Versteckte Kraft im Schuh

Fußbeschwerden im Radsport sind keine Seltenheit und können viele Ursachen haben. Daher ist es ein nicht unbedeutendes Thema im Bikefitting. Als ­Bikefitting wird der Prozess der Sitzpositionsanalyse bezeichnet, der dazu führt, aus dem Athleten und seinem Fahrrad eine bestmögliche Einheit zu schaffen. Die Firma gebioMized ist in diesem Themenfeld bereits seit mehr als 15 Jahren tätig und konnte in dieser Zeit eine eigenständige Methode zur Analyse von Bewegungen auf dem Rad entwickeln. Durch die Kombination von Druckmesstechniken an allen Kontaktstellen und Videoanalyse aus verschiedenen Perspektiven entsteht ein ganzheitliches Bild des Athleten, welches, mit Hilfe der Erfahrung des Bikefitters, die individuellen Optimierungspotentiale aufzeigt. Dabei kann die Optimierung der Sitzposition verschiedene Zielsetzungen haben: Zum einen ist die Prävention oder Reduzierung von bereits aufgetretenen Überlastungsbeschwerden eine wesentliche Motivation unserer Kunden, zum anderen kann die Optimierung auch in Richtung Leistungssteigerung und verbesserter Effizienz auf dem Rad gesehen werden. In den letzten Jahren durfte gebioMized diese Methode bereits bei vielen Profisportlern erfolgreich anwenden, wie z.B. bei den Radsportlern Tony Martin, John Degenkolb, den Tour de France Siegern Chris Froome und Egan Bernal, dem Vuelta d’Espana Sieger Simon Yates oder dem Zeitfahrweltmeister Fabian Cancellara, um nur eine Auswahl zu nennen. Im nachfolgenden Text soll ein wichtiges Element des Bikefittings fokussiert werden: Die Kontaktstelle Fuß-Radschuhe-Pedale und der damit einhergehenden Versorgung mit Einlagen. 

Die Kontaktstelle Fuß-Radschuhe-Pedale ist hauptverantwortlich für die Kraftübertragung und damit für den Vortrieb des gesamten Rades. Deswegen ist es sowohl aus Leistungs- als auch aus Komfortgedanken sinnvoll, den Fuß in eine möglichst optimale Position zu bringen. Neben der allgemeinen Sitzposition – Sitzhöhe, Sitzlänge, Überhöhung, Knielot usw. – spielt der Radschuh sowie die Einlage eine erhebliche Rolle. Durch die Auswahl eines geeigneten Schuhmodells sowie eine individuelle Anpassung der Einlage können vielen Radsportlern Schmerzen und Probleme erspart bleiben. Da aber jeder Fuß individuell verschieden ist, können Standard-Radschuhe den Fuß nur eingeschränkt unterstützen. Bei fehlender Unterstützung treten die typischen Beschwerden wie Fußbrennen oder Taubheit auf, die vor allem durch punktuelle Überlastungen (verstärkt durch den Einsatz von Klickpedalen) entstehen. Deshalb sollte eine Versorgung mit radsportspezifischen Einlagen vor allem das Ziel verfolgen, den Fuß zu stabilisieren, zu stützen und die Kontaktfläche im Vorfußbereich sinnvoll zu vergrößern. Durch eine Erhöhung der Fußstabilität im Schuh, wird zusätzlich ein positiver Effekt auf die Kniebewegung erzeugt, so dass Überbelastungen und Ausweichbewegungen des Kniegelenks und an den Bändern vermieden werden. Die Reduktion von Scherbewegungen des Beins in der Druckphase führt zu signifikant positiven Auswirkungen an zwei verschiedenen Kontaktstellen:  

• Stabilisierung des Beckens auf dem Sattel, so dass Scheuern an der Außenseite des Sattels verhindert wird. Dadurch verbessert sich der Komfort auf dem Sattel, Sitzbeschwerden werden reduziert.
• Erhöhung der Treteffizienz auf dem Pedal, so dass eine Leistungssteigerung erzielt wird. Die eingesetzte Kraft kommt zielgerichteter am Pedal an und kann in größerem Maße zu Vortriebszwecken verwendet werden.

Die Verbindung Fuß-Radschuhe-Pedale ist im Vergleich zu anderen Sportarten sehr speziell. Während der Läufer seine Ferse als Kontaktpunkt verwenden kann und bei jedem Schritt über den gesamten Fuß bis zum Ansatz der Zehen abrollt, ist der „Radfahrer-Fuß“ im Bereich des Ballens durch die Klickpedale fixiert. Diese besondere Fußstellung führt zu sportspezifischen Belastungen:

• Die Druckpunkte im Radschuh sind bei jeder Tretbewegung nahezu identisch
• Die Kraftverteilung am Fuß ist stark front-orientiert (Regionen Fußballen und Zehen)
• Die Kontaktfläche ist verkleinert, die Ferse hat keinen direkten Kontakt
• Die Kräfte wirken über lange Zeit (mehrere Stunden) auf die belasteten Fußregionen.

Auch bei maximaler Rotationsfreiheit der Cleats (Klick-System zwischen Schuh und Pedale) ist der Fuß nach innen und außen limitiert. Die Bewegungsfreiheit der Ferse nach oben und unten wird zusätzlich durch die Sitzhöhe, also durch die Fixierung des Beckens auf dem Sattel, vorgegeben. Deshalb gilt grundsätzlich: Laufeinlagen sind keine Radeinlagen! (Abb. 1)

Zur richtigen Einlagenversorgung gehört eine intensive Analyse beider Füße, um die Besonderheiten jedes einzelnen Fußes aufzudecken. Die Bestimmung des Fuß-Typus, der Längsgewölbehöhe und -länge und die genaue Betrachtung der fünf Mittelfußköpfchen sind unter anderem wichtig für die spätere Auswahl der passenden Einlagen. Der Fuß an sich erzählt seine eigene „Belastungs-Historie“. Zur Analyse des Fußes kann neben dem geschulten Auge des Bikefitters auch Messtechnik zur Unterstützung hinzugezogen werden, wie zum Beispiel ein 2D oder 3D Fuß-Scanner, der sehr viele Informationen über den Fuß liefert (Abb. 2). Die individuelle Anatomie beider Füße muss für die Konstruktion der Einlagen berücksichtigt werden. Liegen eventuell bereits Fußbeschwerden vor? Führt längeres Radfahren zu Taubheitsgefühlen im Radschuh? Bei der Bewertung von Beschwerden sollte die Dauer berücksichtigt werden, da viele Radsportler ihren Sport häufig über Stunden ausüben. Aus diesem Grunde können selbst unscheinbar wirkende „Auffälligkeiten“ eine große Wirkung entfalten.

Ein wichtiger Faktor fehlt jedoch noch bei der richtigen Herangehensweise zur Erstellung von Radeinlagen: Die dynamische Analyse im Radschuh.Bei der dynamischen Analyse, die in der Bewegung auf dem Rad gemessen wird, werden elementare Fragen beantwortet:

• Wie belastet der Fuß die Pedale?
• Mit welchen Strukturen des Fußes wird die Druckphase durchgeführt?
• Ist die Fußbewegung stabil?
• Tritt der Fahrer eher spitz mit den Zehen oder großflächig mit dem gesamten Ballen?

Über all diese Fragen liefert die dynamische Druckmessung im Schuh genaue Erkenntnisse. Die Druckbilder zeigen die Realität der Tretbewegung mit einer zeitlichen Auflösung von 200 Hz. Sie visualisieren so exakt, was in der Dynamik passiert. Wird beispielsweise im Druckbild eine starke Belastung auf einem Mittelfußköpfchen festgestellt, kann durch die Einlage eine spezielle Entlastungszone eingebaut werden. Oder wird der Fuß zu weit außen belastet? Hierbei kann eine Innenranderhöhung zu einer medialen Verlagerung und mehr Stabilität führen. Die Einlage sorgt für eine bessere Druckverteilung und optimiert die Kraftübertragung auf das Pedal. Asymmetrien zwischen rechts und links können ebenfalls minimiert werden. So wird die Gesamtleistung gesteigert und Fußbeschwerden behoben. Am Ende des Tages sollte die Radeinlage genau da funktionieren, wofür sie entwickelt wurde: Im Einsatz im Radschuh während eines langen, harten Tages auf dem Rad (Abb. 3 a, b).

Nachdem sowohl statische als auch dynamische Daten erfasst wurden, beginnt nun der eigentliche Fertigungsprozess. Dafür wird das in der Orthopädieschuhtechnik bereits bekannte Verfahren der CAD-CAM Technologie genutzt: Für die CAD-Konstruktion der individuellen Einlage dient die Messung des Fuß Scans (Abbildung 2). Zuerst werden die Maße der Originaleinlage des Radschuhs eingegeben und die Druckbilder auf eine Standardeinlage projiziert. Es wird hierfür die Software GP InsoleCAD genutzt, die vom Hersteller GeBioM mbH entwickelt wurde. Diese hilft dabei die verschiedenen Elemente, wie eine Fersenschale, ein Längsgewölbe, eine Pelotte, ein Zehensteg oder weitere mögliche Vertiefungen an besonders belasteten Stellen einzuarbeiten. Dabei werden die jeweiligen Positionen, Dimensionen und Höhenangaben entsprechend der Druckverteilung und der Druckwerte angepasst. Die fertige CAD-Datei wird anschließend an die ebenfalls von GeBioM mbH entwickelte CNC-Fräse geschickt, in der sich ein Schaumblock befindet. Die Härte des Rohmaterials ist variabel und wird nach den gemessenen Druckwerten sowie nach den Wünschen des Radsportlers ausgewählt. Nach dem Fräsvorgang werden diese von Hand feingeschliffen und abschließend mit einem Deckmaterial bezogen (Abb. 4). Zum thematischen Abschluss der Mess- und Fertigungsverfahren werden noch zwei Teil-Aspekte hervorgestellt, die besonders für Radschuh-Einlagen elementar sind: Es handelt sich dabei um die Bedeutung von Ober- und Unterseite sowie um die Frage nach dem Materialgewicht, die im Radsport bei vielen Bauteilen entscheidend ist.

Bei aktuell am Markt befindlichen Einlagenkonzepten wird hauptsächlich über die Oberseite gesprochen. Dabei ist auch die Unterseite der Einlage entscheidend: Die Unterseite sollte sich im Optimalfall passend an die Oberseite der Schuhsohle anlegen, ohne Lücken oder Überstände aufzuweisen. Sie sollte idealerweise das Negativ der Schuhsohle darstellen. Dies wird besonders bei harten Materialien wie Carbon entscheidend: Wenn zwei harte Materialien (Schuhsohle und Einlage) aufeinanderliegen und beide Seiten nicht aufeinander abgestimmt sind, kommt es schnell zu ungewünschten Druckpunkten an der Fußsohle. Zusammengefasst heißt das: Die Einlage muss an der Oberseite zum jeweiligen Fuß passen und an der Unterseite zum jeweiligen Radschuh (Abb. 5).

Bei allen Komponenten der Schnittstelle Fuß-Pedale ist die Gewichtsfrage von entscheidender Bedeutung. Warum spielt gerade hier das Gewicht so eine wichtige Rolle? Der Grund liegt vor allem darin, dass diese Schnittstelle die beweglichste im gesamten System ist. So wird die gesamte Pedalbewegung 80 – 100 x pro Minute durchgeführt, das heißt 80 – 100 Mal werden die Pedale in der Druckphase „heruntergedrückt“ und in der Zugphase wieder „hochgezogen“. Bei einer mehrstündigen Ausfahrt kommen hier schnell mehr als 20.000 Umdrehungen zusammen, die aus dem „menschlichen Energietank“ betrieben werden. Kleines Rechenbeispiel: Ein leichter Radschuh liegt aktuell bei 200g in Schuhgröße 43. Wenn in diesen Schuh jetzt eine Einlage von 100g eingelegt wird, nimmt das Systemgewicht Schuh und Einlage direkt um 50% zu. Im Gegensatz dazu steigert sich das Systemgewicht bei einer Einlage mit 20g nur um 10%. (Abb. 6 a, b).

Damit die beschriebene Theorie auch in der Praxis deutlich wird, zeigt der kommende Abschnitt zwei Praxisbeispiele aus dem Bereich Straßenradsport und Langdistanz-Triathlon. Natürlich kann die Frage aufkommen, welche Anforderungen an eine Triathlon-Einlage gestellt werden und welche Unterschiede zu normalen Radschuheinlagen bestehen. Dieser Aspekt wird ebenfalls im Folgenden aufgegriffen und erläutert.

Zunächst wird ein Beispiel aus dem Straßenradsport herangezogen. Hierbei handelt es sich um eine Hobbyfahrerin, die jedoch zwischen 10000 und 12000 km im Jahr auf dem Rad absolviert. Daher sind Einlagen nicht nur bei Profisportlern relevant, sondern auch bei Amateur- und Hobbysportlern. Auch hier werden sehr lange Distanzen und große Umfänge absolviert, die eine passende Schuheinlage unverzichtbar machen. Im beschriebenen Fallbeispiel schlafen der Sportlerin die Zehen nach ca. 15–20 Kilometern ein, verbunden mit einem starken Druckschmerz unter dem Vorfuß. Im Winter kommt es sogar zu Erfrierungen an den Zehen, da diese schlecht durchblutet werden. Ihre Fußstruktur zeigt ein hohes Längsgewölbe, jedoch ein schwaches Quergewölbe. Durch das Durchdrücken des Quergewölbes wurde der Nervus plantaris medialis abgeklemmt, wodurch die Taubheit in den Zehen entstanden ist. Sie nutzte vorher eine Standardeinlage ohne Gewölbeunterstützung und ohne Pelotte. Nachdem sie von gebioMized mit einer Einlage versorgt wurde, konnte der Fuß durch eine Gewölbeunterstützung stabilisiert und das Absinken des Quergewölbes mit einer hohen Pelotte (6mm) minimiert werden. Somit wurden einschlafende Füße bei der Athletin komplett verhindert. Der Kundin wurden zusätzlich Trainingsempfehlungen für eine Stärkung des Quergewölbes mitgegeben (Abb. 7).

Das gebioMized Team durfte in den letzten Jahren viele Profi-Triathleten einlagentechnisch versorgen, zum Beispiel Sebastian Kienle, Patrick Lange, Laura Philipp oder Daniela Bleymehl, um nur einige zu nennen. Viele der Einlagen haben bereits die Ironman Weltmeisterschaften auf Hawaii erleben dürfen und haben sogar zu Siegen und Podestplatzierungen beigetragen. Dadurch hat sich ein erheblicher Erfahrungsschatz aufgebaut, worauf es bei Triathlon-Einlagen besonders ankommt. Speziell im Langdistanz Triathlon haben Einlagen im Radschuh eine besondere Bedeutung: Jeder Athlet verbringt die längste Zeit des Wettkampfs auf dem Rad, deshalb kann die Einstellung der Sitzposition und das Finetuning aller Kontaktstellen (Sattel, Schuh, Armpads) über Erfolg und Misserfolg entscheiden. Im Profibereich werden beispielsweise zwischen 20000 und 30000 Tretbewegungen im Bike-Split (Radstrecke) über 180km durchgeführt. Der große Unterschied zum Radsport besteht im Dreiklang der Sportarten. Jeder Athlet muss noch eine längere Strecke laufen, nachdem er seine Zeit auf dem Rad „abgesessen“ hat. Deshalb ist es für viele Triathleten wichtig, auf dem Rad möglichst viele „Körner zu sparen“ und mit möglichst geringer Ermüdung auf die abschließende Laufstrecke zu gehen. Den Einlagen kommt dabei eine gewisse Bedeutung zu, da sich eine reduzierte Ermüdung der Muskulatur der unteren Extremitäten positiv auf den Lauf-Split (Laufstrecke) auswirken kann. Eine stabilere Tretbewegung und erhöhter Komfort im Radschuh hilft dabei, speziell die Wadenmuskulatur zu entlasten, die Kniegelenke zu schonen und die Fußmuskulatur nicht übermäßig zu strapazieren. So können Einlagen im Triathlon eine doppelte positive Auswirkung haben: Für die Bewegung auf dem Rad sowie für die anschließende Laufbewegung.

Das vorliegende Fallbeispiel zeigt die Druckverteilung eines Profi-Triathleten, der in der Vorbereitung auf die Ironman Weltmeisterschaften 2019 betreut wurde (Abb. 8). Zur Vereinfachung wird nur der linke Fuß angezeigt, die Druckverteilung rechts zeigt ein sehr ähnliches Muster (Abb. 9a,b). Beide Messungen sind unter wettkampfähnlichen Bedingungen mit 250 Watt erzeugt worden. Das triathlon-typische Druckmuster mit Hauptlast im Vorfuß ist deutlich erkennbar. Bei der Ausgangslage (links) fällt besonders die hohe Druckbelastung im Bereich MFK1 auf, die vom Athleten auch als problematische Druckstelle genannt wurde. Des Weiteren kann am Verlauf des Kraftangriffspunktes (KAP) erkannt werden, dass eine Instabilität des Fußes im Schuh vorlag. Das Muster des KAP bewegt sich sowohl longitudinal als auch lateral und lässt Rückschlüsse auf Scherbewegungen des Knies während der Druckphase zu, welche in der frontalen Bewegungsanalyse bestätigt wurden. Durch die Maßanfertigung der gebioMized Einlagen konnten beide Aspekte verbessert werden (rechts): Der Maximaldruck an MFK1 reduziert sich um mehr als 50% und der KAP wurde deutlich stabilisiert. Dadurch reduzierte sich das Einknicken des Kniegelenks nach innen, die Effizienz der Tretbewegung konnte gesteigert werden.