, bestehend aus 9 starren Körpersegmenten (einschließlich eines Rückfuß- und eines Vorfußsegments), wurde verwendet, um 3D-Gelenkwinkel an Hüfte, Knie- und Sprunggelenken zu berechnen17 18. Im Einzelnen wurde die Bewegung des Sprunggelenks definiert als die Bewegung des Rückfußsegments relativ zum Unterschenkelsegment. Die Gelenkwinkel wurden als Cardan-Winkel aus der Rotationsmatrix zwischen Rückfuß- und Unterschenkelsegment unter Verwendung einer Rotationssequenz aus Flexion-Extension, Inversion-Eversion und Innen-/Außen-Rotation extrahiert.
Schutzbereich
Um die Schutzwirkung der Bandagen zu testen, verwendeten wir eine kippbare Plattform mit einer Kombination aus einer antero-posterioren (30° Plattenneigung) und medio-lateralen (10° Plattenneigung) Kippachse, die bei einer Winkelgeschwindigkeit von 440°/s unerwartet auslöste19. Auf diese Weise provozierte die Plattform plötzliche Inversions- und Plantarflexionsbewegungen des Sprunggelenkskomplexes. Während die Kippung am rechten Fuß induziert wurde, wurde der linke Fuß von 3 eindimensionalen Kraftsensoren gestützt, die die vertikalen Bodenreaktionskräfte (GRFs) maßen. Anhand dieser Kraftmessungen regelten wir über Echtzeit-Feedback die Gewichtsverteilung zwischen den Beinen (80 % auf der gekippten Seite). Darüber hinaus kontrollierten wir eine entspannte Stehposition durch Echtzeit-Überwachung der Oberflächen-Elektromyographie (EMG) der Muskeln M. peroneus longus und M. tibialis anterior mit einem drahtlosen EMG-System (2000 Hz; Aktos; Myon AG).
Aus ethischen Gründen konnten wir die Schutzwirkung der Sprunggelenksbandagen bei Kippwinkeln >30° und sehr hohen Kippgeschwindigkeiten nicht testen. Da Sprunggelenksverstauchungen in diesen extremen Testszenarien häufiger auftreten5, haben wir ein mechanisches Testverfahren mit einem künstlichen Unterschenkel und Fuß entwickelt (Abb. 1). Bei dieser künstlichen Vorrichtung sind Unterschenkel und Fuß über ein Gelenk verbunden, dessen Achse durch die natürliche Kippung des menschlichen Subtalargelenks motiviert ist. Wir führten mechanische Tests mit 33 ± 11°/s und 415 ± 17°/s durch, um langsame und schnelle Inversionsbewegungen des Sprunggelenks zu simulieren. Inversionsbewegungen von bis zu 40° wurden durch ein Seil erzeugt, das den lateralen Teil des Fußes nach oben zog (in kombinierte Inversion und Plantarflexion) (Abb. 1). Das äußere Gelenkmoment wurde quantifiziert durch die Multiplikation der auf das Zugseil ausgeübten resultierenden Kraft und dem entsprechenden Hebelarm zum Sprunggelenkszentrum. Die Gelenkwinkel wurden mit einem eingebetteten Elektrogoniometer gemessen. Alle Messungen wurden mit einer Frequenz von 2000 Hz abgetastet. Wir subtrahierten das durch die inhärente Reibung im Gerät auftretende Gelenkmoment, indem wir eine Messung ohne Schuhe oder Orthesen durchführten. Aus den Messungen berechneten wir die mittlere (0°–40° Inversion) Steifigkeit als die Veränderung des äußeren Gelenkmoments durch die Veränderung des Gelenkwinkels innerhalb des jeweiligen Intervalls.
Wir analysierten auch die Kinematik des Sprunggelenks bei 90-Grad-Richtungswechseln bei maximaler Anstrengung. Die Teilnehmer führten diese Wendemanöver aus einem 4‑Schritt-Anlauf heraus durch und wurden angewiesen, die Aufgabe mit maximaler Intensität auszuführen. Die letzte biomechanische Aufgabe zur Analyse des Gelenkschutzes bestand aus wiederholten Seitwärtsbewegungen vom linken auf das rechte Bein. Wir wiesen die Teilnehmer an, die Intensität der Aufgabenausführung in jedem der 3 durchgeführten Durchgänge zu variieren. Wir quantifizierten die mittlere horizontale GRF, die bei jedem Bodenkontakt auftrat. Anschließend extrahierten wir nur die Bodenkontakte heraus, bei denen die mittlere horizontale GRF zwischen 70 % und 90 % des maximalen Werts lag, der bei jedem Bodenkontakt und jeder Bandagen-Bedingung erzielt wurde. Mit diesem Ansatz konnten wir die Kinematik des Sprunggelenks zwischen den Bedingungen bei gleicher relativer Aufgabenintensität vergleichen.
Bereich sportliche Leistungsfähigkeit
Um die Auswirkungen auf die sportliche Leistungsfähigkeit zwischen den Bandagen-Bedingungen zu vergleichen, führten die Teilnehmer eine lineare Beschleunigung, einen vertikalen Gegenbewegungssprung (CMJ), einen 90-Grad-Richtungswechsel und eine einbeinige Seitwärtssprung-Aufgabe über eine Distanz von 30 cm mit maximaler Anstrengung durch.
Die lineare Beschleunigungsaufgabe wurde aus einer stehenden Startposition vor einer im Boden eingelassenen Kraftmessplatte (2000 Hz; 0,9 x 0,6 m; AMTI) durchgeführt17. Wir analysierten die GRFs des ersten Kontakts nach Beginn der Bewegung. Wir teilten die Veränderung der Laufgeschwindigkeit (durch Integration der horizontalen GRF-Komponente, normiert auf das Körpergewicht) durch die Bodenkontaktzeit, um die mittlere horizontale Beschleunigung als unser Leistungskriterium während dieser Aufgabe zu ermitteln. Beim CMJ quantifizierten wir die Leistung über die erreichte Sprunghöhe. Für Ein- und Austrittsgeschwindigkeit des Körperschwerpunkts (abgeschätzt über die Geschwindigkeit des Schwerpunkts des Beckens) sowie für den Schnittwinkel fanden wir keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Bandagen-Bedingungen. Daher quantifizierten wir die Leistung während der Cut-Bewegung durch die Bodenkontaktzeit. Die Beckengeschwindigkeit wurde durch numerische Ableitung der horizontalen Komponenten des Mittelpunkts des Beckensegments (d. h. des Mittelpunkts zwischen den 4 Beckenmarkern) bestimmt. Der tatsächliche Richtungswechselwinkel während der Cut-Bewegung wurde anhand der Winkel zwischen den horizontalen Komponenten der Geschwindigkeitsvektoren der Beckenmarker ermittelt, gemittelt über 5 Datenpunkte vor und nach dem Bodenkontakt. Die Leistung während der Seitwärtssprung-Aufgabe wurde mittels Zeit bewertet, die für 5 einbeinige Rechts-links-Sprünge benötigt wurde (Abb. 1).
Bereich subjektive Komfort- und Stabilitätsbewertung
Wir baten die Teilnehmer um ihre subjektive Bewertung des Komforts und der Stabilität der analysierten Bandagen auf einer visuellen Analogskala (VAS). Bei den Bewertungen für Komfort und Stabilität repräsentieren höhere VAS-Werte einen komfortableren oder stabileren Zustand, während ein höherer Wert bei der Bewertung der empfundenen Einschränkung auf eine geringere Einschränkung hinweist.
Bereich Bewegungsfreiheit
Wir haben den Bewegungsumfang des Sprunggelenks in der Frontalebene während einer sitzenden, langsamen Inversion-Eversion-Bewegung bewertet. Die Teilnehmer wurden angewiesen, einem Metronom mit einer Geschwindigkeit von 20 Schlägen pro Minute (0,33 Hz) zu folgen und maximale aktive Eversions- und Inversionsexkursionen zu erreichen. Der maximale Bewegungsbereich, der während 10 Bewegungszyklen erreicht wurde, quantifizierte die Bewegungsfreiheit.
Statistische Analyse
Wir stellen alle Parameter als Gruppenmittelwerte (und Standardabweichung) dar. Wir haben eine 1‑Faktor-Varianzanalyse (Bandagen-Bedingung) mit wiederholten Messungen angewendet, um die Haupteffekte der Bandagen-Bedingung für die uns interessierenden Parameter zu identifizieren. Im Falle eines Haupteffekts der Bandagen-Bedingung haben wir paarweise Vergleiche zwischen den Bandagen-Bedingungen mithilfe von abhängigen t‑Tests durchgeführt. Aufgrund des explorativen Charakters der Studie haben wir bei der Analyse von Unterschieden zwischen einzelnen Bandagen keine Korrekturen für multiple Vergleiche vorgenommen. Darüber hinaus wurden, um die Stärke der beobachteten Effekte für jede Bandage im Vergleich zur Keine-Bandage-Bedingung zu bewerten, Cohen-d-Effektgrößen unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:
Dabei wurden die Mittelwerte einer Bandagen-Bedingung (MBrace) und der Keine-Bandagen-Bedingung (MNo Brace) verwendet, ebenso wie die Standardabweichungen einer Bandagen-Bedingung (SDBrace) und der Keine-Bandagen-Bedingung (SDNo Brace). Alle Analysen wurden mit der MATLAB-Statistik- und Maschinenlern-Toolbox (R2019b; The MathWorks Inc.) durchgeführt. Das Signifikanzniveau wurde auf einen Alpha-Wert von 5 % (P < 0,05) festgelegt.
Ergebnisse
Schutzbereich
Wir beobachteten signifikante Haupteffekte der Bandagen-Bedingungen für alle biomechanischen Parameter im Zusammenhang mit dem Schutz des Sprunggelenks (Abb. 2a–c). Post-hoc-Analysen zeigten, dass die adaptive Bandage den Spitzenwert der Inversion bei induzierten plötzlichen Inversions- und Plantarflexionsbewegungen auf der Kippplattform (-4,0 % gegenüber dem Ausgangswert; p = 0,056; d = 0,40) weniger verringerte als die Schnürbandage (-7,7 % gegenüber dem Ausgangswert; p = 0,003; d = 0,74) und die starre Bandage (-27,1 %; p<0,001; d = 2,52) (Abb. 2a). Der Unterschied zur Schnürbandage betrug durchschnittlich 1,0 (p = 0,039; d = 0,37). Bei den Aufgaben Richtungswechsel und Seitenwechsel erreichte die starre Bandage eine signifikante Reduktion des Spitzenwerts der Inversion im Vergleich zu allen anderen Bedingungen. Die adaptive Bandage oder die Schnürbandage führten in diesen neuromuskulär gesteuerten Bewegungsaufgaben nicht zu signifikanten Reduktionen des Spitzenwerts der Inversion. Interessanterweise erreichten die Teilnehmer während der zuvor erwarteten Richtungswechsel und Seitenwechsel höhere absolute Spitzenwerte der Inversion im Vergleich zur unerwarteten Kippplattform-Inversion (Abb. 2b u. c). Die Materialprüfung mit dem künstlichen Sprunggelenk bei 2 verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten zeigte das adaptive Verhalten der adaptiven Bandage. Obwohl ihre Steifigkeit während der langsamen Inversionsbewegung relativ gering blieb (Abb. 1), erhöhte sich ihre Steifigkeit während der schnellen Inversionsbewegung vergleichbar mit denen der Schnürbandage und der starren Bandage (Abb. 1 u. 2d).
Sportliche Leistungsdomäne
Wir haben signifikante Haupteffekte der Bandagen-Bedingungen für die Parameter CMJ-Höhe und Bodenkontaktzeit während der Richtungswechsel-Aufgabe festgestellt (Abb. 2e u. g). Die CMJ-Höhen waren für die Schnürbandage (-3,8 % gegenüber dem Ausgangswert; p = 0,006; d = 0,31) und die starre Bandage (-2,7 % gegenüber dem Ausgangswert; p = 0,017; d = 0,22) reduziert, während der Unterschied für die adaptive Bandage (-1,7 % gegenüber dem Ausgangswert; p = 0,072; d = 0,13) im Vergleich zur Bedingung ohne Bandage nicht das Signifikanzniveau erreichte (Abb. 2e). Wir haben keinen signifikanten Haupteffekt der Bandagen-Bedingungen auf die lineare Beschleunigungsleistung festgestellt. Da wir keine signifikanten Unterschiede zwischen den Bedingungen hinsichtlich Eingangs- und Austrittsgeschwindigkeit und dem tatsächlichen Winkel der Richtungsänderung feststellen konnten, kann die sportliche Leistung während des Richtungswechsel-Manövers über die Ausführungszeit (d. h. Bodenkontaktzeit) quantifiziert werden. Hier haben wir keinen signifikanten Haupteffekt der Bandagen-Bedingungen festgestellt (Abb. 2g). Auch konnten wir keine signifikanten Unterschiede in den Ausführungszeiten für die seitlichen Sprungbewegungen zwischen den Bandagen-Bedingungen feststellen (Abb. 2h).
Bereich subjektive Komfort- und Stabilitätsbewertung
Wir haben signifikante Haupteffekte der Bandagen-Bedingungen für alle subjektiv bewerteten Parameter festgestellt. Die Teilnehmer bewerteten den Tragekomfort des adaptiven Schutzes als besser und gaben an, dass sie sich mit dem adaptiven Schutz weniger eingeschränkt fühlten im Vergleich zu den beiden passiven Bandagen (Abb. 2j u. l). Jede der Bandagen verbesserte die Stabilitätsbewertung der Teilnehmer, und es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen den Produkten hinsichtlich der Stabilitätsbewertung (Abb. 2k).
Bereich Bewegungsfreiheit
Im Vergleich zur den Basiswerten bei der Bedingung ohne Bandage reduzierte der adaptive Schutz den Bewegungsumfang des Sprunggelenks in der Frontalebene weniger (-20,4 %; p<0,001; d = 1,06) als die passiven Sprunggelenksbandagen (Schnürbandage: ‑45,8 %; p < 0,001; d = 2,39; starre Bandage: ‑54,8 %; p < 0,001; d = 3,57) (Abb. 2l).
Diskussion
Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Leistungsfähigkeit eines neuartigen adaptiven Sprunggelenkschutzes im Vergleich zu traditionellen passiven Sprunggelenkschutzkonzepten zu bewerten und dabei verschiedene für die Anwenderakzeptanz von Sprunggelenkschutzsystemen relevante Bereiche zu berücksichtigen.
Die Ergebnisse der Materialtests bei langsamen und schnellen Inversionsgeschwindigkeiten bestätigten die Anpassungsfähigkeit des adaptiven Schutzsystems (Abb. 1). Wir beobachteten eine 400%ige Steigerung der Steifigkeit bei schneller simulierter Inversion im Vergleich zur langsamen simulierten Inversion. Die traditionellen Schutzkonzepte zeigten dieses adaptive Verhalten nicht und lieferten ähnliche Ergebnisse in den Bedingungen langsamer und schneller Supination. Der adaptive Schutz erreichte etwas höhere Steifigkeitswerte als die traditionellen Bandagen in der schnellen Bedingung. Darüber hinaus erzeugte der adaptive Schutz während des Materialtests für den Großteil des abgedeckten Bewegungsumfangs höhere Widerstandsmomente (Abb. 1).
Bei den biomechanischen Tests jedoch begrenzte der adaptive Schutz die maximale Inversion des Sprunggelenks weniger als die starre Bandage, wobei die Spitzeninversionswerte ähnlich denen der Schnürbandage bei den verschiedenen sportartspezifischen Bewegungen waren. Die starre Bandage reduzierte die Spitzeninversion am stärksten während dieser Bewegungen mit Reduktionen zwischen 5,3° und 7,2° im Vergleich zu den Basiswerten ohne Bandage.
Der Widerspruch zwischen den Material- und biomechanischen Test-ergebnissen könnte durch die Betrachtung der Inversionsgeschwindigkeiten in den verschiedenen Testbedingungen aufgelöst werden. Abbildung 3 zeigt die mittleren Spitzeninversionsgeschwindigkeiten, die während unserer Material- und biomechanischen Tests beobachtet wurden, im Vergleich zu Daten von Personen, die eine Inversionsverletzung des Sprunggelenks erlitten haben, wie sie in einem aktuellen Übersichtsartikel zusammengefasst sind5.
Beim Vergleich der Spitzeninversionsgeschwindigkeiten, die während unserer Material- und biomechanischen Tests beobachtet wurden, müssen jedoch die unterschiedlichen Methoden zur Messung der Sprunggelenksinversion berücksichtigt werden. Während der biomechanischen Tests mussten wir zur Erhaltung der Integrität der Fersenkappe und der Sprunggelenksbandagen die Marker auf der Fersenkappe unseres Basisschuhs platzieren. Es ist jedoch bekannt, dass dieser Ansatz die Bewegung des Rückfußes im Durchschnitt um das 2,3‑Fache überschätzt20. Auf der anderen Seite wurde die Inversion während der Materialtests direkt mit einem in das künstliche Sprunggelenk integrierten Elektrogoniometer gemessen. Diese Situation stellt die direkte Messung der Fußbewegung innerhalb einer Schuh-/Bandagen-Bedingung dar. Um die Spitzeninversionsgeschwindigkeiten zwischen den verschiedenen Testbedingungen zu vergleichen, haben wir die potenzielle Überschätzung während des Materialtests berücksichtigt, wie in Abb. 3 dargestellt.
Bei Berücksichtigung dieser Anpassungen waren die mittleren Inversionsgeschwindigkeiten, die für die sportartspezifische Aufgabe in dieser Studie beobachtet wurden, niedriger als die Geschwindigkeiten, die während der schnellen Materialtest-Bedingung beobachtet wurden. Darüber hinaus zeigt der Vergleich der gemessenen Inversionsgeschwindigkeiten mit den in der Literatur für tatsächliche Verletzungssituationen berichteten Inversionsgeschwindigkeiten (Abb. 3) 5, dass die Materialtestsituation den Mechanismus einer tatsächlichen Verletzung durch Sprunggelenksinversion besser widerspiegelt als die biomechanischen Tests mit realen Teilnehmern. Daher kann geschlussfolgert werden, dass der neuartige adaptive Sprunggelenkschutz in Situationen, die ein hohes Verletzungsrisiko bergen, einen ähnlichen oder leicht besseren Schutz gegen inversionsbedingte Verletzungen des Sprunggelenks bietet.
Der Vergleich der Spitzen-Inversionsgeschwindigkeiten zwischen den Testbedingungen verdeutlicht weiterhin die Notwendigkeit von Materialtests mit künstlichen Sprunggelenken oder Präparaten von Leichen, um die Auswirkungen adaptiver Technologien zu verstehen, die ihr Verhalten basierend auf der Intensität der Bewegung verändern. Durch den Einsatz solcher methodischen Ansätze können Schutztechnologien in Situationen getestet werden, die Verletzungen verursachen können. Insgesamt scheint es, dass der adaptive Sprunggelenkschutz unter Bedingungen hoher Inversionsgeschwindigkeit vergleichbaren Schutz bietet.
Neben dem Schutz vor übermäßiger Sprunggelenkinversion möchten Anwender von Sprunggelenkschutzsystemen weiterhin gute Leistungen in ihren jeweiligen Sportarten erbringen, während sie ein Schutzsystem tragen. Die sportliche Leistung wurde in der vorliegenden Studie während sportrelevanter Bewegungen bewertet. In diesen Aufgaben wurden keine signifikanten Haupteffekte der Bedingungen mit Bandagen festgestellt, außer bei CMJ. Hier zeigte der adaptive Schutz keinen signifikanten Unterschied zur Basiswert-Bedingung (-1,7 %), während die Schnürbandage und die starre Bandage signifikant niedrigere CMJ-Höhen (-3,8 % bzw. ‑2,7 % im Vergleich zum Basiswert) als der adaptive Schutz aufwiesen. Insgesamt kamen wir zu dem Schluss, dass die Unterschiede zwischen adaptiven und passiven Sprunggelenksbandagen in Bezug auf die sportliche Leistung wahrscheinlich geringfügig sind. Zukünftige Studien sollten jedoch diese Bedingungen mit Bandagen in realistischeren Spiel- oder Sportarten-Situationen bewerten, um die ökologische Validität des Testszenarios zu stärken.
Bei Betrachtung der Bewegungsfreiheit bei langsameren Bewegungen mit geringem Verletzungsrisiko schnitt der adaptive Schutz in dieser Studie besser ab als die passiven Schutzbedingungen. Der aktive Bewegungsumfang wurde um 46 % bzw. 76 % für den adaptiven Schutz im Vergleich zu den Schnürbandagen- bzw. starren Bandagen-Bedingungen erhöht. Dieses Ergebnis entsprach dem subjektiven Empfinden einer Einschränkung. Hier wurde der adaptive Schutz subjektiv als deutlich weniger einschränkend für die Bewegung des Sprunggelenks bewertet als die passiven Schutzbedingungen.
Darüber hinaus bewerteten die Teilnehmer den adaptiven Schutz als komfortabler. Interessanterweise bewerteten die Teilnehmer das adaptive Produkt als ähnlich stabil wie die passiven Schutzbedingungen. Diese subjektive Stabilitätsbewertung scheint eher mit den Ergebnissen aus den Materialtests als mit den Ergebnissen aus den biomechanischen Tests der Schutzwirkung der Produkte übereinzustimmen.
Ob die Ergebnisse der vorliegenden Studie zu einer besseren Anwenderakzeptanz in realen Situationen beim Sport führen, sollte in zukünftigen prospektiven Studien untersucht werden, die Verletzungshäufigkeiten und Aspekte der Akzeptanz berücksichtigen. Mit neuromuskulären Trainingsinterventionen und anderen technologischen Interventionen, z. B. der Reduktion der lateralen Schuhtraktion21, könnte der adaptive Sprunggelenkschutz das Auftreten von Sprunggelenksverletzungen reduzieren, indem er Schutz mit weniger Einschränkungen und besserem Komfort für die Anwender bietet.
Limitationen
Die Ergebnisse dieser Studie sind nicht ohne Limitationen. Wir haben nur männliche Teilnehmer einbezogen, um die Homogenität der Teilnehmerstichprobe zu verbessern. Zukünftige Studien müssen jedoch diese Ergebnisse für weibliche Teilnehmer validieren. Darüber hinaus haben wir hauptsächlich Teilnehmer ohne Verletzungen getestet (d. h. gesunde, intakte Bänder). Athleten mit einer Vorgeschichte von Sprunggelenksverletzungen oder aktuellen Verletzungen (d. h. solche mit funktioneller oder struktureller Instabilität) könnten auf diese Bandagen anders reagieren. Darüber hinaus haben wir nur das rechte Bein unserer Teilnehmer getestet, das für die meisten von ihnen das dominante Bein war. Zukünftige Studien müssen unsere Ergebnisse für das nicht-dominante Bein überprüfen. Schließlich wurden die biomechanischen Tests in dieser Studie unter nicht ermüdeten Bedingungen durchgeführt. Da Ermüdung das Verletzungsrisikoprofil für laterale Sprunggelenksverletzungen verändern kann, sollten ihre Auswirkungen in zukünftigen Studien zur Beurteilung von Sprunggelenkschutztechnologien besser integriert werden.
Fazit
Insgesamt haben wir festgestellt, dass die neuartige adaptive Sprunggelenksbandage ähnliche Schutzeffekte in Situationen mit schneller Inversion bietet wie passive Schutztechnologien, während sie sportliche Leistungen nur geringfügig beeinflusst. Gleichzeitig verbesserte die adaptive Bandage den aktiven Bewegungsumfang des Sprunggelenks sowie das subjektive Komfort- und Einschränkungsempfinden im Vergleich zu passiven Bandagen.
Hinweis
Die Untersuchung wurde an der Hochschule Offenburg durchgeführt; die biomechanische Datenerhebung erfolgte im Labor des Instituts für Funktionelle Diagnostik, Köln.
Erstveröffentlichung
Dieser Artikel erschien in ähnlicher Form als Open-Access-Publikation auf Englisch unter anderem auf der Plattform Sage Journals.
doi: 10.1177/03635465221146294
Interessenkonflikt
Der Autor Prof. Steffen Willwacher ist als Berater bei der Betterguards Technology GmbH tätig.
Für die Autoren:
Prof. Steffen Willwacher
Institute for Advanced Biomechanics and Motion Studies
Hochschule Offenburg
Badstr. 24
77652 Offenburg
https://ibms.hs-offenburg.de/
steffen.willwacher@hs-offenburg.de
Begutachteter Beitrag/reviewed paper
Willwacher S et al. Eine multidimensionale Bewertung eines neuartigen adaptiven versus traditionellen passiven Schutzsystemen gegen Sprunggelenksverletzungen. Orthopädie Technik, 2023; 74 (10): 52–61
![Vergleich der Spitzen-Inversionsgeschwindigkeiten. Schwarze Kreuze zeigen individuelle Daten von Sprunggelenksverletzungen, die entweder in einem Labor oder in einer realen Spielumgebung aufgetreten sind, wie von Lysdal et al. [5] zusammengefasst. Kontinuierliche horizontale Linien zeigen die Spitzen-Inversionsgeschwindigkeiten, die während der biomechanischen und materiellen Tests gemessen wurden. Die farbigen Bereiche zeigen entweder Werte von ±1 SD um die Mittelwerte zwischen den Bedingungen mit Bandage (tatsächliche Mittelwerte ± SD in Klammern) oder den Bereich zwischen der tatsächlich gemessenen und geschätzten Spitzen-Inversionsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Bewegung von Ferse und Schuh in der Materialtest-Bedingung. Da die Winkelmessungen während des Materialtests die Überschätzung der Rückfußbewegung aufgrund der Platzierung der Marker auf der Fersenkappe des Schuhs nicht berücksichtigten, schätzten wir weiterhin eine vergleichbare Spitzen-Inversionsgeschwindigkeit für den Materialtest basierend auf dem von Reinschmidt et al. [20] ermittelten Überschätzungsfaktor (Faktor 2,3).](https://360-ot.de/wp-content/uploads/2023/09/1-mechanische-tests-mit-dem-kuenstlichen-sprunggelenk-800x445.jpg)
- Kinder mit Trisomie 21: Einsatz der Ganganalyse zur adäquaten Schuh- und Orthesenversorgung — 5. November 2024
- Rehabilitation aus orthopädietechnischer und physiotherapeutischer Sicht – Osseointegration und Schaftprothesen der unteren Extremität im Vergleich — 5. November 2024
- Belastungsprofile von knochenverankerten Oberschenkelimplantaten verbunden mit modernen Prothesenpassteilen — 5. November 2024
- Fong DTP et al. A systematic review on ankle injury and ankle sprain in sports. Sports Medicine, 2007; 37 (1): 73–94. doi: 10.2165/00007256–200737010-00006
- Doherty C et al. The incidence and prevalence of ankle sprain injury: a systematic review and meta-analysis of prospective epidemiological studies. Sports Medicine, 2014; 44 (1): 123–140 doi: 10.1007/s40279-013‑0102‑5
- Garrick JG, Requa RK. The epidemiology of foot and ankle injuries in sports. Clinical Journal of Sports Medicine, 1988; 7 (1): 29–36. doi: 10.1016/S0278- 5919(20)30956‑X
- Yeung MS, Chan KM, So CH, Yuan WY. An epidemiological survey on ankle sprain. British Journal of Sports Medicine, 1994; 28 (2): 112–116. doi: 10.1136/ bjsm.28.2.112
- Lysdal FG et al. What have we learnt from quantitative case reports of acute lateral ankle sprains injuries and episodes of ‚giving-way‘ of the ankle joint, and what shall we further investigate? Sports Biomechanics, 2022; 21 (4): 359–379. doi: 10.1080/14763141.2022.2035801
- Verhagen EA, Bay K. Optimising ankle sprain prevention: a critical review and practical appraisal of the literature.British Journal of Sports Medicine, 2010; 44 (15): 1082–1088. doi: 10.1136/bjsm.2010.076406
- Gross MT, Liu HY. The role of ankle bracing for prevention of ankle sprain injuries. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy, 2003; 33 (10): 572–577. doi: 10.2519/jospt.2003.33.10.572
- Rosenbaum D et al. The influence of external ankle braces on subjective and objective parameters of performance in a sports-related agility course. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy, 2005; 13 (5): 419–425. doi: 10.1007/ s00167-004‑0584‑7
- Karlsson J, Peterson L, Andreasson G, Högfors C. The unstable ankle: a combined EMG and biomechanical modeling study. Journal of Applied Biomechanics, 1992; 8 (2): 129–144. doi: 10.1123/ijsb.8.2.129
- Dizon JMR, Reyes JJB. A systematic review on the effectiveness of external ankle supports in the prevention of inversion ankle sprains among elite and recreational players. Journal of Science and Medicine in Sport, 2010; 13 (3): 309–317. doi: 10.1016/j.jsams.2009.05.002
- Verhagen EA, van Mechelen W, de Vente W. The effect of preventive measures on the incidence of ankle sprains. Clinical Journal of Sport Medicine, 2000; 10 (4): 291–296. doi: 10.1097/00042752–200010000-00012
- Agres AN, Chrysanthou M, Raffalt PC. The effect of ankle bracing on kinematics in simulated sprain and drop landings: a double-blind, placebo-controlled study. The American Journal of Sports Medicine, 2019; 47 (6): 1480–1487. doi: 10.1177/0363546519837695
- Sanno M, Epro G, Brüggemann GP, Willwacher S. Running into fatigue: the effects of footwear on kinematics, kinetics, and energetics. Medicine & Science in Sports & Exercise, 2021; 53 (6): 1217–1227. doi: 10.1249/ MSS.0000000000002576
- Sanno M, Willwacher S, Epro G, Brüggemann GP. Positive work contribution shifts from distal to proximal joints during a prolonged run. Medicine & Science in Sports & Exercise, 2018; 50 (12): 2507–2517. doi: 10.1249/ MSS.0000000000001707
- Willwacher S, Sanno M, Brüggemann GP. Fatigue matters: an intense 10 km run alters frontal and transverse plane joint kinematics in competitive and recreational adult runners. Gait & Posture, 2020; 76: 277–283. doi: 10.1016/j.gaitpost.2019.11.016
- Mai P, Willwacher S. Effects of low-pass filter combinations on lower extremity joint moments in distance running. Journal of Biomechanics, 2019; 95: 109311. doi: 10.1016/j.jbiomech.2019.08.005
- Willwacher S et al. Biomechanical response to altered footwear longitudinal bending stiffness in the early acceleration phase of sprinting. Footwear Science, 2016; 8 (2): 99–108. doi: 10.1080/19424280.2016.1144653
- Willwacher S et al. The effect of shoes, surface conditions and sex on leg geometry at touchdown in habitually shod runners. Footwear Science, 2014; 6 (3): 129–138. doi: 0.1080/19424280.2014.896952
- Brüggemann GP, Willwacher S, Fantini Pagani CH. Evaluation der biomechanischen Wirksamkeit eines neuen Orthesenkonzepts zur Therapie von Sprunggelenkverletzungen. Sports Orthopaedics and Traumatology, 2009; 25 (3): 223–230. doi: 10.1016/j.orthtr.2009.08.005
- Reinschmidt C, Stacoff A, Stussi E. Heel movement within a court shoe. Medicine & Science in Sports & Exercise, 1992; 24 (12): 1390–1395. doi: 10.1249/00005768–199212000-00013
- Lysdal FG et al. Does the Spraino lowfriction shoe patch prevent lateral ankle sprain injury in indoor sports? A pilot randomised controlled trial with 510 participants with previous ankle injuries. British Journal of Sports Medicine, 2021; 55 (2): 92–98. doi: 10.1136/bjsports-2019–101767