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Background: Running has many health benefits and has therefore become a sport with an expanded popularity worldwide. With it comes an increased incidence of overuse injuries, and there is a constant debate whether the shoes a runner uses should be as supportive as possible or minimalistic in order to facilitate a more natural running pattern. Many running retail outlets use video analysis to find out whether the runner has excessive rearfoot eversion (if they overpronate) or not and prescribe running shoes accordingly. Purpose: The purpose of the present study was to investigate the effect of an exercise program on pronation/rearfoot eversion in female recreational runners and compare the results to running with a shoe with support under the midsole, a stability shoe. Method: Eight participants were recruited, and they were all recreational female endurance runners. On test day 1 a maximum voluntary isometric contraction (MVIC) of the ankle invertors was recorded. After that, the rearfoot inversion/ eversion angle was measured whilst running on a treadmill both in neutral and in stability shoes. The participants were divided in two groups using the every other method, and the intervention group (5 participants) went home with an exercise program to carry out over 6-8 weeks, and the control group (3 participants) did not. On test day 2 the same procedure followed. Due to the small sample size the current study is categorised as a pilot study. Results: There was no significant difference (p>0.05) in maximum voluntary isometric contraction between the two test days, in both groups, and also no significant difference (p>0.05) in rearfoot eversion in either of the groups and not when comparing the different types of shoes. Looking at individual results in the study group however there is an indication that rearfoot eversion decreased for more participants than did not, and it would therefore be of interest to look at this topic on a larger group. Conclusion: The results showed no significant difference in rearfoot eversion/ inversion after exercise therapy, however after analysing individual results it would be of interest to see this pilot study on a larger group. / Bakgrund: Löpning har många hälsofördelar och har därför blivit en sport med ökad popularitet över hela världen. Med det kommer en ökad förekomst av skador och det finns en ständig debatt om de skor som en löpare använder ska vara så uppbyggda som möjligt eller mer minimalistiska för att främja ett mer naturligt löpsteg. Många löparbutiker använder videoanalys för att ta reda på om löparen har en överdriven eversion i subtalarleden (om de hyperpronerar) eller inte och rekommenderar löparskor i enlighet med detta. Syfte: Syftet med den aktuella studien var att utreda effekten av ett träningsprogram på pronation/subtalar eversion hos kvinnliga distanslöpare, och att jämföra resultatet med en löparsko med extra stöd under fotvalvet. Metod: Åtta deltagare rekryterades till studien, och de var alla kvinnliga motionslöpare. På testdag 1 registrerades en maximal isometrisk kontraktion av fotledens invertorer. Därefter mättes vinkeln av inversion/eversion under löpning på en löpband både i neutrala och i stabilitetsskor. Deltagarna delades in i två grupper med hjälp av varannan-metoden och interventionsgruppen (5 deltagare) gick hem med ett träningsprogram att utföra över 6-8 veckor, och kontrollgruppen (3 deltagare) gjorde inget. På testdag 2 följde samma procedur. På grund av den lilla gruppstorleken kategoriseras den aktuella studien som en pilotstudie. Resultat: Det var ingen signifikant skillnad (p> 0.05) av på den maximala isometriska kontraktionen mellan de två testdagarna, i någon av grupperna, och ingen signifikant skillnad (p> 0.05) av inversion/eversion i någon av grupperna och inte heller när man jämförde de olika typerna av skor. Om man tittar på individuella resultat i studiegruppen finns det dock en indikation på att nivån av eversion minskade för fler deltagare än inte, och det skulle därför vara intressant att titta på detta ämnet i en större grupp. Konklusion: Resultaten visade inte någon signifikant skillnad i eversion/inversion i subtalarleden efter träningsterapi, men efter analysering av individuella resultat skulle det vara intressant att se denna pilotstudie i större grupp.

Epidemiologic data suggest 25% to 75% of all runners experience an overuse injury each year. Commonly cited biomechanical factors related to overuse injuries such as Achilles tendinopathy or medial tibial stress syndrome include excessive amounts or velocities of foot pronation. However, there is conflicting evidence in the literature supporting this theory. An alternative hypothesis suggests it is not necessarily the amount or velocity of pronation which is important for injury development; rather it is the duration the foot remains in a pronated position throughout stance that is the important variable. This project examined this hypothesis by first identifying biomechanical markers of prolonged pronation. Second, it assessed whether individuals currently symptomatic with injuries typically attributed to excessive pronation instead demonstrate the biomechanical markers of prolonged pronation. Finally, musculoskeletal modeling techniques were used to examine musculotendinous kinematics in injured and healthy runners, as well as healthy runners with prolonged pronation. The results suggest the two most robust measures for identifying individuals with prolonged pronation are the period of pronation and the eversion of the rear foot at heel off. Individuals with prolonged pronation can also be identified with a set of clinically feasible measures including higher standing tibia varus angles, reduced static hip internal rotation range of motion, and increased hip internal rotation during stance phase. Finally, individuals with prolonged pronation display a more medially located center of pressure trajectory during stance. Compared to healthy controls, individuals currently symptomatic with Achilles tendinopathy or medial tibial stress syndrome did not differ in the amount or velocity of pronation. However, they did demonstrate the biomechanical markers of prolonged pronation. Injured individuals also demonstrated greater average musculotendinous percent elongation than healthy controls, especially through mid and late stance. Currently healthy individuals demonstrating prolonged pronation exhibited musculotendinous percent elongations intermediate to the healthy and injured groups. As a whole, the results from this study suggest prolonged pronation may play a role in the development of common overuse running injuries. It is suggested future studies on injury mechanisms consider pronation duration as an important variable to examine. This dissertation includes unpublished co-authored material.

Einführung Der Pronation, als Bewegungsrichtung der Rückfußbewegung, ist in der biomechanischen Forschung in der Vergangenheit sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt worden. In den unzähligen Veröffentlichungen zur Pronation wiederholen sich zwei Kernaussagen: Einerseits ist Pronation ein natürlicher Dämpfungsmechanismus, der andererseits bei übermäßiger Ausprägung zu Überlastungsschäden führen kann. Zu beiden Aussagen finden sich viele Untersuchungen, doch eindeutig belegt oder widerlegt sind beide nicht. Die vorliegende Arbeit möchte anhand von Untersuchungen zur Methodik der Bewegungsanalyse des Rückfußes dazu beitragen, den Diskrepanzen der verschiedenen Studienergebnisse auf den Grund zu gehen. Die Arbeit gliedert sich dazu in zwei Teile: Im ersten Teil werden diverse interne und externe Faktoren auf ihr pronationsbeeinflussendes Potential dargestellt. Für den zweiten Teil werden erstens das Elektrogoniometer, als gebräuchliches Messsystem der Rückfußbewegung, mit Hilfe der stereophotogrammetrischen Bewegungsanalyse (Goldstandard) validiert und zweitens innovative Messsysteme mit Schwerpunkt auf mobiler Bewegungsanalyse der Rückfußbewegung (Hall- und Drucksensoren, Gyrometer) entwickelt und ebenfalls validiert. Methodik Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Reihe von Einzelstudien durchgeführt, deren Methodik schwer zu verallgemeinern ist. Grundsätzlich kamen hauptsächlich Laborstudiendesigns zur Anwendung, in denen Gelenkwinkelamplituden, -ausmaße und -geschwindigkeiten der Rückfußbewegung analysiert wurden. In den Laborstudien der Einflussfaktoren wurde die Rückfußbewegung dabei entweder mit stereophotogrammetrischer Bewegungsanalyse oder mit dem Elektrogoniometer erfasst. Bei einer Ermüdungsstudie mit Feldtestdesign wurde die Rückfußbewegung mittels Gyrometer erfasst. Zur Validierung innovativer Messsysteme der Rückfußbewegung wurde entweder die stereophotogrammetrische Bewegungsanalyse oder das Elektrogoniometer verwendet. Ergebnisse Anhand der in der Arbeit vorgenommenen Analyse der pronationsbeeinflussenden Faktoren muss geschlussfolgert werden, dass Einflussfaktoren auf die Rückfußbewegung unzureichend verstanden sind. Die Einflussfaktoren lassen sich grundsätzlich jedoch in drei Gruppen einteilen: 1. kaum erforschte Faktoren (z.B. Alter, Geschlecht, Fußdimensionen, individueller Laufstil und generelle Bewegungsart), 2. kontrovers diskutierte Faktoren (z.B. Fußform, Gelenkkoppelung, genereller Schuheinfluss und Ermüdung) und 3. gesicherte Faktoren (z.B. USG-Achsenorientierung, varus / valgus-modifizierte Schuhgeometrie, Laufgeschwindigkeit). Für Laboruntersuchungen bieten, neben der stereophotogrammetrischen Bewegungsanalyse, zwei weitere Messsysteme, Elektrogoniometer und Gyrometer, vergleichbare Resultate bei der Bestimmung der Rückfußkinematik auf. Das Elektrogoniometer zeigte mittlere bis hohe, das Gyrometer nur mittlere Korrelationen bei den betrachteten Parametern. Hall- und Drucksensoren konnten zwar für eine gegebene Stichprobe rekursiv zur Bestimmung der Rückfußparameter verwendet werden, bei unbekannten Probanden oder alternativen Schuhmodellen lagen die Bestimmtheitsmaße jedoch nicht im akzeptablen Bereich. Dennoch sind für Messungen der Sohlendeformation mit Hilfe von Hallsensoren andere Anwendungsbereiche vorstellbar und auch realisierbar. Für Felduntersuchungen der Rückfußbewegung hat das Gyrometer das größte Potential. Es war im Rahmen dieser Arbeit bereits möglich, einzelne Parameter der Rückfußbewegung (Eversiongeschwindigkeit und -ausmaß) valide in mobilen Einsatzszenarien zu bestimmen. Schlussfolgerungen und Ausblick Die wichtigste Fragestellung für die biomechanische Forschung in Bezug auf die Rückfußbewegung ist die Klärung, ob ein Zusammenhang mit der Entstehung von Überlastungsschäden besteht. Aus den Erkenntnissen dieser Arbeit lassen sich fünf Kernzielstellungen skizzieren, die beachtet werden sollten, um dieser Frage nachzugehen: 1. Entwicklung von mobilen und direkten Messsystemen, zur Erfassung der Rückfußbewegung, nicht der des Schuhs, im natürlichen Bewegungsumfeld, 2. methodische und inhaltliche Diskussion und Standardisierung der Rückfußparameter, 3. Erweiterung der isolierten Betrachtung der Rückfußbewegung auf umliegende Segmente und Gelenke, 4. Kontrolle bzw. Einbeziehung von pronationsbeeinflussenden Faktoren in Untersuchungsdesigns und 5. Durchführung von großangelegten Längsschnittuntersuchungen. / Introduction In previous biomechanical research, a lot of effort has been put into the investigation of rearfoot pronation. In numerous publications, two main assumptions have been postulated: On the one hand, pronation is considered a natural damping mechanism; on the other hand, excessive pronation may lead to overuse injuries. Both assumptions have been intensively investigated; confirmed or negated is neither of the two assumptions so far. Within the frame of this thesis the author tries to contribute to the methodological analysis of rearfoot motion to solve current discrepancies regarding rearfoot motion. The thesis is devided in two parts: In the first part, the influences of various internal and external factors on rearfoot motion are investigated. In the second part, rearfoot motion measurement devices are being validated. Firstly, the elctrogoniometer, a common device used for rearfoot motion measurements, is being validated against the stereophotogrammetric motion analysis system (golden standard) and secondly, innovative devices with their main focus on mobile measurements are being developed and validated. Methods In the case of this thesis, numerous single studies were performed, whose methods vary in such a way, that it is difficult to generalize. Mainly laboratory settings have been used, in which joint angle excursions, ranges of motion and velocities were analysed. In laboratory settings, either a stereophotogrammetric motion analysis system or an electrogoniometer were used to determine rearfoot motion. A gyrometer was utilized in a field test investigating the influence of fatigue on rearfoot motion. Either a stereophotogrammetric motion analysis system or an electrogoniometer were chosen as the golden standard to validate the innovative measurement devices. Results The results of the studies within this thesis regarding pronation influencing factors lead to the conclusion, that factors influencing rearfoot motion are not well understood so far. However, it is possible to divide the investigated factors in three groups: 1. factors, that have received little research attention (e.g. age, gender, foot dimensions, individual running style, general type of movement), 2. factors, that are controversially discussed (e.g. foot shape, joint coupling, general shoe influence, fatigue), and 3. factors that have proven to influence rearfoot motion (e.g. orientation of subtalar joint axis, varus/valgus modified shoes geometry, running velocity). For laboratory investigations two innovative measurements devices, electrogoniometer and gyrometer, have shown similar results compared to the stereophotogrammetric motion analysis system. The correlations of the analyzed parameter were medium to high for the electrogoniometer and medium for the gyrometer. In a known subject sample, using the signals of hall resp. pressure sensors resulted in acceptable rearfoot motion values. However, applied on the data of unknown subjects or alternative shoe models, the calculated rearfoot motion values were way out of an acceptable range. Nevertheless, especially the measurement of midsole deformation by using hall sensors may be useful in further usage scenarios The gyrometer has the highest potential for rearfoot motion measurements within field testings. It was already possible to validly determine various rearfoot motion parameters (eversion velocity and excursion) in mobile testing scenarios. Conclusions and outlook The clarification of a possible correlation between various pronation parameters and the development of overuse injuries turns out to be the most important question for further biomechanical research concerning rearfoot motion. The findings of the thesis indicate five major objectives that should be considered in future research: 1. Development of mobile and direct measurement devices to determine rearfoot motion, not shoe motion, in a natural movement environment, 2. methodological and contentual discussion and standardization of rearfoot motion parameters, 3. extension of the isolated perspective of a single joint motion to adjoining segments and joints, 4. control or integration of rearfoot influencing factors in the testing design and 5. realization of comprehensive longitudinal studies.

Löpning är en av de största fysiska aktiviteterna runt om i världen. Det räknas med att 37-56 % av alla som löper någon gång drabbas av en skada i samband med löpningen. Studiens syfte är att undersöka effekten av olika dämpningsmaterial, drop samt motion-kontroll av löparskor på skadefrekvens i samband med pronation och supination under löpning. Studien gjordes som en litteraturstudie där 11 vetenskapliga artiklar ingick i studien. Resultatet visar att motion-kontroll skor rekommenderas till pronerande löpare och neutrala skor till supinerande eller neutrala löpare. Minskat drop leder till minskad skaderisk. Framfotslöpning är att föredra jämfört med häl till tå löpning. En mjuk sula är bättre vid kortdistans och en hårdare sula vid långdistans. EVA material visade på en bättre återhämtningseffekt än TPU.

Einführung Der Pronation, als Bewegungsrichtung der Rückfußbewegung, ist in der biomechanischen Forschung in der Vergangenheit sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt worden. In den unzähligen Veröffentlichungen zur Pronation wiederholen sich zwei Kernaussagen: Einerseits ist Pronation ein natürlicher Dämpfungsmechanismus, der andererseits bei übermäßiger Ausprägung zu Überlastungsschäden führen kann. Zu beiden Aussagen finden sich viele Untersuchungen, doch eindeutig belegt oder widerlegt sind beide nicht. Die vorliegende Arbeit möchte anhand von Untersuchungen zur Methodik der Bewegungsanalyse des Rückfußes dazu beitragen, den Diskrepanzen der verschiedenen Studienergebnisse auf den Grund zu gehen. Die Arbeit gliedert sich dazu in zwei Teile: Im ersten Teil werden diverse interne und externe Faktoren auf ihr pronationsbeeinflussendes Potential dargestellt. Für den zweiten Teil werden erstens das Elektrogoniometer, als gebräuchliches Messsystem der Rückfußbewegung, mit Hilfe der stereophotogrammetrischen Bewegungsanalyse (Goldstandard) validiert und zweitens innovative Messsysteme mit Schwerpunkt auf mobiler Bewegungsanalyse der Rückfußbewegung (Hall- und Drucksensoren, Gyrometer) entwickelt und ebenfalls validiert. Methodik Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Reihe von Einzelstudien durchgeführt, deren Methodik schwer zu verallgemeinern ist. Grundsätzlich kamen hauptsächlich Laborstudiendesigns zur Anwendung, in denen Gelenkwinkelamplituden, -ausmaße und -geschwindigkeiten der Rückfußbewegung analysiert wurden. In den Laborstudien der Einflussfaktoren wurde die Rückfußbewegung dabei entweder mit stereophotogrammetrischer Bewegungsanalyse oder mit dem Elektrogoniometer erfasst. Bei einer Ermüdungsstudie mit Feldtestdesign wurde die Rückfußbewegung mittels Gyrometer erfasst. Zur Validierung innovativer Messsysteme der Rückfußbewegung wurde entweder die stereophotogrammetrische Bewegungsanalyse oder das Elektrogoniometer verwendet. Ergebnisse Anhand der in der Arbeit vorgenommenen Analyse der pronationsbeeinflussenden Faktoren muss geschlussfolgert werden, dass Einflussfaktoren auf die Rückfußbewegung unzureichend verstanden sind. Die Einflussfaktoren lassen sich grundsätzlich jedoch in drei Gruppen einteilen: 1. kaum erforschte Faktoren (z.B. Alter, Geschlecht, Fußdimensionen, individueller Laufstil und generelle Bewegungsart), 2. kontrovers diskutierte Faktoren (z.B. Fußform, Gelenkkoppelung, genereller Schuheinfluss und Ermüdung) und 3. gesicherte Faktoren (z.B. USG-Achsenorientierung, varus / valgus-modifizierte Schuhgeometrie, Laufgeschwindigkeit). Für Laboruntersuchungen bieten, neben der stereophotogrammetrischen Bewegungsanalyse, zwei weitere Messsysteme, Elektrogoniometer und Gyrometer, vergleichbare Resultate bei der Bestimmung der Rückfußkinematik auf. Das Elektrogoniometer zeigte mittlere bis hohe, das Gyrometer nur mittlere Korrelationen bei den betrachteten Parametern. Hall- und Drucksensoren konnten zwar für eine gegebene Stichprobe rekursiv zur Bestimmung der Rückfußparameter verwendet werden, bei unbekannten Probanden oder alternativen Schuhmodellen lagen die Bestimmtheitsmaße jedoch nicht im akzeptablen Bereich. Dennoch sind für Messungen der Sohlendeformation mit Hilfe von Hallsensoren andere Anwendungsbereiche vorstellbar und auch realisierbar. Für Felduntersuchungen der Rückfußbewegung hat das Gyrometer das größte Potential. Es war im Rahmen dieser Arbeit bereits möglich, einzelne Parameter der Rückfußbewegung (Eversiongeschwindigkeit und -ausmaß) valide in mobilen Einsatzszenarien zu bestimmen. Schlussfolgerungen und Ausblick Die wichtigste Fragestellung für die biomechanische Forschung in Bezug auf die Rückfußbewegung ist die Klärung, ob ein Zusammenhang mit der Entstehung von Überlastungsschäden besteht. Aus den Erkenntnissen dieser Arbeit lassen sich fünf Kernzielstellungen skizzieren, die beachtet werden sollten, um dieser Frage nachzugehen: 1. Entwicklung von mobilen und direkten Messsystemen, zur Erfassung der Rückfußbewegung, nicht der des Schuhs, im natürlichen Bewegungsumfeld, 2. methodische und inhaltliche Diskussion und Standardisierung der Rückfußparameter, 3. Erweiterung der isolierten Betrachtung der Rückfußbewegung auf umliegende Segmente und Gelenke, 4. Kontrolle bzw. Einbeziehung von pronationsbeeinflussenden Faktoren in Untersuchungsdesigns und 5. Durchführung von großangelegten Längsschnittuntersuchungen.:Zusammenfassung ii Abstract v Abbildungsverzeichnis xv Tabellenverzeichnis xvii Abkürzungsverzeichnis xviii Einleitung 1 Vorbemerkung zu den Studiendesigns der Studienreihe 4 I Anatomische und bewegungswissenschaftliche Grundlagen 7 1 Funktionale Anatomie des Sprunggelenks 8 2 Parameter der Rückfußmessung 12 2.1 Benennung 12 2.2 Traditionelle diskrete Parameter 12 2.3 Diskrete Parameter der vorliegenden Studienreihe 17 II Pronationsbeeinflussende Faktoren 21 3 Anatomische Merkmale 23 4 Geschlecht und Alter 27 4.1 Geschlecht als möglicher Einflussfaktor auf die Rückfußbewegung 27 4.2 Alter als möglicher Einflussfaktor auf die Rückfußbewegung 28 5 Bewegungsart 30 5.1 Rückfußbewegung beim Springen 31 5.1.1 Laborstudie: Vergleich der Rückfußbewegung beim Laufen und Springen 33 5.1.1.1 Zielstellung & Hypothesen 33 5.1.1.2 Methodik 33 5.1.1.3 Ergebnisse & Diskussion 35 6 Laufgeschwindigkeit 39 6.1 Laborstudie: Einfluss der Laufgeschwindigkeit auf die Rückfußbewegung 41 6.1.1 Zielstellung & Hypothesen 41 6.1.2 Methodik 41 6.1.3 Ergebnisse & Diskussion 42 6.1.4 Fazit 45 7 Ermüdung 46 7.1 Feldstudie: Einfluss sukzessiver Ermüdung auf Eversionsgeschwindigkeit 49 7.1.1 Zielstellungen & Hypothesen 49 7.1.2 Methodik 49 7.1.3 Ergebnisse & Diskussion 53 7.1.4 Fazit 55 8 Schuh 56 8.1 Laborstudie: Beeinflussung der Rückfußbewegung durch den Schuh 60 8.1.1 Zielstellungen & Hypothesen (vgl. Abbildung 8.2): 60 8.1.2 Methodik 61 8.1.3 Ergebnisse BAFO vs. SHOE 65 8.1.4 Ergebnisse SAND vs. FOOT-SAND 67 8.1.5 Ergebnisse BAFO vs. FOOT-SAND 68 8.1.6 Übergreifende Ergebnisse und Diskussion 70 8.2 Laborstudien: Beeinflussung der Eversion mittels gradueller Varusmodifikationen 72 8.2.1 Zielstellung & Hypothese: 72 8.2.2 Methodik 72 8.2.3 Ergebnisse & Diskussion 74 9 Fazit pronationsbeeinflussende Faktoren 78 III Traditionelle und innovative Messsysteme der Rückfußbewegung 81 10 Einführung Messsysteme 82 11 Subjektive Messungen 85 11.1 Feldstudie: Individuelle Wahrnehmung veränderter Eversion, hervorgerufen durch varus-modifizierte Schuhe 87 11.1.1 Zielstellung & Hypothesen: 87 11.1.2 Methodik 87 11.1.3 Ergebnisse 88 11.1.4 Diskussion 91 12 Elektrogoniometer 93 12.1 Laborstudie: Validierung des Goniometers zur Erfassung der Rückfußbewegung 97 12.1.1 Zielstellungen & Hypothesen: 97 12.1.2 Methodik 97 12.1.3 Ergebnisse & Diskussion 98 13 Gyrometer 101 13.1 Laborstudie: Validierung des Gyrometers als Messsystem zur Erfassung der Rückfußbewegung 104 13.1.1 Zielstellungen & Hypothese 104 13.1.2 Methodik 104 13.1.3 Ergebnisse & Diskussion 106 13.1.4 Fazit 108 13.2 Studie: Entwicklung und Evaluation eines mit Gyrometer instrumentier- ten Schuhs zur mobilen Messung der Rückfußbewegung 109 13.2.1 Zielstellung & Hypothese 109 13.2.2 Methodik 109 13.2.3 Validierung EVvel-Erkennung bei mehreren Läufe eines Probanden 110 13.2.4 Validierung EVvel-Erkennung bei weiteren Probanden 111 13.2.5 Ergebnisse & Diskussion 112 13.2.6 Ausblick 113 14 Druckverteilung & Sohlendeformation 115 14.1 Laborstudie: Eversionsbestimmung mittels plantarer Druckverteilung & Sohlendeformation 121 14.1.1 Zielstellung & Hypothesen 121 14.1.2 Methodik 121 14.1.3 Ergebnisse & Diskussion 125 14.1.4 Fazit 129 14.2 Laborstudienreihe: Algorithmusvalidierung 130 14.2.1 Allgemeine Methodik 131 14.2.1.1 Neue Probanden 131 14.2.1.2 Alternative Schuhmodelle 131 14.2.1.3 Weitere Laufgeschwindigkeiten 134 14.2.2 Ergebnisse & Diskussion 134 14.2.2.1 Neue Probanden 134 14.2.2.2 Alternatives Schuhmodell 136 14.2.2.3 Weitere Laufgeschwindigkeiten 140 14.3 Zusammenfassung Druckverteilung & Sohlendeformation 143 15 Photo- / Filmbasierte Messsysteme 144 15.1 Grundlagen stereophotogrammetrischer Messungen 144 15.2 Methodische Richtlinien für stereophotogrammetrischer Rückfußmessungen der vorliegenden Arbeit 147 16 Zusammenfassung Messsysteme 150 IV Schlussbetrachtung und Ausblick 153 Literaturverzeichnis 157 Anhänge 174 A Fragebogen subjektiven Wahrnehmung der Rückfußbewegung 174 B Wissenschaftlicher Lebenslauf 177 C Selbstständigkeitserklärung 181 / Introduction In previous biomechanical research, a lot of effort has been put into the investigation of rearfoot pronation. In numerous publications, two main assumptions have been postulated: On the one hand, pronation is considered a natural damping mechanism; on the other hand, excessive pronation may lead to overuse injuries. Both assumptions have been intensively investigated; confirmed or negated is neither of the two assumptions so far. Within the frame of this thesis the author tries to contribute to the methodological analysis of rearfoot motion to solve current discrepancies regarding rearfoot motion. The thesis is devided in two parts: In the first part, the influences of various internal and external factors on rearfoot motion are investigated. In the second part, rearfoot motion measurement devices are being validated. Firstly, the elctrogoniometer, a common device used for rearfoot motion measurements, is being validated against the stereophotogrammetric motion analysis system (golden standard) and secondly, innovative devices with their main focus on mobile measurements are being developed and validated. Methods In the case of this thesis, numerous single studies were performed, whose methods vary in such a way, that it is difficult to generalize. Mainly laboratory settings have been used, in which joint angle excursions, ranges of motion and velocities were analysed. In laboratory settings, either a stereophotogrammetric motion analysis system or an electrogoniometer were used to determine rearfoot motion. A gyrometer was utilized in a field test investigating the influence of fatigue on rearfoot motion. Either a stereophotogrammetric motion analysis system or an electrogoniometer were chosen as the golden standard to validate the innovative measurement devices. Results The results of the studies within this thesis regarding pronation influencing factors lead to the conclusion, that factors influencing rearfoot motion are not well understood so far. However, it is possible to divide the investigated factors in three groups: 1. factors, that have received little research attention (e.g. age, gender, foot dimensions, individual running style, general type of movement), 2. factors, that are controversially discussed (e.g. foot shape, joint coupling, general shoe influence, fatigue), and 3. factors that have proven to influence rearfoot motion (e.g. orientation of subtalar joint axis, varus/valgus modified shoes geometry, running velocity). For laboratory investigations two innovative measurements devices, electrogoniometer and gyrometer, have shown similar results compared to the stereophotogrammetric motion analysis system. The correlations of the analyzed parameter were medium to high for the electrogoniometer and medium for the gyrometer. In a known subject sample, using the signals of hall resp. pressure sensors resulted in acceptable rearfoot motion values. However, applied on the data of unknown subjects or alternative shoe models, the calculated rearfoot motion values were way out of an acceptable range. Nevertheless, especially the measurement of midsole deformation by using hall sensors may be useful in further usage scenarios The gyrometer has the highest potential for rearfoot motion measurements within field testings. It was already possible to validly determine various rearfoot motion parameters (eversion velocity and excursion) in mobile testing scenarios. Conclusions and outlook The clarification of a possible correlation between various pronation parameters and the development of overuse injuries turns out to be the most important question for further biomechanical research concerning rearfoot motion. The findings of the thesis indicate five major objectives that should be considered in future research: 1. Development of mobile and direct measurement devices to determine rearfoot motion, not shoe motion, in a natural movement environment, 2. methodological and contentual discussion and standardization of rearfoot motion parameters, 3. extension of the isolated perspective of a single joint motion to adjoining segments and joints, 4. control or integration of rearfoot influencing factors in the testing design and 5. realization of comprehensive longitudinal studies.:Zusammenfassung ii Abstract v Abbildungsverzeichnis xv Tabellenverzeichnis xvii Abkürzungsverzeichnis xviii Einleitung 1 Vorbemerkung zu den Studiendesigns der Studienreihe 4 I Anatomische und bewegungswissenschaftliche Grundlagen 7 1 Funktionale Anatomie des Sprunggelenks 8 2 Parameter der Rückfußmessung 12 2.1 Benennung 12 2.2 Traditionelle diskrete Parameter 12 2.3 Diskrete Parameter der vorliegenden Studienreihe 17 II Pronationsbeeinflussende Faktoren 21 3 Anatomische Merkmale 23 4 Geschlecht und Alter 27 4.1 Geschlecht als möglicher Einflussfaktor auf die Rückfußbewegung 27 4.2 Alter als möglicher Einflussfaktor auf die Rückfußbewegung 28 5 Bewegungsart 30 5.1 Rückfußbewegung beim Springen 31 5.1.1 Laborstudie: Vergleich der Rückfußbewegung beim Laufen und Springen 33 5.1.1.1 Zielstellung & Hypothesen 33 5.1.1.2 Methodik 33 5.1.1.3 Ergebnisse & Diskussion 35 6 Laufgeschwindigkeit 39 6.1 Laborstudie: Einfluss der Laufgeschwindigkeit auf die Rückfußbewegung 41 6.1.1 Zielstellung & Hypothesen 41 6.1.2 Methodik 41 6.1.3 Ergebnisse & Diskussion 42 6.1.4 Fazit 45 7 Ermüdung 46 7.1 Feldstudie: Einfluss sukzessiver Ermüdung auf Eversionsgeschwindigkeit 49 7.1.1 Zielstellungen & Hypothesen 49 7.1.2 Methodik 49 7.1.3 Ergebnisse & Diskussion 53 7.1.4 Fazit 55 8 Schuh 56 8.1 Laborstudie: Beeinflussung der Rückfußbewegung durch den Schuh 60 8.1.1 Zielstellungen & Hypothesen (vgl. Abbildung 8.2): 60 8.1.2 Methodik 61 8.1.3 Ergebnisse BAFO vs. SHOE 65 8.1.4 Ergebnisse SAND vs. FOOT-SAND 67 8.1.5 Ergebnisse BAFO vs. FOOT-SAND 68 8.1.6 Übergreifende Ergebnisse und Diskussion 70 8.2 Laborstudien: Beeinflussung der Eversion mittels gradueller Varusmodifikationen 72 8.2.1 Zielstellung & Hypothese: 72 8.2.2 Methodik 72 8.2.3 Ergebnisse & Diskussion 74 9 Fazit pronationsbeeinflussende Faktoren 78 III Traditionelle und innovative Messsysteme der Rückfußbewegung 81 10 Einführung Messsysteme 82 11 Subjektive Messungen 85 11.1 Feldstudie: Individuelle Wahrnehmung veränderter Eversion, hervorgerufen durch varus-modifizierte Schuhe 87 11.1.1 Zielstellung & Hypothesen: 87 11.1.2 Methodik 87 11.1.3 Ergebnisse 88 11.1.4 Diskussion 91 12 Elektrogoniometer 93 12.1 Laborstudie: Validierung des Goniometers zur Erfassung der Rückfußbewegung 97 12.1.1 Zielstellungen & Hypothesen: 97 12.1.2 Methodik 97 12.1.3 Ergebnisse & Diskussion 98 13 Gyrometer 101 13.1 Laborstudie: Validierung des Gyrometers als Messsystem zur Erfassung der Rückfußbewegung 104 13.1.1 Zielstellungen & Hypothese 104 13.1.2 Methodik 104 13.1.3 Ergebnisse & Diskussion 106 13.1.4 Fazit 108 13.2 Studie: Entwicklung und Evaluation eines mit Gyrometer instrumentier- ten Schuhs zur mobilen Messung der Rückfußbewegung 109 13.2.1 Zielstellung & Hypothese 109 13.2.2 Methodik 109 13.2.3 Validierung EVvel-Erkennung bei mehreren Läufe eines Probanden 110 13.2.4 Validierung EVvel-Erkennung bei weiteren Probanden 111 13.2.5 Ergebnisse & Diskussion 112 13.2.6 Ausblick 113 14 Druckverteilung & Sohlendeformation 115 14.1 Laborstudie: Eversionsbestimmung mittels plantarer Druckverteilung & Sohlendeformation 121 14.1.1 Zielstellung & Hypothesen 121 14.1.2 Methodik 121 14.1.3 Ergebnisse & Diskussion 125 14.1.4 Fazit 129 14.2 Laborstudienreihe: Algorithmusvalidierung 130 14.2.1 Allgemeine Methodik 131 14.2.1.1 Neue Probanden 131 14.2.1.2 Alternative Schuhmodelle 131 14.2.1.3 Weitere Laufgeschwindigkeiten 134 14.2.2 Ergebnisse & Diskussion 134 14.2.2.1 Neue Probanden 134 14.2.2.2 Alternatives Schuhmodell 136 14.2.2.3 Weitere Laufgeschwindigkeiten 140 14.3 Zusammenfassung Druckverteilung & Sohlendeformation 143 15 Photo- / Filmbasierte Messsysteme 144 15.1 Grundlagen stereophotogrammetrischer Messungen 144 15.2 Methodische Richtlinien für stereophotogrammetrischer Rückfußmessungen der vorliegenden Arbeit 147 16 Zusammenfassung Messsysteme 150 IV Schlussbetrachtung und Ausblick 153 Literaturverzeichnis 157 Anhänge 174 A Fragebogen subjektiven Wahrnehmung der Rückfußbewegung 174 B Wissenschaftlicher Lebenslauf 177 C Selbstständigkeitserklärung 181

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Submitted in fulfillment of Masters Degree in Technology: Chiropractic, Durban University of Technology, Durban, South Africa, 2016. / Background: Myofascial therapies are widely researched with regards to their effects on pain, disability and range of motion. The benefits of such therapies are attributed to the mechanical changes that myofascial therapies are proposed to have on the fascial and myofascial structures. Breakthrough imaging and laboratory techniques, have allowed the in vivo study of these structures, resulting in new hypotheses regarding the roles that connective tissues might play in proprioception. Objectives: The purpose of this investigation was to assess the effects of two myofascial therapies, in terms of immediate changes in navicular pronation, great toe extension measurements and balance tests, as indicated by the postural stability (eyes open and closed) and limits of stability tests. Pre-, post-intervention analysis was used to determine if there were significant changes between the groups. Aims: The myofascial interventions aimed to reduce myofascial restriction and adhesions, within the plantar and crural fasciae’s of individuals with bilateral pronation. Methods: The study recruited 45 subjects with bilateral pronation (2 or more degrees) and randomly allocated them into a placebo ultrasound, ischaemic compression or myofascial release group. Each subject underwent a case history, physical examination, foot, ankle and knee regional examinations, as well as screened for contraindications. A blinded assistant examiner helped measured and record the baseline measurements for navicular position and great toe extension, using a standard two arm goniometer. The researcher then tested participants for postural stability (eyes open, eyes closed) and limits of stability, on the Biosway Portable Balance System. Subjects were then examined and treated bilaterally, for myofascial restrictions in the foot, lower leg and ankle, related or unrelated to the pronation present. Pre- and post-intervention measurements were recorded within a 20 minute window immediately before and after the relevant intervention. Statistical Analysis: Repeated measures ANOVA testing was used to compare the rate of change (between pre- and post-intervention measurements) amongst the three groups, and a p-value <0.05 was considered statistically significant. Post hoc Bonferroni adjusted tests were done to compare all pair wise groups, as well as identify trends between groups. Results and Discussion: The data showed that both myofascial groups, significantly improved in postural stability (eyes closed) overall, post hoc testing showed the ischaemic compression group (p=0.004) and myofascial release group (p=0.031), compared to changes in the placebo ultrasound group.The overall changes were predominantly found in the anterior-posterior axes, with significant improvements in ischaemic compression (p=0.007) and myofascial release group (p=0.053) axes compared to placebo. For the other outcome variables, statistically significant treatment effects were not consistant bilaterally between the groups. Significant (p=0.051) time*group differences for changes in right navicular position. Post hoc testing revealed a borderline significant (p=0.056) improvement in pronation for the myofascial release group in comparison to the ischaemic compression group, which on average got worse. With regards to passive non-weight bearing great toe extension left, significant (p=0.067) improvements for the ischaemic compression group were shown compared to placebo, although this was not consistent for all the great toe extension tests. A borderline significant (p=0.059) time*group effect for postural stability (eyes open) medial-lateral test was obtained. Post hoc Bonferroni adjusted testing showed a non-significant (p=0.063) correlation between the myofascial release group and placebo ultrasound group. Conclusion: The results of this study, rejects the Null hypothesis for changes in balance measurements and suggests that both myofascial interventions had a significant positive outcome for postural stability, compared to placebo. The postural stability (eyes closed) test gave an indication of positive or negative changes in centre of pressure displacement, about the centre of gravity. It is noted that the sham ultrasound, used as a placebo intervention may have produced a treatment effect and is therefore not a reliable placebo measure for this type of investigation. / M

A síndrome da dor patelofemural é uma das disfunções mais comuns que acometem o joelho, principalmente mulheres jovens fisicamente ativas. No entanto, o tratamento permanece desafiador por carecer de bases científicas que direcionem sua reabilitação. Distúrbios no alinhamento estático e dinâmico dos membros inferiores, como a pronação excessiva do retropé, têm sido associados na clínica e embasados teoricamente como fatores de risco para a disfunção. No entanto, estudos experimentais que embasem esta relação ainda são controversos. O objetivo geral deste estudo foi verificar a influência da síndrome da dor patelofemural no alinhamento postural do retropé e joelho, assim como na distribuição da pressão plantar durante a fase apoio do descer escadas e em três subfases do apoio da marcha. Foram estudados 77 adultos jovens de ambos os sexos, divididos em grupo controle (GC=47) e grupo síndrome da dor patelofemural (GSPF=30). Para responder a questões científicas específicas, foram realizados três experimentos. O experimento 1 teve o objetivo específico de verificar a associação entre a síndrome da dor patelofemural e o alinhamento postural dos membros inferiores (n=77; GC=47,GSPF=30). Para tanto, foram avaliadas três medidas clínicas: o ângulo do retropé, o ângulo Q (fotogrametria digital) e a orientação médiolateral da patela (método adaptado de Mc Connell). O experimento 2 teve como objetivo específico investigar a distribuição da pressão plantar de indivíduos com e sem diagnóstico de síndrome da dor patelofemural durante o descer escadas, e avaliar a dor dos sujeitos com essa disfunção antes e após a tarefa proposta (n=74; GC=44,GSPF=30). Para tanto, avaliouse a distribuição da pressão plantar por meio de palmilhas capacitivas (Pedar X System) na fase de apoio do descer escadas e a dor referida pelos sujeitos pela escala analógica visual de dor antes e depois da tarefa motora. O experimento 3 (n=57; GC=35,GSPF=22) buscou especificamente avaliar a influência da síndrome da dor patelofemural na distribuição da pressão plantar durante o contato inicial, médio-apoio e propulsão da fase de apoio da marcha. Os principais resultados demonstraram que não houve influência da disfunção no alinhamento postural do retropé e joelho. No entanto, durante o descer escadas, a síndrome da dor patelofemural esteve associada à um contato medialmente direcionado no retropé e médio-pé, assim como menores sobrecargas plantares, provavelmente associadas ao aumento significativo da dor relatada pelos sujeitos após a tarefa. Na marcha, os sujeitos com a disfunção realizaram novamente um contato inicial medialmente direcionado no retropé e uma propulsão mais lateralizada no antepé. Os resultados deste estudo mostram que a síndrome da dor patelofemural não esteve relacionada ao alinhamento postural do retropé e joelho, mas influenciou o padrão dinâmico da distribuição da pressão plantar tanto na marcha como no descer escadas. Estes achados confirmam a importância da avaliação dinâmica durante a reabilitação dos indivíduos com esta disfunção. / Patellofemoral pain syndrome is one of the most common dysfunctions of the knee, particularly among young physically active females. Its treatment remains challenger due to the lack of scientific rationales bases to guide its rehabilitation. Static and dynamic misalignment of the lower extremity, like excessive rearfoot pronation has been clinically and theoretically associated as risk factors for this dysfunction. However, scientific studies to confirm this association are still controversial. The general purpose of this study was to verify the influence of patellofemoral pain syndrome on rearfoot and knee postural alignment as well as on plantar pressure distribution during the stance phase of stair descent and three sub phases of stance gait. 77 young adults of both sexes divided in to control group (GC=47) and patellofemoral pain goup(PFPG=30) were studied. Three experiments were realized in order to respond the specific scientific questions. The experiment 1 had the specific purpose of verify the association between patellofemoral pain syndrome and postural alignment of rearfoot and knee (n=77; CG=47, PFPG=30). Therefore, three clinical measurements were evaluated: rearfoot angle, Q angle (digital photogrammetry) and the medio-lateral orientation of the patella (adapted from McConnell). The experiment 2 aimed specifically to investigate plantar pressure distribution in subjects with and without patellofemoral pain syndrome, during the stair descent, and evaluate the pain referred by the subjects before and after the motor task (n=74;CG=44,PFPG=30), plantar pressure distribution was evaluated with capacitive insoles(Pedar X System) during the stance phase of stair descent as well as the pain referred by the subjects by Visual Analogue Scale before and after the task. The experiment 3 intended specifically to verify the influence of patellofemoral pain syndrome on plantar pressure distribution during initial contact, midstance and propulsion of the gait stance (n=57; GC=35, GSPF=22). The principal results of this study showed that there was no influence of the dysfunction on postural alignment of rearfoot and knee. However, patellofemoral pain syndrome during the stair descent was related to a medially directed contact at the rearfoot and midfoot and lower plantar loads probably due to the increase in pain observed after the task. During gait, the subjects with the dysfunction showed again an initial contact medially directed at the rearfoot and laterally directed propulsion on forefoot. The results of this study show that patellofemoral pain syndrome was not associated to postural alignment but influenced the plantar pressure distribution during gait as well as stair descending task. These findings confirm the importance of the dynamic evaluation of subjects with this dysfunction during their rehabilitation.