Science

U-TECH™
Die revolutionäre Lösung

Abgeleitet aus biomechanischer Forschung und inspiriert durch biologische Lösungen

Biomechanische Fakten und Wahrheiten

Untersuchungen an mehr als 15.000 Läufern bei längeren Läufen zeigen, dass die Mehrzahl, nämlich über 90 % der beobachteten Läufer, zuerst mit der Ferse oder dem Rückfuß den Boden berührt. Ganze 2 % weisen sich als reine Vorfußläufer aus, obwohl sich etwa 15 % subjektiv als Vorfußläufer und 54 % als Mittelfußläufer einschätzen. Damit muss die Technologie der Sohle des optimalen Laufschuhs zwingend die Landung auf dem Rückfuß berücksichtigen. Die überwiegende Mehrzahl der untersuchten Läufer setzt den Fuß leicht nach außen rotiert auf. 90 % der studierten Läufer rotieren den Fuß 8° und mehr auswärts. Damit muss die Konstruktion der Sohle im hinteren Bereich des Schuhbodens den außenrotierten Fußaufsatz tolerieren, und auch die Geometrie der Flexzonen der vorderen Sohle sollte dem nach außen rotierten Fuß genügen. Durch die Aktivität der Fußhebemuskeln vor der Landung befindet sich der Fuß im Moment des ersten Kontaktes mit dem Boden in einer leicht nach außen verkippten Position (Supination). Der Fuß landet damit zunächst auf dem äußeren Fuß- oder Schuhsohlenrand. Die bei der Landung vom Boden auf den Fuß wirkenden Kräfte setzen hinten außen an der Ferse oder an der Schuhsohle an. Sie verlaufen damit außen am Sprunggelenk und bei dem bei der Landung nach außen geneigten Unterschenkel innen am Knie vorbei (Abbildung 1). Folglich erzeugen die Kräfte, die mit einem Hebel am Sprunggelenk wirken, um das Sprunggelenk Drehkräfte, die wiederum ursächlich zur Pronation des Fußes führen. Je größer die lateralen Drehkräfte am Sprunggelenk ausfallen und je länger sie wirken, desto größer ist die Pronationsgeschwindigkeit und letztlich die Pronation. Am Knie verlaufen die Kräfte innen vorbei und wirken folglich als adduzierende laterale Drehmomente, die zur Verkippung des Kniegelenks und zur Belastungserhöhung auf dem inneren Kompartiment des Gelenks führen. Die größten lateralen Drehmomente und die höchste Belastung des Kniegelenks findet sich in der mittleren Standphase, wenn das Kniegelenk seine größte Beugung aufweist.

Abbildung 1: Kräftespiel beim Fußaufsatz (links), bei Lastübernahme (Mitte) und bei maximaler Belastung des Kniegelenks in der mittleren Standphase (rechts). Links: Die Bodenreaktionskraft (Kraft, die vom Boden auf den Läufer wirkt) (roter Pfeil) setzt beim Fußaufsatz hinten außen an und hat bei konventionellen Laufschuhen einen großen Hebel zum Sprunggelenk (roter Kreis). Mitte: Das Resultat ist eine gegen den Uhrzeigersinn wirkende laterale Drehkraft (schwarzer Pfeil), die die Pronation und Pronationsgeschwindigkeit verursacht. Rechts: In der frühen und mittleren Standphase erzeugt die Bodenreaktionskraft (roter Pfeil), die innen am Kniegelenk vorbeistreicht, eine laterale Drehkraft, welche die Adduktion und damit das Verkippen des Kniegelenks zur Folge hat.

 

Mit diesen Kraftwirkungen beim Fußaufsatz und in der initialen Standphase wird der Rückfuß, das Fersenbein, zudem in eine Rotation um seine Hochachse gezwungen. Diese Rotation wird auf das über dem Fersenbein liegende Sprungbein übertragen und letztlich an den Unterschenkel (Schienbein und Wadenbein) weitergegeben. Am Knie wird dieses Phänomen zur Knieinnenrotation und Knieverdrehung.

Damit ist die Ursache der Überpronation und der lateralen Knieverkippung beim Laufen die beim Fußaufsatz und in der frühen Standphase wirkende laterale Drehkraft und die durch das Kräftespiel der Bodenreaktionskräfte am Fersenbein erzwungene Rotation des Rückfußes um die Hochachse.

Die höchsten Belastungen insbesondere am Kniegelenk finden sich etwa in der Mitte der Standphase beim Laufen. Das ist der Moment, in dem sich die Ferse vom Boden zu lösen beginnt und sich nahezu die gesamte Last auf dem Vorfuß befindet. In dieser Phase des Bodenkontaktes sind die lateralen Drehkräfte am Kniegelenk am größten und die Ausprägung von Verkippen und Verdrehen am intensivsten (siehe auch Abbildung 1; links).

Folglich ist bei einer innovativen Sohlentechnologie nicht nur die Phase der Lasteinleitung über den Rückfuß, sondern auch die mittlere Standphase, bei der die Hauptlast über den Vorfuß aufgenommen wird, zu berücksichtigen.

Traditionelle und konventionelle Sohlen von Laufschuhen vergrößern durch ihre breite, kantige Konstruktion sowie ihre ausladenden und harten Sohlenränder die Hebel der vom Boden auf den Fuß und das Knie wirkenden Kräfte, verstärken die Drehkräfte und infolgedessen vor allem das Verkippen und Verdrehen des Kniegelenks. Es ist bemerkenswert, dass beim Laufen ohne Schuhe die lateralen Hebel der vom Boden auf das Bein wirkenden Kräfte sowohl am Sprunggelenk als auch am Kniegelenk geringer ausfallen als beim Laufen mit konventionellen Laufschuhen. Infolgedessen sind sowohl Pronation als auch Verkippung und Verdrehung des Knies beim Laufen ohne Schuhe geringer als beim beschuhten Laufen. Schuhe erhöhen damit ursächlich die laterale Instabilität und in der Regel die Belastung des Kniegelenks.

Biologische Vorbilder

Beim Barfußlaufen gelingt, die vom Boden auf den Fuß wirkende Kraft sehr schnell nach dem Fußaufsatz unter dem harten und schmalen Fersenbein zu zentrieren. Gelöst wird dies durch das Fersenpolster bzw. das Fersenfett, welches sich ringförmig oder besser U-förmig um das Fersenbein legt. Abbildung 2 zeigt Schnitte (MRT) durch das Fersenbein und das umgebende Fettgewebe und verdeutlicht eindrucksvoll die Bettung des steifen Knochens in das weiche, nachgiebige Fettgewebe.

Abbildung 2: MRT-Schnitte durch Fersenbein und umgebendes Fettpolster eines linken Fußes. Links: Ansicht von hinten. Rechts: Ansicht von oben, Schnitthöhe 10 mm über dem Boden.

Die dreidimensionale Rekonstruktion (Abbildung 3) des Fersenfettgewebes eines gesunden Fußes findet eine ringartig angelegte Struktur mit einem ellipsoiden Durchmesser und einer Öffnung nach vorn. Damit gelingt bei Krafteinwirkung vom Boden eine Zentrierung der Kraft im Zentrum des Rings aus weichem, nachgiebigem Fettgewebe unter dem Fersenbein und somit unmittelbar unter dem Sprunggelenk. Die Öffnung des Geweberings nach vorn gestattet die kontrollierte Weiterleitung des Kraftangriffspunktes nach vorn, um die dynamische Abwicklung beim Gehen und Laufen zu gestatten. Das weiche Fersenpolster ist damit nicht primär ein dämpfendes Element, sondern wirkt durch seine Verformbarkeit und seine geometrische Anordnung ideal zentrierend für die von unten eingebrachten Bodenkräfte beim Stehen, Gehen oder Laufen. Wie in einer Schale oder einer mechanischen Kalotte wird die wirkende Kraft in das Zentrum des Fettgeweberings gedrängt, und der Kraftangriffspunkt findet sich unmittelbar unter dem Fersenbein und damit auf der senkrechten Projektion des Sprunggelenks.

Abbildung 3: Dreidimensionale Rekonstruktion des Fersenfetts unter dem Rückfuß mit seiner ringförmigen Form, seinem ellipsoiden Querschnitt und der Öffnung der Struktur nach vorn.

Eine ähnliche biologische Lösung zeigt sich im Kniegelenk, indem ein abgeflachter (Tibiaplateau) und ein zweifach gewölbter (Femurkondylen) Gelenkpartner in Kontakt stehen. Um eine Stabilisierung und Zentrierung dieses zunächst instabilen Gelenkes zu erreichen, sind die verformbaren Menisken kreisförmig um das Gelenkzentrum gelegt und erlauben die perfekte Zentrierung der Gelenkkraft und des Kraftangriffspunktes.

Inspiriert durch diese biologischen Vorbilder wurde die U-TECH Technologie konsequent abgeleitet mit dem Ziel, die vom Boden auf den Fuß und das Bein wirkenden Kräfte in der Mitte des Rückfußes und entlang der Mittelachse des Fußes zu zentrieren. Damit werden die Hebel der wirkenden Kräfte an Sprunggelenk und Kniegelenk minimiert und die Ursache für Verkippen und Verdrehen nachhaltig bekämpft.

U-TECH – die innovative Technologie

Mit der U-förmigen Geometrie des runden und/oder ellipsoiden TPU-Elementes im hinteren Sohlenbereich (Abbildung 4) gelingt – ähnlich wie mit dem Fettpolster unter dem knöchernen Fersenbein – eine unmittelbare Zentrierung der vom Boden auf den Fuß wirkenden Kräfte bei Fußaufsatz und in der frühen Standphase. Durch die im hinteren Bereich des Schuhbodens zentrierten Kräfte, die vom Boden auf den Körper wirken, befindet sich der Kraftangriffspunkt unter den Mittelpunkten von Sprunggelenk und Knie. Damit werden Drehmomente (Drehkräfte), die ursächlich zum Verkippen (Eversion am Fuß, Adduktion am Knie) und Verdrehen (Drehung des Fersenbeins um die Hochachse, Innenrotation am Knie) führen, minimiert oder sogar vermieden. U-TECH wirkt folglich an der Ursache des schädlichen Verkippens und Verdrehens von Sprung- und Kniegelenk und braucht damit nicht den Symptomen von Pronation des Fußes sowie Adduktion und Innenrotation des Kniegelenks entgegenzuwirken. Da die Ferse bzw. der Rückfuß bereits nach 50 ms etwa 10 mm tief in das hintere U-TECH Element eingedrungen und vollständig seitlich von der ringförmigen Struktur umschlossen ist, werden die Bewegungen des Fersenbeins um die Hochachse kontrolliert und gedämpft. Es gelingt die Reduktion der Rückfußadduktion und letztendlich der Innenrotation der Tibia und der Verdrehung des Kniegelenks.

Abbildung 4: U-TECH™ Technologie im hinteren (links im Bild) und vorderen Teil der Sohle (rechts im Bild).

In der weiteren Folge der Standphase zentriert U-TECH die Kräfte unter den Gelenken, indem es den Kraftangriffspunkt durch die Öffnung des Us entlang der Mittellinie des Fußes in das U-TECH Element des vorderen Sohlenbereichs leitet. U-TECH minimiert damit über die gesamte Standphase die Ursachen der schädlichen und leistungshemmenden Verkippung und Verdrehung der Gelenke während der vollständigen Abwicklung von der Ferse bis zu den Ballen und insbesondere in der Hochbelastungsphase, wenn das Knie maximal in der Mitte der Standphase gebeugt ist, bei jedem Schritt und über den gesamten Lauf. Die Folge ist eine Verringerung der lateralen Drehkräfte an Sprung- und Kniegelenk über die gesamte Standphase. Abbildung 5 verdeutlicht das gegenüber Abbildung 1 veränderte Kräftespiel an Sprung- und Kniegelenk durch U-TECH Technologie. Durch die Verringerung der Hebel für die vom Boden auf den Körper wirkenden Kräfte reduzieren sich die lateralen Drehkräfte und infolgedessen das ungünstige übermäßige laterale Verkippen und Verdrehen des Sprung- und vor allem des Kniegelenks.

Ergänzend erlaubt die technische Lösung durch die Verringerung der lateralen Drehkräfte eine Reduktion der nicht vortriebsrelevanten Muskelkräfte und letztlich der gesamten Muskelarbeit. Damit wird der Lauf mit geringerer Muskelarbeit möglich und die Fortbewegung biomechanisch effizienter. Mit U-TECH ist der Läufer in der Lage, mit ungewohnter Leichtigkeit vom Rückfuß zum Vorfuß abzuwickeln und erlebt einen dynamischen Abdruck.

Abbildung 5. U-TECH™: Kräftespiel beim Fußaufsatz (links), bei Lastübernahme (Mitte) und bei maximaler Belastung des Kniegelenks in der mittleren Standphase (rechts). Links: Die Bodenreaktionskraft (Kraft, die vom Boden auf den Läufer wirkt) (roter Pfeil) setzt beim Fußaufsatz hinten außen an und hat bei U-TECH™ durch die runde Form des TPU-Ringelementes bereits gegenüber konventionellen Laufschuhen einen kleineren Hebel zum Sprunggelenk (roter Kreis). Mitte: Das Resultat ist eine deutlich reduziert gegen den Uhrzeigersinn wirkende laterale Drehkraft (schwarzer Pfeil), die eine reduzierte Pronation und Pronationsgeschwindigkeit bedingt. Rechts: In der frühen und mittleren Standphase erzeugt die Bodenreaktionskraft (roter Pfeil), die weniger weit innen am Kniegelenk vorbeistreicht, eine gegenüber konventionellen Laufschuhen verringerte laterale Drehkraft, welche eine geringere Adduktion und damit ein reduziertes Verkippen des Kniegelenks zur Folge hat.

Take Home

  • U-TECH orientiert sich streng an wissenschaftlicher Forschung und biomechanischem Wissen und nutzt biologische Lösungen als technisches Vorbild.

  • U-TECH hat damit das Potenzial, unnötige und möglicherweise sogar schädliche Belastungen und überflüssige Bewegungen in den Nebenbewegungsebenen zu reduzieren oder sogar zu vermeiden.

  • U-TECH verbindet damit als erste funktionelle Sohlentechnologie die biomechanischen Konzepte von Verletzungsprävention und Leistungsverbesserung oder Effizienzverbesserung.

  • U-TECH schafft die Voraussetzungen für risikoarmes Laufen und eine einzigartige Leichtigkeit der Fortbewegung.