Nordic Walking versus Walking - eine biomechanische Belastungsanalyse -

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1 393 Nordic Walking versus Walking - eine biomechanische Belastungsanalyse - Ewald M. Hennig, Marco Hagen, Peter Stieldorf Biomechanik Labor der Universität Duisburg-Essen 1 Einleitung Nordic Walking ist eine populäre Sportart geworden, von der man sich eine gute aerobe Fitness breiter Bevölkerungskreise verspricht. In den Medien wird dabei häufig die Schonung der Gelenke durch den Einsatz der Stöcke als besonders positiv herausgestellt. Das Nordic Walking kommt ursprünglich aus Finnland und ist eine Kombination aus Walking und dem auf Rollen ausgeübtem Skilanglauf. Unter Berufung auf eine Gallup Studie berichten Kreuzriegler et al. (2002), dass im Jahr 2001 in Finnland ca. 10% der Gesamtbevölkerung mindestens einmal in der Woche Nordic Walking betreiben. Seit etwa 8 Jahren verbreitet sich diese Sportart über ganz Europa, wogegen sie auf anderen Kontinenten noch wenig bekannt ist. Die Stocklänge sollte der Körpergröße angepasst sein. Die Empfehlung für die Stocklänge lautet: Körpergröße (in cm) mal 0,68 bis 0,70. Gängige Konstruktionsmaterialien für Nordic Walking Stöcke sind Aluminium, ein Glasfibermix mit Carbonanteil oder aus reinen Carbonfasern. Durch den vermehrten Einsatz der oberen Extremitäten sowie das Mitführen eines Zusatzgewichtes in Form der Stöcke ist ein vermehrter Energieaufwand gegenüber dem Gehen ohne Stöcke zu erwarten. In fast allen populärwissenschaftlichen Veröffentlichungen und kommerziellen Anzeigen wird dem Nordic Walking ein physiologischer Mehraufwand (Sauerstoffaufnahme) von etwa 20 bis 25 Prozent zugeschrieben. Dieser Wert basiert auf frühen Studie von Porcari et al. (1997) und Church et al. (2002). Neuere Studien kommen auf erheblich geringere Werte für den Vergleich beider Gangmodalitäten bei gleicher Geschwindigkeit in der Ebene. Schiebel et al. (2003) ermittelten in einem Laufbanddauertest bei 15 Personen (mittleres Alter von 58,9 Jahren) bei einer Geschwindigkeit von 6 km/h eine um 9,5 % erhöhte Sauerstoffaufnahme beim Nordic Walking gegenüber dem Laufen ohne Stockeinsatz. Höltke et al. (2005) finden bei 17 Probanden im Alter von 45 Jahren bei einer Geschwindigkeit von 5 km/h und unterschiedlichen Steigungen im Durchschnitt lediglich einen Sauerstoff Mehrverbrauch von 4,3 %.

2 394 Nordic Walking Kontrovers wird auch die gelenkschonende Wirkung des Nordic Walking diskutiert. In vielen populärwissenschaftlichen und kommerziellen Medien werden Gelenkentlastungen von 30 bis 40 % durch den Stockeinsatz beim Nordic Walking versprochen. In der wissenschaftlichen Literatur gibt es allerdings keine Belege für diese Behauptungen. Allerdings kommt es, wie leicht nachvollziehbar, beim Bergabgehen zu einer teilweisen Entlastung der unteren Extremitäten durch die Stöcke. So haben Schwameder et al. (1999) für das Herabgehen mit steilem Gefälle (25 Grad) durch Doppelstockeinsatz eine Reduzierung der Vertikalkräfte unter dem Fuß von 8 bis 15 Prozent festgestellt. Für das Gehen in der Ebene hingegen gibt es Hinweise, dass die Gelenke beim Nordic Walking gegenüber dem Gehen ohne Stöcke keine wesentliche Entlastung erfahren (Schmölzer, 2003; Rist et al., 2004; Streich et al., 2005). In letzter Zeit häufen sich Berichte von Orthopäden über Beschwerden im Ellbogen- und Schulterbereich durch das Nordic Walking. Die Aspekte Gelenkbelastung sowie Beschwerden der oberen Extremitäten waren der Anlass, eine biomechanische Analyse des Nordic Walking (NW) gegenüber dem normalen Gehen durchzuführen. 2 Methoden 24 lizenzierte Nordic Walking Instruktoren (12 Männer, 12 Frauen) im Alter von 38±13 Jahren nahmen an dieser Studie teil (Gewicht 78±14 kg, Größe 175±9 cm, BMI 25±3 kg/m 2 ). Die Probanden gingen - entsprechend der Richtlinien für die Ausführung von Nordic Walking - mit ihren eigenen Stöcken und Schuhen auf Kunstrasen bei Geschwindigkeiten von 5, 7 und 8 km/h (randomisierte Reihenfolge) mit ihrem rechten Fuß über zwei hintereinandergelegte Kistler Messplattformen (120 cm Länge, 40 cm Breite). Der Stockeinsatz erfolgte außerhalb der Kraftmessplattformfläche, so dass lediglich die durch den Fuß übertragenenen Bodenreaktionskräfte registriert wurden. Es wurden sowohl die vertikalen als auch die anterior posterioren Kräfte in Gangrichtung registriert. Die Ganggeschwindigkeit wurde über Lichtschranken kontrolliert. Zusätzlich gingen die Probanden bei den gleichen Geschwindigkeiten (5, 7 und 8 km/h) entsprechend ihres natürlichen Gangverhaltens ohne Stöcke. Durch ein an der Fersenkappe des Schuhs befestigtes Elektrogoniometer wurden Pronation und Pronationsgeschwindigkeit des rechten Fußes während des Bodenkontakts gemessen. Über die maximale Vertikalkraftanstiegsrate konnte die Stoßbelastung der unteren Extremitäten abgeschätzt werden. Studienergebnisse belegen einen hohen Zusammenhang zwischen tibialer Spitzenbeschleunigung und maximaler Vertikalkraftanstiegsrate der Bodenreaktionskraft (Hennig et al., 1993). Durch einen Beschleunigungsaufnehmer (ENTRAN EGAX 25) am Handgelenk der Probanden wurde ebenfalls die Stoßbelastung des rechten Unterarms beim Stockeinsatz der NW Versuche gemessen. Dazu wurde der Beschleunigungsaufnehmer medial am oberhalb des Processus styloideus radii angebracht. In jeder Versuchsbedingung wurden 5 Versuchswiederholungen durchgeführt. Nach Mittelwertbildung wurden die

3 Kapitelüberschrift 395 biomechanischen Messgrößen mittels Repeated Measures ANOVA mit anschließenden post hoc t-tests analysiert. 3 Ergebnisse In den folgenden 2 Abbildungen und der Tabelle sind die Ergebnisse dieser Studie zusammengefasst. Die beiden vertikalen Kraftmaxima der Gangkurve sowie die in anterior-posterior Richtung wirkenden horizontalen Brems- und Beschleunigungskräfte sind in Vielfachen des Körpergewichts G angegeben. Das Pronationsausmaß (in Grad) beinhaltet den Achillessehnen - Gesamtwinkelverlauf von der Supination des Fußes beim Aufsetzen bis zur Maximalpronation während des Bodenkontakts. Die maximale Pronationsgeschwindigkeit wird in Grad/s und die maximale Handgelenksbeschleunigung in Vielfachen der Erdbeschleunigung g angezeigt. Signifikante Unterschiede (NW vs. Gehen) sind mit * (p < 0.05) und ** (p < 0.01) gekennzeichnet. 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 G 1. Kraftmaximum 2. Kraftmaximum * * 1 Abb 1: Erste und zweite Vertikalkraftmaxima der doppelgipfligen Bodenreaktionskraftkurven beim Gehen und Nordic Walking bei Geschwindigkeiten von 5, 7 und 8 km/h

4 396 Nordic Walking,6,4 G ** ** *,2 2. Kraftmaximum 0 -,2 -,4 1. Kraftmaximum * ** Abb. 2: Brems- und Beschleunigungskraftmaxima der Horizontalkraft in anteriorposterior Richtung beim Gehen und Nordic Walking bei Geschwindigkeiten von 5, 7 und 8 km/h V Bewegung Maximale Kraftanstiegsrate (G/s) Pronation (Grad) Maximale Pronationsgeschwindigkeit(Grad/s) Maximale Armbeschleunigung (g) 5 km/h 7 km/h 8 km/h NW 22,0 ** 11,3 * 149 3,4 Gehen 18,7 10,4 142 NW 39,2 * 11,4 ** 194 * 5,3 Gehen 37,2 9,6 168 NW 50,8 10,8 ** 186 ** 7,1 Gehen 49,7 9,3 164 Tabelle 1: Pronationsverhalten des Fußes (PRON, MPRG) und der Handbelastung (MBES) beim Nordic Walking (NW) und Gehen bei drei Geschwindigkeiten

5 Kapitelüberschrift Diskussion Bis auf das 2. Vertikalkraftmaximum sind beim Nordic Walking im Vergleich zum normalen Gehen höhere Kraftanstiegsraten, Brems- und Beschleunigungskräfte sowie höhere Pronations- und Pronationsgeschwindigkeitswerte zu erkennen. Diese höheren Beanspruchungen des Bewegungsapparates sind sicherlich eine Folge der Bewegungsempfehlungen für das Nordic Walking. Ein bewusstes Abrollen mit verstärkter Dorsalflektion des Fußes beim Auftreten sowie eine empfohlene Schrittlängenvergrößerung resultiert in einem höheren Bremskraftmaximum, welches in der Folge zu verstärkter Pronation und einer größeren Pronationsgeschwindigkeit führt. In der Phase des initialen Bodenkontakts deuten alle gemessenen biomechanischen Parameter auf eine höhere Belastung des Bewegungsapparates beim Nordic Walking. Interessant ist ein Vergleich der Belastungen beim Nordic Walking zu denen, die beim Laufen auftreten. In einer weiteren Studie wurde deshalb das gleiche Probandenkollektiv beim Nordic Walking gegenüber dem Joggen bei 8 km/h untersucht (Hagen et al., 2005). Dabei stellte sich heraus, dass die maximalen Vertikalkräfte beim Laufen etwa 30 Prozent und die Kraftanstiegsraten (Stoßbelastung) sogar um mehr als 50 Prozent höher als beim NW sind. Das Gesamtpronationsausmaß war beim Nordic Walking mit 10,8 Grad gegenüber dem Laufen bei gleicher Geschwindigkeit (9,9 Grad) statistisch signifikant erhöht, die Pronationsgeschwindigkeit lag beim NW allerdings bei nur etwa 40 Prozent der Werte beim Laufen. Betrachtet man diese Werte, so kann man Nordic Walking im Vergleich zum Laufen als belastungsschonende Sportart empfehlen. Allerdings gilt dies nur für die unteren Extremitäten, da am Arm doch erhebliche Stoßbelastungen durch den Stockeinsatz festgestellt wurden. Beschleunigungsmaxima von 7-facher Erdbeschleunigung beim schnellen Gehen sind ähnlich hoch wie die Stoßbelastungen der unteren Extremitäten beim Laufen. Aus den Arbeitswissenschaften ist bekannt, dass sich häufig wiederholende Stoß- und/oder Vibrationsbelastungen zu Beschwerden der oberen Extremitäten im Handgelenk, Ellenbogenbereich und der Schulter bemerkbar führen können. Deshalb halten wir es im Sinne einer Verletzungsprophylaxe für wichtig belastungsschonende Nordic Walking Stöcke auszuwählen, ein zusätzliches Krafttraining für die oberen Extremitäten durchzuführen und über vorbereitende Übungen (Dehnen, Aufwärmen) Verletzungsrisiken zu minimieren.

6 398 Nordic Walking 5 Literatur Church T.S. & Morss G.M. (2002). Field testing of physiological responses associated with Nordic Walking. Res Q Exerc Sport, 73(3), Hagen, M., Hennig, E.M., & Stieldorf, P. (2005). Belastungsgrößen beim Nordic Walking im Vergleich zum Laufen. Poster (P25) beim 7. Gemeinsames Symposium der dvs- Sektionen Biomechanik, Sportmotorik und Trainingswissenschaft, Bad Sassendorf. Hennig, E.M., Milani, T.L., & Lafortune, M.A. (1993). Use of ground reaction force parameters in predicting peak tibial accelerations in running. Journal Applied Biomechanics, 9(4), Höltke, V., Steuer, M., Jöns, H., Krakor, S., Steinacker, T., & Jakob, E. (2005). Walking vs. Nordic-Walking II - Belastungsparameter im Vergleich. Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin, 56(7/8), 243. Kreuzriegler, F., Gollner, E., & Fichtner, H. (2002). Das ist Nordic Walking. Ausrüstung, Technik, Training,. München / Jena: Urban & Fischer. Porcari, J.P., Hendrickson, T.L., Walter, P.R., Terry, L., & Walsko, G. (1997). The physiological response to walking with and without power poles on treadmill exercise. Research Quarterly for Exercise and Sport(68), Rist, H. J., Kälin, X., & Hofer, A. (2004). Nordic Walking ein sportmedizinisches Konzept in Prävention und Rehabilitation. Sportorthopädie Sporttraumatologie, 20. Schiebel, F., Heitkamp, H., Thoma, S., Hipp, A., & Horstmann, T. (2003). Nordic Walking und Walking im Vergleich. Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin, 54(7/8), S43. Schmölzer, B. (2003). Nordic Walking - Überprüfung der Funktion von Stöcken und der Effektivität des Bewegungsablaufes. Unveröffentlichte Diplomarbeit, Salzburg. Schwameder, H., Roithner, R., Müller, E., Niessen, W., & Raschner, C. (1999). Knee joint forces during downhill walking with hiking poles. Journal of Sports Sciences, 17, Streich, N., Zybock, R., Wolf, S., & Schmitt, H. (2005). Plantare Druckverteilung im Nordic-Walking. Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin, 56(7/8), 291.