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Belastungen und Verletzungen des Kniegelenkes im Alpinen Ski-Hochleistungssport – Eine Status-quo-Analyse unter spezieller Fokussierung auf das vordere Kreuzband
WINTERSPORT
Orthop€adie Traumatologie
SportOrthoTrauma 27, 247–254 (2011) Elsevier – Urban&Fischer www.elsevier.de/SportOrthoTrauma doi:10.1016/j.orthtr.2011.10.007
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Zusammenfassung Das Kniegelenk ist im alpinen Skirennsport sehr hohen Belastungen ausgesetzt und € damit f€ur Uberlastungen stark exponiert, was sich an einer persistierend hohen Inzidenz an Kniegelenkverletzungen widerspiegelt. Allerdings sind die Ursachen bzw. Mechanismen f€ur spezifische Kniegelenkverletzungen, z.B. f€ur vordere Kreuzband (VKB)-Rupturen, multifaktoriell, so dass bisherige pr€aventive Strategien zum Schutz insbesondere vor VKB-Rupturen im alpinen Ski-Hochleistungssport nicht zu einer relevanten Abnahme der Inzidenz an VKBVerletzungen gef€uhrt haben. Es scheint zuk€unftig notwendig, dass neue Wege mit verschiedenen Ans€atzen beschritten werden m€ussen, um diese komplexe Problematik erfolgreich l€osen zu k€onnen. €rter €sselwo Schlu Knie – Vorderes Kreuzband – Belastung – Verletzung – Epidemiologie – Pr€avention – Hochleistungssport – Ski alpin – Ski-Weltcup
P.U. Brucker et al.
Impacts and Injuries of the Knee Joint in High Performance Alpine Skiing – A Status quo Analysis with Special Focus on the Anterior Cruciate Ligament Summary In competitive alpine ski racing, the knee joint is exposed to exalted loadings and therefore at high risk for overloadings, which is mirrored by the persistently high incidence of knee injuries. However, causative factors and mechanisms for specific knee injuries, e.g. anterior cruciate ligament (ACL) ruptures, are multifactorial. Indeed, previously performed strategies for prevention of especially ruptures of the ACL have not been successfully implemented in professional alpine ski racing to reduce the incidence of these injuries. It seems mandatory in the future, that novel approaches at different levels must be considered to overcome these complex problems. Keywords Knee – anterior cruciate ligament – loading – injury – epidemiology – prevention – professional sports – alpine skiing – ski world cup
Belastungen und Verletzungen des Kniegelenkes im Alpinen Ski-Hochleistungssport – Eine Status-quo-Analyse unter spezieller Fokussierung auf das vordere Kreuzband Peter U. Brucker1, Peter Spitzenpfeil2, Andreas Huber3, Karlheinz Waibel4, Wolfgang Maier4 1 Abteilung und Poliklinik fu¨r Sportorthopa¨die, Technische Universita¨t Mu¨nchen, Mu¨nchen 2 Fakulta¨t fu¨r Sport- und Gesundheitswissenschaft, Technische Universita¨t Mu¨nchen, Mu¨nchen 3 Olympiastu¨tzpunkt Bayern, Mu¨nchen 4 Deutscher Skiverband, DSV Leistungssport GmbH, Planegg Eingegangen am 25. August 2011; akzeptiert am 21. Oktober 2011
Einleitung
Seit Einfu¨hrung des festen Schalen-
Skischuhs in den 1960/70er Jahren ist vorwiegend das Kniegelenk im alpinen Skilauf hinsichtlich U¨berlastungen und Verletzungen exponiert. Insbesondere die Carving-Skitechnik [11], die in den letzten Jahren zu einer deutlichen Zunahme der Kurvengeschwindigkeiten nicht nur im alpinen Skirennsport, sondern auch im alpinen Freizeit-Skisport gefu¨hrt hat, wie auch verbesserte bzw. aggressivere Skimaterialien (z.B. erho¨hte Torsionssteifigkeiten der Ski) und vera¨nderte Schneebeschaffenheiten (gepresste bzw. vereiste Schneeauflagen durch modernisierte Pistenpra¨paration inkl. Verwendung von Kunstschnee) stellen weitere Faktoren dar, die die Belastungen auf den muskuloskelettalen Apparat beim alpinen Skifahren deutlich ver-
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sta¨rkt haben. Neben diesen Aspekten ist insbesondere im Ski-Hochleistungssport noch auf die bisher unterscha¨tzte Problematik der derzeitigen Entwicklung der sehr aggressiven Skischuh-Bauweisen hinzuweisen. Die mittlerweile extrem steifen bzw. rigiden Skischuh-Materialien mit gleichzeitig fast vollsta¨ndigem Verlust eines ,,weichen‘‘ Innenschuhs ermo¨glichen eine noch direktere Kraftu¨bertragung von dem System Skiathlet auf das System Bindung/Ski, was jedoch auch im Umkehrschluss bedeutet, dass externe Kra¨fte direkt am muskuloskelettalen System ohne Abfederung bzw. Da¨mpfung angreifen ko¨nnen. Grundsa¨tzlich kann konstatiert werden, dass viele Faktoren je nach Vera¨nderung einen positiven oder negativen Einfluss auf die Verletzungsha¨ufigkeit haben, wie z.B. skitechnisch/-taktische Faktoren
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(Geschwindigkeit, Kurssetzung, Skitaillierung, Skibreite, Skila¨nge, Skischuh), externe Bedingungen (Schnee-/Pistenverha¨ltnisse, Wettersituation) und physischer Status des Athleten (Fatigue [Ermu¨dungszustand], muskula¨rer Status). Eine genaue Analyse verdeutlicht die Komplexita¨t a¨tiologischer und pathogenetischer Aspekte von spezifischen Knie-U¨berlastungsscha¨den bzw. -Verletzungen, insbesondere die von vorderen Kreuzband (VKB)Rupturen im alpinen Ski(renn)sport. Ziel dieses U¨bersichtsartikels ist eine aktuelle Darstellung von spezifischen Belastungen und Verletzungen des Kniegelenkes im alpinen SkiHochleistungssport unter spezieller Fokussierung auf das VKB. Zusa¨tzlich sollen Optionen zur Pra¨vention von VKB-Rupturen aufgefu¨hrt werden.
Belastungen des Kniegelenkes und des VKB im alpinen Ski-Hochleistungssport Das Kniegelenk ist im alpinen Skirennsport hohen physikalischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Einwirkende Kra¨fte im Skirennsport mit Spitzenbelastungen bis zu 7000 N wurden in einzelnen Studien schon gemessen [2,16], in einer anderen eigenen Untersuchung zur Evaluation der Bodenreaktionskra¨fte an Skibindungssystemen sogar noch daru¨ber hinaus (unvero¨ffentlichte Daten). Aufgrund dessen bedarf es einer entsprechenden ko¨rperlichen Konstitution von alpinen Skirennla¨ufern, insbesondere im muskula¨ren Bereich. Allerdings ist bisher noch nicht abschließend gekla¨rt, wie groß das muskula¨re Potential eines alpinen Skiathleten definitiv sein muss, um den hohen Belastungen des alpinen Skirennsportes unter pra¨ventiver Sicht langfristig erfolgreich widerstehen zu ko¨nnen.
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In einer eigenen Analyse von sieben ma¨nnlichen Kaderathleten der deutschen alpinen Skinationalmannschaft wurde in Trainingsla¨ufen die mechanische Belastung beim Slalom und beim Super-G mittels Druckmesssohlen in beiden Skischuhen durch Messung der Bodenreaktionskra¨fte ermittelt sowie zusa¨tzlich die biomechanischen Kniegelenkswinkel mit portablen elektronischen Goniometern erfasst [21]. Diese Werte wurden schließlich mit den isometrischen, exzentrischen und konzentrischen Werten in unterschiedlichen Kniegelenkswinkelstellungen an einer computergestu¨tzten Beinpresse unter Laborbedingungen verglichen [21], wobei sich im Slalom (Trainingslauf) bei nahezu jeder Kurve muskula¨re Belastungsspitzen (,,Expenditure‘‘) zwischen 75% und 100%, teilweise sogar u¨ber 100% zu den im Labor gemessenen Maximalwerten fanden (Abb. 1). Die Bodenreaktionskra¨fte zeigten unter Trainingsbedingungen Spitzenwerte bis 2687 N (Abb. 1). U¨berraschenderweise lagen die bei den Trainingsla¨ufen gemessenen Werte im Super-G in einem a¨hnlichen Bereich wie beim Slalom-Training, wenn auch die durchschnittliche zeitliche Dauer der Kurvenfahrt la¨nger und damit der Impact der auftretenden Kra¨fte ausgedehnter war [21]. Diese gemessenen Kra¨fte wirken zwar nicht direkt am VKB und schlussendlich sind die exakt resultierenden Kraftwerte am VKB bei diesen Belastungen bis dato unbekannt. Allerdings kann unter Beru¨cksichtigung einer maximalen Zugbelastung eines nativen, intakten VKB von durchschnittlich 2160 157 N [23] in kritischen Situationen davon ausgegangen werden, dass bereits bei geringfu¨gigem Verlassen der idealen mittigen Ko¨rperposition (z.B. Ru¨cklage) in Kombination mit ungu¨nstiger Kniegelenkswinkelstellung, einseitiger Beinbelastung und gleich-
zeitigem Valgus-/Rotationsstress die maximale strukturelle Zugbelastungsstabilita¨t des intakten VKB ohne Weiteres erreicht bzw. u¨berschritten wird. Allgemein muss noch darauf hingewiesen werden, dass die Gesamtbelastungen im Ski-Hochleistungssport nicht nur unter dem Aspekt der Wettkampfsituation betrachtet werden du¨rfen, sondern auch die zunehmende Belastungsexposition der Skiathleten im Trainingsbereich mit zu beru¨cksichtigen ist, da immer mehr wettkampfnahe Bedingungen im Training, z.B. vereiste Schneeauflagen und wettkampfgetreue Kurssetzungen, bewusst ausgewa¨hlt und simuliert werden.
Epidemiologie von Knieverletzungen und VKB-Rupturen im alpinen Ski-Weltcup Das Kniegelenk stellt in den letzten Jahrzehnten das im Ski-Weltcup am ha¨ufigsten verletzte Gelenk des Bewegungsapparates dar. In neueren Analysen der Verletzungsrate bzw. -lokalisation im alpinen Ski-Weltcup, die im Rahmen des Injury Surveillance Systems des Oslo Sports Trauma Research Centers im Auftrag der Federation Internationale de Ski (FIS) erhoben wurden, ergab sich eine geschlechtsunabha¨ngige Gesamt-Verletzungsrate innerhalb des Wettkampfgeschehens von durchschnittlich 9,8 Verletzungen pro 1000 Fahrten [8]. Die Verletzungsha¨ufigkeit des muskuloskelettalen Apparates stieg hierbei mit der Zunahme der Geschwindigkeit in den jeweiligen alpinen Skidisziplinen stetig an (Tab. 1) [8]. Insgesamt war sowohl die Inzidenz als auch das relative Risiko, eine Verletzung zu erleiden, bei den Ma¨nnern im Vergleich zu den Damen erho¨ht [8]. Es zeigte sich auch in dieser
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Abbildung 1 Mehrdimensionale Online-Datenerhebung w€ahrend eines Slalom-Trainingslaufes. A) Videobasierte Analyse, B) kontiunuierliche Messung der biomechanischen Kniegelenkswinkel und der Expenditure der Beinmuskulatur, C) kontinuierliche Messung der Bodenreaktionskr€ afte. Beim dargestellten Linksschwung zum Zeitpunkt t = 9,48 s (gelbe Pfeile) zeigen sich unterschiedliche Kniegelenkswinkel [angegeben als biomechanische Winkeleinheit, d.h. Knieextension entspricht Kniegelenkswinkel von 1808] und unterschiedliche Bodenreaktionskr€ afte zwischen rechtem Außen- und linkem Innenbein, jedoch eine nahezu ausgeglichene Muskel-Expenditure.
Untersuchung, dass das Kniegelenk am ha¨ufigsten mit durchschnittlich 35,6% betroffen war, wobei hiervon in 38% das VKB als ha¨ufigste spezifische Verletzung beobachtet wurde [8]. Im Gegensatz zu Untersuchungen im alpinen Freizeit-Skisport [10] und zu anderen Sportarten [1,14] fand sich hinsichtlich der VKB-Rupturen im professionellen Skirenn-
sport kein signifikant erho¨htes Risiko bei den Damen verglichen zu den Ma¨nnern [8]. Dies konnte in einer anderen Studie bei der franzo¨sischen alpinen Skinationalmannschaft ebenfalls beobachtet werden, wo sich insgesamt 28,2% der Damen und 27,2% der Ma¨nner mindestens eine VKB-Ruptur wa¨hrend ihrer Nationalmannschaftskarriere zugezo-
Tabelle 1. Durchschnittliche geschlechtsunabha¨ngige Verletzungsha¨ufigkeit aller Ko¨rperregionen in den alpinen Ski-Weltcup-Saisons 2006/07 und 2007/08 (nach [8]). Alpine Skidisziplin
Verletzungsha¨ufigkeit pro 1000 Wettkampf-Fahrten [Durchschnitt (95% Konfidenzintervall)]
Slalom Riesenslalom Super-G Abfahrt
4,9 (2,5 – 7,4) 9,2 (5,1 – 13,3) 11,0 (5,2 – 16,8) 17,2 (11,6 – 22,7)
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gen hatten [17]. Die Ha¨ufigkeit einer nachfolgenden kontralateralen VKB-Ruptur lag bei 30,5%, die Pra¨valenz einer VKB-Re-Ruptur ipsilateral bei 19% [17]. Interessanterweise waren signifikant mehr VKB-Rupturen bei den franzo¨sischen Skiathleten zu verzeichnen, die unter den Top 30 der FIS-Weltrangliste gefu¨hrt waren [17]. Im Rahmen dieser deskriptiven epidemiologischen Studie, die die franzo¨sischen Athleten u¨ber einen Zeitraum von 25 Jahren erfasste, war jedoch im Zeitverlauf keine Abnahme der insgesamt hohen Inzidenz an prima¨ren VKB-Rupturen, sekunda¨ren kontralateralen VKB-Rupturen und VKB-Re-Rupturen festzustellen [17], was die Problematik einer bisher wenig erfolgreichen Strategie zur Pra¨vention
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von VKB-Rupturen im alpinen Hochleistungssport verdeutlicht. A¨hnliche Verletzungszahlen in den letzten Jahren finden sich – unter Beru¨cksichtigung von ja¨hrlichen bzw. saisonalen Schwankungen – auch in der deutschen alpinen Skinationalmannschaft.
Verletzungsmechanismen des VKB im alpinen Ski-Weltcup Allgemein liegt ein wesentliches Problem bei VKB-Rupturen im alpinen Skisport darin, dass nicht nur ein einzig typischer Verletzungsmechanismus des VKB existiert. Bisher wurden bereits fu¨nf verschiedene Verletzungsmechanismen des VKB beim alpinen Skifahren beschrieben (Tab. 2) [6,12,15], wobei sich insbesondere der sog. ,,Boot-Induced Anterior Drawer‘‘ (Skischuh-induzierte vordere Schublade) [12] und der sog. ,,Phantom-Foot‘‘ (PhantomFuß) [12] in Videoanalysen, die vorwiegend im alpinen Freizeit-Skisport erhoben wurden, als typische Verletzungsmechanismen herauskristallisierten [7]. Wa¨hrend bei dem ,,Boot-induced Anterior Drawer‘‘ der Unterschenkel durch die Fixation im Skischuh, genauer gesagt durch den rigiden (hinteren) Anteil des Skischuh-Schaftes nach vorne
gedru¨ckt wird, kommt es bei dem ,,Phantom-Foot‘‘ zu einem Innenrotationsstress in einer hohen Knieflexionsstellung, wobei der Ski als Hebel wirkt und den Unterschenkel gegenu¨ber dem Oberschenkel verdrehen la¨sst. Insbesondere letzterer Verletzungsmechanismus wurde im alpinen Freizeit-Skisport als hauptsa¨chliche Verletzungsursache fu¨r eine VKB-Ruptur verantwortlich gemacht [7]. Aktuelle videobasierte Untersuchungen von Bere et al. [3] bei alpinen Ski-Weltcup-Fahrern im Rahmen des Injury Surveillance Systems zeigten noch nicht beschriebene bzw. zum Teil zu den bisher bekannten Mechanismen differierende Verletzungsmechanismen des VKB. Insgesamt fanden sich drei typische Verletzungsmechanismen, die zusammen fu¨r mehr als 80% der VKB-Rupturen innerhalb des alpinen Ski-WeltcupGeschehens verantwortlich gemacht wurden: sog. ,,Slip-Catch‘‘ (,,Rutschen-Fassen‘‘), ,,Dynamic Snowplow‘‘ (,,dynamischer Schneepflug‘‘) und ,,Landing Back-Weighted‘‘ (,,Landung in Ru¨cklage‘‘) (Tab. 2) [3]. Beim ,,Slip-Catch‘‘ kommt es wa¨hrend der Kurvenfahrt durch Verlust einer stabilen Ko¨rperposition nach innen und / oder hinten zu einem entlastungswirksamen Wegdriften des Au-
ßenskis (,,Slip‘‘), worauf der Skiathlet durch Extension des Außenbeines versucht, wieder Halt mit dem Außenski zu bekommen. Hierdurch fasst der Außenski auf dessen Innenkante wieder abrupt (,,Catch‘‘), wodurch er durch sein aggressives Eigenlenkverhalten aufgrund seiner Taillierung bzw. Durchbiegung bei nahezu gestrecktem Kniegelenkswinkel einen Flexions-/Valgisations-/Innenrotationsstress forciert (Abb. 2). Dieser Verletzungsmechanismus fand sich in 50% aller untersuchten Videosequenzen mit VKBRuptur im Ski-Weltcup [3]. Beim ,,Dynamic Snowplow‘‘ befindet sich der Skiathlet in einer Ru¨cklage mit u¨berwiegender Belastung nur eines Skis, wobei der andere, nahezu unbelastete Ski wegdriftet und den Skiathleten in eine Abspreizposition im Sinne einer dynamischen ,,Schnee‘‘- bzw. Skipflug-Stellung zwingt. Bei nachfolgend wieder auftretender Gewichtsbelastung auf dem initial unbelasteten Ski kommt es durch den Kantenwechsel zu einem forcierten Innenrotations- und / oder Valgusstress mit Ruptur des VKB (Abb. 3). Beim letzten der drei typischen, im alpinen Ski-Weltcup beobachteten Verletzungsmechanismen, dem ,,Landing Back-Weighted‘‘-Mechanismus, der vorwiegend in den Speed-
Tabelle 2. ,,Traditionell‘‘ (vorwiegend im alpinen Freizeit-Skisport) [6, 12, 15] und ,,aktuell‘‘ im Skirennsport (Ski-Weltcup) [3] hauptsa¨chlich beschriebene VKB-Verletzungsmechanismen. VKB-Verletzungsmechanismen ,,Traditionell‘‘
,,Aktuell‘‘
,,Boot-Induced Anterior Drawer‘‘ (Skischuh-induzierte vordere Schublade) [12] ,,Phantom-Foot‘‘ (Phantom-Fuß) [12] Kombinierte Valgus-Außenrotation [15] Kombinierte Extension-Innenrotation [15] Kraftvolle Quadriceps-Kontraktion [6] —
,,Landing Back-Weighted‘‘ (Landung in Ru¨cklage) [3] ,,Dynamic Snowplow‘‘ (,,dynamischer Schneepflug‘‘) [3] — — ,,Landing Back-Weighted‘‘ (Landung in Ru¨cklage) [3] ,,Slip-Catch‘‘ (,,Rutschen-Fassen‘‘) [3]
Anmerkung: A¨hnliche Verletzungsmechanismen sind graphisch gegenu¨ber gestellt.
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Abbildung 2 ,,Slip-Catch‘‘ (,,Rutschen-Fassen‘‘). A) ,,Slip‘‘ als entlastungswirksames Wegdriften bzw. Weglaufen des Außenskis (blauer Pfleil: Innenski belastet), B) nachfolgend fasst der Außenski wieder abrupt auf dessen Innenkante (,,Catch‘‘, blaue Pfeile), so dass es nun zu einem forcierten Valgisations-/Innenrotationsstress (rote Pfeile) kommt (vermuteter Zeitpunkt der VKB-Ruptur links). Zum vermuteten Zeitpunkt der VKB-Ruptur werden im Vergleich zu anderen (normalen) Kurvenfahrten keine relevanten pathologischen € Gelenkwinkel im Kniegelenk beobachtet. Vielmehr wird die Atiopathogenese der VKB-Ruptur bei diesem Verletzungsmechanismus in einer fehlenden muskul€ aren Aktivit€ at € w€ ahrend des Uberganges von der ,,Slip‘‘- in die ,,Catch‘‘-Phase vermutet, so dass der Valgisations-/Innenrotationsstress ohne muskul€are Kontrolle bzw. Stabilisierung direkt auf die passiven gelenkstabilisierenden Strukturen (insbesondere das VKB) einwirken kann.
Disziplinen beobachtet wird, landet der Skiathlet durch eine beim Sprung verursachte Ru¨ckwa¨rtsrotation zuerst mit den Skienden in einer extensionsnahen Kniegelenkswinkelstellung. Aufgrund der entstehenden externen Kra¨fte fu¨hrt der initiale Schneekontakt mit entsprechender Belastung der Skienden
zu einer Rotation der Skier nach vorne, wodurch bei zunehmender Knieflexion eine tibiofemorale Kompression mit nachfolgend pathologischer anteriorer tibialer Translation resultiert (Abb. 4). Letztere kann noch durch die exzentrische Anspannung des Quadriceps zum Abfangen des Ko¨rpergewichtes bei der Lan-
dung versta¨rkt werden [6]. Kombinatorische Valgus- bzw. Innenrotationsstellungen ko¨nnen bei diesem Verletzungsmechanismus mit vergesellschaftet sein und zusa¨tzlich zu pathologischen Translationsbewegungen der Tibia beitragen [3]. Im Gegensatz zu den anderen beiden Verletzungsmechanismen ist der ,,Landing Back-Weighted‘‘-Mechanismus dem bereits fru¨her beschriebenen ,,Boot-Induced Anterior Drawer‘‘ relativ a¨hnlich, la¨sst jedoch den schlussendlich verantwortlichen Verletzungsmechanismus des VKB offen (Skischuhschaft-Fixierung, Quadriceps-Anspannung, Hyperflexion des Kniegelenkes, Valgus-Innenrotationsstress oder Kombination(en) aus diesen Faktoren). Auffa¨llig ist, dass 19 von 20 untersuchten Ski-Weltcup-Fahrern sich die VKB-Rupturen wa¨hrend des Skifahrens, davon in mehr als 50% wa¨hrend des Kurvenfahrens, zuzogen, dagegen nur ein Ski-Weltcup-Fahrer im Rahmen eines Sturzes selbst [3]. Aus sicherheitstechnischen Aspekten erscheint kritisch, dass es bei 17 von den 20 Ski-Weltcup-Fahrern im Rahmen der VKB-Verletzung nicht bzw. bei den u¨brigen drei Ski-Weltcup-Fahrern erst nach der (videobasierten) Identifizierung des VKB€ Ruptur-Zeitpunktes zu einem Offnen der Sicherheitsbindung kam.
€glichkeiten von Pr€ aventionsmo VKB-Rupturen im alpinen Skirennsport
Abbildung 3 €cklage wird nach Wegdriften ,,Dynamic Snowplow‘‘ (,,dynamischer Schneepflug‘‘). A) In Ru des nahezu unbelasteten Innenskis eine Abspreizposition (roter Pfeil) provoziert, B) nachfolgend Wiederbelastung des Innenskis (blauer Pfeil) mit Kantenwechsel (,,Dynamic Snowplow‘‘), so dass es nun zu einem forcierten Innenrotations-/Valgusstress (rote Pfeile) kommt (vermuteter Zeitpunkt der VKB-Ruptur rechts). Zum vermuteten Zeitpunkt der VKB-Ruptur besteht eine Hyperflexionsstellung des Kniegelenkes, die unter zunehmender €ftgelenk mit Belastung des Innenbeines zu einer Innenrotation des Oberschenkels im Hu €hrt. entsprechender Valgisationsstellung des Kniegelenkes fu
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Grundsa¨tzlich gelten im alpinen Skirennsport vergleichbar auch zu anderen Sportarten allgemeingu¨ltige Pra¨ventionsmo¨glichkeiten zum Schutz des vorderen Kreuzbandes. Insbesondere ist im alpinen Skirennsport eine gute muskula¨re Stabilisierung des Kniegelenkes durch die Oberschenkelmuskulatur unter besonderer Beru¨cksichtigung der
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Abbildung 4 €cklage‘‘). A) Landephase nach einer aus dem ,,Landing Back-Weighted‘‘ (,,Landung in Ru €rperschwerpunktes mit initialem €ckw€artsrotation des Ko Sprung verursachten Ru Schneekontakt zuerst der Skienden (und nachfolgender Rotation der Skier um die Skienden, blauer Pfeil) in einer extensionsnahen Kniegelenkswinkelstellung, B) durch resultierende Rotation der Skier wird unter zunehmender Knieflexion und Absitzen nach hinten (linker roter Pfeil) eine forcierte anteriore tibiale Translation (rechter roter Pfeil) provoziert, ggf. noch durch den fixierten hinteren Skischuhschaft (blauer Pfeil) verst€ arkt (vermuteter Zeitpunkt der VKB-Ruptur rechts).
zum VKB synergistisch wirkenden ischiokruralen Muskulatur (sog. Hamstrings) als wesentlicher pra¨ventiver Faktor zum Schutz vor VKB-Rupturen zu nennen. Das spezifische Training der ischiokruralen Muskulatur in anderen Sportarten mit hohem Risikoprofil fu¨r VKB-Rupturen (z.B. Fußball) zeigte in einigen Studien positive Effekte auf eine Reduktion der Inzidenz bzw. des relativen Risikos von VKB-Rupturen [4,9,20]. Daru¨ber hinaus wu¨rde ein derartiges Training auch die bei vielen Skiathleten zu Ungunsten der Hamstrings ausgebildete Quadriceps-Hamstrings-Ratio verbessern, die prozentual entsprechend einer Empfehlung – ohne jedoch skispezifischen Charakter zu zu haben – bei ca. 0,6 liegen sollte [5]. Mo¨gliche protektive Effekte einer optimierten Quadriceps-Hamstrings-Ratio bei alpinen Skirennla¨ufern wurden vermutet [13], konnten jedoch bei eigenen Messungen in der deutschen alpinen Skinationalmannschaft nicht
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besta¨tigt werden (unvero¨ffentlichte Daten). Da im Skirennsport regelma¨ßig hohe Knieflexionswinkel durch die Einnahme einer aerodynamischen Ko¨rperposition auftreten, u¨bernimmt die eben genannte ischiokrurale Muskelgruppe eine entscheidende Rolle zumindest in der Verhinderung einer pathologischen anterioren tibialen Translation. Daru¨ber hinaus kommt der Quadricepsmuskulatur insbesondere bei hohen Knieflexionswinkeln von mehr als 908 neben einer leistungsbestimmenden Komponente ebenfalls eine wichtige Kniegelenksstabilisierende und damit protektive Funktion zu, so dass das Training der Quadricepsmuskulatur auch bewusst in hohen Knieflexionswinkeln u¨ber 908 durchgefu¨hrt werden muss. Allerdings spielen auch sensomotorisch-koordinative Prozesse eine nicht unerhebliche Rolle in der Pra¨vention von VKB-Rupturen, da die Verletzungsmechanismen selten unidirek-
tional, sondern meist aus kombinierten, mehrdimensionalen Bewegungsmustern mit vorwiegend pathologischer Valgus- und Innenrotationskomponente bestehen. Skitechnisch bzw. -taktisch geht den meisten VKB-Rupturen ein – wenn auch nur kurzzeitiges – Verlassen der neutralen Ko¨rperposition mit Verlagerung des Ko¨rperschwerpunktes nach hinten, innen oder hinteninnen voraus, welches dann zu einem konsekutiven Verlust an aktiver Ski-Kontrolle fu¨hrt. Somit scheint aus pra¨ventionstaktischer Sicht das Vermeiden eines nicht mehr unter Performance-Aspekten kontrollierbaren, zu weit hinten und / oder innen positionierten Ko¨rperschwerpunktes – im Skisport als Ru¨cklage und / oder Innenlage bezeichnet – essentiell. Da aus mechanischer Sicht die Ski als Hebelarm die pathologischen Kniestellungen initial nicht nur verursachen, sondern auch versta¨rken, scheinen Mo¨glichkeiten von Schutzsystemen – neben der muskula¨ren Kontrolle durch den Athleten selbst – nur in der Verbesserung einer rechtzeitigen Bindungsauslo¨sung bereits vor Auftreten der VKB-Ruptur oder alternativ in der aktiven oder passiven Stabilisation des Kniegelenkes vor oder wa¨hrend der potentiellen Gefahrensituation mittels eines suffizienten protektiven Bracings zu liegen. Da einerseits die derzeit im Einsatz befindlichen, jedoch nur auf mechanischer Basis funktionierenden Sicherheitsbindungssysteme diese Eigenschaften nicht aufweisen, bedarf es der Weiterentwicklung dieser Bindungssysteme in Richtung ,,intelligenter‘‘ Systeme. Erste technische Umsetzungen mit Hilfe von pyrotechnischen Auslo¨semechanismen wurden bisher schon beschrieben [18,19]. Andererseits mu¨ssen derzeit verfu¨gbare Knie-Orthesen bzw. -Protektoren, die alle nicht die
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Anforderungen einer suffizienten VKB-Protektion erfu¨llen, zumindest soweit verbessert oder modifiziert bzw. komplett neu konzipiert werden, so dass pathologische Bewegungsausmaße des Kniegelenkes in der Verletzungssituation rechtzeitig und ada¨quat abgefangen bzw. verhindert werden ko¨nnen. Daru¨ber hinaus mu¨ssen sie tragekomfortabel sein und du¨rfen die Performance des Skiathleten nicht einschra¨nken [22].
bzw. neue protektive bzw. pra¨ventive Maßnahmen auf verschiedenen Ebenen (Trainingswissenschaft, Biomechanik, Medizin, skitechnische Aspekte, Materialkunde, Regelwerk etc.) entwickelt werden, um die Inzidenz von VKB-Rupturen relevant senken zu ko¨nnen.
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Literatur
Zusammenfassung und Ausblick Trotz zunehmendem medizinischen und sportwissenschaftlichen Kenntnisstand hinsichtlich der Belastungen, U¨berlastungen und Verletzungsmechanismen des Kniegelenkes bzw. speziell des VKB beim alpinen Skifahren ist es bisher nicht gelungen, die hohe Inzidenz an VKBRupturen im alpinen Skirennsport signifikant zu reduzieren. Die Gru¨nde hierfu¨r sind multifaktoriell. Wesentliche Faktoren sind einerseits sicherlich die ho¨heren Kurvengeschwindigkeiten im Trainings- und Wettkampfgeschehen mit konsekutiver Erho¨hung von externen, auf den Skiathleten einwirkenden Kra¨fte, bedingt durch radikalere Fahrweisen und aggressiveres Skimaterial, aber auch aggressivere Schneeauflagen auf den Trainings- und Rennstrecken. Andererseits konnten bisher keine optimierten Sicherheitsbindungssysteme realisiert werden, die VKB-typische Verletzungssituationen erkennen und bei Auftreten derselben zuverla¨ssig auslo¨sen. A¨hnliches gilt fu¨r KnieOrthesen bzw. -Protektoren, die zuku¨nftig pathologische Translations-/Rotationsbewegungen verhindern sollen, ohne dabei die Performance des Skiathleten einzuschra¨nken [22]. Ziel der na¨chsten Jahre wird sein, dass verbesserte P.U. Brucker et al.
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Korrespondenzadresse: Priv.-Doz. Dr. med. Dipl.-Sportl. Peter U. Brucker Mannschaftsarzt DSV-Nationalmannschaft Ski alpin Abteilung und Poliklinik fu¨r Sportorthopa¨die Klinikum rechts der Isar Technische Universita¨t Mu¨nchen Connollystraße 32 D-80809 Mu¨nchen Tel.: +49-(0)89-28924462 Fax: +49-(0)89-28924484. E-Mail: [email protected]
Available online at www.sciencedirect.com
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Belastungen und Verletzungen des Kniegelenkes im Alpinen Ski-Racing
Orthop€adie Traumatologie
SportOrthoTrauma 27, 247–254 (2011) Elsevier – Urban&Fischer www.elsevier.de/SportOrthoTrauma doi:10.1016/j.orthtr.2011.10.007
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Zusammenfassung Das Kniegelenk ist im alpinen Skirennsport sehr hohen Belastungen ausgesetzt und € damit f€ur Uberlastungen stark exponiert, was sich an einer persistierend hohen Inzidenz an Kniegelenkverletzungen widerspiegelt. Allerdings sind die Ursachen bzw. Mechanismen f€ur spezifische Kniegelenkverletzungen, z.B. f€ur vordere Kreuzband (VKB)-Rupturen, multifaktoriell, so dass bisherige pr€aventive Strategien zum Schutz insbesondere vor VKB-Rupturen im alpinen Ski-Hochleistungssport nicht zu einer relevanten Abnahme der Inzidenz an VKBVerletzungen gef€uhrt haben. Es scheint zuk€unftig notwendig, dass neue Wege mit verschiedenen Ans€atzen beschritten werden m€ussen, um diese komplexe Problematik erfolgreich l€osen zu k€onnen. €rter €sselwo Schlu Knie – Vorderes Kreuzband – Belastung – Verletzung – Epidemiologie – Pr€avention – Hochleistungssport – Ski alpin – Ski-Weltcup
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Impacts and Injuries of the Knee Joint in High Performance Alpine Skiing – A Status quo Analysis with Special Focus on the Anterior Cruciate Ligament Summary In competitive alpine ski racing, the knee joint is exposed to exalted loadings and therefore at high risk for overloadings, which is mirrored by the persistently high incidence of knee injuries. However, causative factors and mechanisms for specific knee injuries, e.g. anterior cruciate ligament (ACL) ruptures, are multifactorial. Indeed, previously performed strategies for prevention of especially ruptures of the ACL have not been successfully implemented in professional alpine ski racing to reduce the incidence of these injuries. It seems mandatory in the future, that novel approaches at different levels must be considered to overcome these complex problems. Keywords Knee – anterior cruciate ligament – loading – injury – epidemiology – prevention – professional sports – alpine skiing – ski world cup
Belastungen und Verletzungen des Kniegelenkes im Alpinen Ski-Hochleistungssport – Eine Status-quo-Analyse unter spezieller Fokussierung auf das vordere Kreuzband Peter U. Brucker1, Peter Spitzenpfeil2, Andreas Huber3, Karlheinz Waibel4, Wolfgang Maier4 1 Abteilung und Poliklinik fu¨r Sportorthopa¨die, Technische Universita¨t Mu¨nchen, Mu¨nchen 2 Fakulta¨t fu¨r Sport- und Gesundheitswissenschaft, Technische Universita¨t Mu¨nchen, Mu¨nchen 3 Olympiastu¨tzpunkt Bayern, Mu¨nchen 4 Deutscher Skiverband, DSV Leistungssport GmbH, Planegg Eingegangen am 25. August 2011; akzeptiert am 21. Oktober 2011
Einleitung
Seit Einfu¨hrung des festen Schalen-
Skischuhs in den 1960/70er Jahren ist vorwiegend das Kniegelenk im alpinen Skilauf hinsichtlich U¨berlastungen und Verletzungen exponiert. Insbesondere die Carving-Skitechnik [11], die in den letzten Jahren zu einer deutlichen Zunahme der Kurvengeschwindigkeiten nicht nur im alpinen Skirennsport, sondern auch im alpinen Freizeit-Skisport gefu¨hrt hat, wie auch verbesserte bzw. aggressivere Skimaterialien (z.B. erho¨hte Torsionssteifigkeiten der Ski) und vera¨nderte Schneebeschaffenheiten (gepresste bzw. vereiste Schneeauflagen durch modernisierte Pistenpra¨paration inkl. Verwendung von Kunstschnee) stellen weitere Faktoren dar, die die Belastungen auf den muskuloskelettalen Apparat beim alpinen Skifahren deutlich ver-
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sta¨rkt haben. Neben diesen Aspekten ist insbesondere im Ski-Hochleistungssport noch auf die bisher unterscha¨tzte Problematik der derzeitigen Entwicklung der sehr aggressiven Skischuh-Bauweisen hinzuweisen. Die mittlerweile extrem steifen bzw. rigiden Skischuh-Materialien mit gleichzeitig fast vollsta¨ndigem Verlust eines ,,weichen‘‘ Innenschuhs ermo¨glichen eine noch direktere Kraftu¨bertragung von dem System Skiathlet auf das System Bindung/Ski, was jedoch auch im Umkehrschluss bedeutet, dass externe Kra¨fte direkt am muskuloskelettalen System ohne Abfederung bzw. Da¨mpfung angreifen ko¨nnen. Grundsa¨tzlich kann konstatiert werden, dass viele Faktoren je nach Vera¨nderung einen positiven oder negativen Einfluss auf die Verletzungsha¨ufigkeit haben, wie z.B. skitechnisch/-taktische Faktoren
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(Geschwindigkeit, Kurssetzung, Skitaillierung, Skibreite, Skila¨nge, Skischuh), externe Bedingungen (Schnee-/Pistenverha¨ltnisse, Wettersituation) und physischer Status des Athleten (Fatigue [Ermu¨dungszustand], muskula¨rer Status). Eine genaue Analyse verdeutlicht die Komplexita¨t a¨tiologischer und pathogenetischer Aspekte von spezifischen Knie-U¨berlastungsscha¨den bzw. -Verletzungen, insbesondere die von vorderen Kreuzband (VKB)Rupturen im alpinen Ski(renn)sport. Ziel dieses U¨bersichtsartikels ist eine aktuelle Darstellung von spezifischen Belastungen und Verletzungen des Kniegelenkes im alpinen SkiHochleistungssport unter spezieller Fokussierung auf das VKB. Zusa¨tzlich sollen Optionen zur Pra¨vention von VKB-Rupturen aufgefu¨hrt werden.
Belastungen des Kniegelenkes und des VKB im alpinen Ski-Hochleistungssport Das Kniegelenk ist im alpinen Skirennsport hohen physikalischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Einwirkende Kra¨fte im Skirennsport mit Spitzenbelastungen bis zu 7000 N wurden in einzelnen Studien schon gemessen [2,16], in einer anderen eigenen Untersuchung zur Evaluation der Bodenreaktionskra¨fte an Skibindungssystemen sogar noch daru¨ber hinaus (unvero¨ffentlichte Daten). Aufgrund dessen bedarf es einer entsprechenden ko¨rperlichen Konstitution von alpinen Skirennla¨ufern, insbesondere im muskula¨ren Bereich. Allerdings ist bisher noch nicht abschließend gekla¨rt, wie groß das muskula¨re Potential eines alpinen Skiathleten definitiv sein muss, um den hohen Belastungen des alpinen Skirennsportes unter pra¨ventiver Sicht langfristig erfolgreich widerstehen zu ko¨nnen.
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In einer eigenen Analyse von sieben ma¨nnlichen Kaderathleten der deutschen alpinen Skinationalmannschaft wurde in Trainingsla¨ufen die mechanische Belastung beim Slalom und beim Super-G mittels Druckmesssohlen in beiden Skischuhen durch Messung der Bodenreaktionskra¨fte ermittelt sowie zusa¨tzlich die biomechanischen Kniegelenkswinkel mit portablen elektronischen Goniometern erfasst [21]. Diese Werte wurden schließlich mit den isometrischen, exzentrischen und konzentrischen Werten in unterschiedlichen Kniegelenkswinkelstellungen an einer computergestu¨tzten Beinpresse unter Laborbedingungen verglichen [21], wobei sich im Slalom (Trainingslauf) bei nahezu jeder Kurve muskula¨re Belastungsspitzen (,,Expenditure‘‘) zwischen 75% und 100%, teilweise sogar u¨ber 100% zu den im Labor gemessenen Maximalwerten fanden (Abb. 1). Die Bodenreaktionskra¨fte zeigten unter Trainingsbedingungen Spitzenwerte bis 2687 N (Abb. 1). U¨berraschenderweise lagen die bei den Trainingsla¨ufen gemessenen Werte im Super-G in einem a¨hnlichen Bereich wie beim Slalom-Training, wenn auch die durchschnittliche zeitliche Dauer der Kurvenfahrt la¨nger und damit der Impact der auftretenden Kra¨fte ausgedehnter war [21]. Diese gemessenen Kra¨fte wirken zwar nicht direkt am VKB und schlussendlich sind die exakt resultierenden Kraftwerte am VKB bei diesen Belastungen bis dato unbekannt. Allerdings kann unter Beru¨cksichtigung einer maximalen Zugbelastung eines nativen, intakten VKB von durchschnittlich 2160 157 N [23] in kritischen Situationen davon ausgegangen werden, dass bereits bei geringfu¨gigem Verlassen der idealen mittigen Ko¨rperposition (z.B. Ru¨cklage) in Kombination mit ungu¨nstiger Kniegelenkswinkelstellung, einseitiger Beinbelastung und gleich-
zeitigem Valgus-/Rotationsstress die maximale strukturelle Zugbelastungsstabilita¨t des intakten VKB ohne Weiteres erreicht bzw. u¨berschritten wird. Allgemein muss noch darauf hingewiesen werden, dass die Gesamtbelastungen im Ski-Hochleistungssport nicht nur unter dem Aspekt der Wettkampfsituation betrachtet werden du¨rfen, sondern auch die zunehmende Belastungsexposition der Skiathleten im Trainingsbereich mit zu beru¨cksichtigen ist, da immer mehr wettkampfnahe Bedingungen im Training, z.B. vereiste Schneeauflagen und wettkampfgetreue Kurssetzungen, bewusst ausgewa¨hlt und simuliert werden.
Epidemiologie von Knieverletzungen und VKB-Rupturen im alpinen Ski-Weltcup Das Kniegelenk stellt in den letzten Jahrzehnten das im Ski-Weltcup am ha¨ufigsten verletzte Gelenk des Bewegungsapparates dar. In neueren Analysen der Verletzungsrate bzw. -lokalisation im alpinen Ski-Weltcup, die im Rahmen des Injury Surveillance Systems des Oslo Sports Trauma Research Centers im Auftrag der Federation Internationale de Ski (FIS) erhoben wurden, ergab sich eine geschlechtsunabha¨ngige Gesamt-Verletzungsrate innerhalb des Wettkampfgeschehens von durchschnittlich 9,8 Verletzungen pro 1000 Fahrten [8]. Die Verletzungsha¨ufigkeit des muskuloskelettalen Apparates stieg hierbei mit der Zunahme der Geschwindigkeit in den jeweiligen alpinen Skidisziplinen stetig an (Tab. 1) [8]. Insgesamt war sowohl die Inzidenz als auch das relative Risiko, eine Verletzung zu erleiden, bei den Ma¨nnern im Vergleich zu den Damen erho¨ht [8]. Es zeigte sich auch in dieser
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Abbildung 1 Mehrdimensionale Online-Datenerhebung w€ahrend eines Slalom-Trainingslaufes. A) Videobasierte Analyse, B) kontiunuierliche Messung der biomechanischen Kniegelenkswinkel und der Expenditure der Beinmuskulatur, C) kontinuierliche Messung der Bodenreaktionskr€ afte. Beim dargestellten Linksschwung zum Zeitpunkt t = 9,48 s (gelbe Pfeile) zeigen sich unterschiedliche Kniegelenkswinkel [angegeben als biomechanische Winkeleinheit, d.h. Knieextension entspricht Kniegelenkswinkel von 1808] und unterschiedliche Bodenreaktionskr€ afte zwischen rechtem Außen- und linkem Innenbein, jedoch eine nahezu ausgeglichene Muskel-Expenditure.
Untersuchung, dass das Kniegelenk am ha¨ufigsten mit durchschnittlich 35,6% betroffen war, wobei hiervon in 38% das VKB als ha¨ufigste spezifische Verletzung beobachtet wurde [8]. Im Gegensatz zu Untersuchungen im alpinen Freizeit-Skisport [10] und zu anderen Sportarten [1,14] fand sich hinsichtlich der VKB-Rupturen im professionellen Skirenn-
sport kein signifikant erho¨htes Risiko bei den Damen verglichen zu den Ma¨nnern [8]. Dies konnte in einer anderen Studie bei der franzo¨sischen alpinen Skinationalmannschaft ebenfalls beobachtet werden, wo sich insgesamt 28,2% der Damen und 27,2% der Ma¨nner mindestens eine VKB-Ruptur wa¨hrend ihrer Nationalmannschaftskarriere zugezo-
Tabelle 1. Durchschnittliche geschlechtsunabha¨ngige Verletzungsha¨ufigkeit aller Ko¨rperregionen in den alpinen Ski-Weltcup-Saisons 2006/07 und 2007/08 (nach [8]). Alpine Skidisziplin
Verletzungsha¨ufigkeit pro 1000 Wettkampf-Fahrten [Durchschnitt (95% Konfidenzintervall)]
Slalom Riesenslalom Super-G Abfahrt
4,9 (2,5 – 7,4) 9,2 (5,1 – 13,3) 11,0 (5,2 – 16,8) 17,2 (11,6 – 22,7)
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gen hatten [17]. Die Ha¨ufigkeit einer nachfolgenden kontralateralen VKB-Ruptur lag bei 30,5%, die Pra¨valenz einer VKB-Re-Ruptur ipsilateral bei 19% [17]. Interessanterweise waren signifikant mehr VKB-Rupturen bei den franzo¨sischen Skiathleten zu verzeichnen, die unter den Top 30 der FIS-Weltrangliste gefu¨hrt waren [17]. Im Rahmen dieser deskriptiven epidemiologischen Studie, die die franzo¨sischen Athleten u¨ber einen Zeitraum von 25 Jahren erfasste, war jedoch im Zeitverlauf keine Abnahme der insgesamt hohen Inzidenz an prima¨ren VKB-Rupturen, sekunda¨ren kontralateralen VKB-Rupturen und VKB-Re-Rupturen festzustellen [17], was die Problematik einer bisher wenig erfolgreichen Strategie zur Pra¨vention
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von VKB-Rupturen im alpinen Hochleistungssport verdeutlicht. A¨hnliche Verletzungszahlen in den letzten Jahren finden sich – unter Beru¨cksichtigung von ja¨hrlichen bzw. saisonalen Schwankungen – auch in der deutschen alpinen Skinationalmannschaft.
Verletzungsmechanismen des VKB im alpinen Ski-Weltcup Allgemein liegt ein wesentliches Problem bei VKB-Rupturen im alpinen Skisport darin, dass nicht nur ein einzig typischer Verletzungsmechanismus des VKB existiert. Bisher wurden bereits fu¨nf verschiedene Verletzungsmechanismen des VKB beim alpinen Skifahren beschrieben (Tab. 2) [6,12,15], wobei sich insbesondere der sog. ,,Boot-Induced Anterior Drawer‘‘ (Skischuh-induzierte vordere Schublade) [12] und der sog. ,,Phantom-Foot‘‘ (PhantomFuß) [12] in Videoanalysen, die vorwiegend im alpinen Freizeit-Skisport erhoben wurden, als typische Verletzungsmechanismen herauskristallisierten [7]. Wa¨hrend bei dem ,,Boot-induced Anterior Drawer‘‘ der Unterschenkel durch die Fixation im Skischuh, genauer gesagt durch den rigiden (hinteren) Anteil des Skischuh-Schaftes nach vorne
gedru¨ckt wird, kommt es bei dem ,,Phantom-Foot‘‘ zu einem Innenrotationsstress in einer hohen Knieflexionsstellung, wobei der Ski als Hebel wirkt und den Unterschenkel gegenu¨ber dem Oberschenkel verdrehen la¨sst. Insbesondere letzterer Verletzungsmechanismus wurde im alpinen Freizeit-Skisport als hauptsa¨chliche Verletzungsursache fu¨r eine VKB-Ruptur verantwortlich gemacht [7]. Aktuelle videobasierte Untersuchungen von Bere et al. [3] bei alpinen Ski-Weltcup-Fahrern im Rahmen des Injury Surveillance Systems zeigten noch nicht beschriebene bzw. zum Teil zu den bisher bekannten Mechanismen differierende Verletzungsmechanismen des VKB. Insgesamt fanden sich drei typische Verletzungsmechanismen, die zusammen fu¨r mehr als 80% der VKB-Rupturen innerhalb des alpinen Ski-WeltcupGeschehens verantwortlich gemacht wurden: sog. ,,Slip-Catch‘‘ (,,Rutschen-Fassen‘‘), ,,Dynamic Snowplow‘‘ (,,dynamischer Schneepflug‘‘) und ,,Landing Back-Weighted‘‘ (,,Landung in Ru¨cklage‘‘) (Tab. 2) [3]. Beim ,,Slip-Catch‘‘ kommt es wa¨hrend der Kurvenfahrt durch Verlust einer stabilen Ko¨rperposition nach innen und / oder hinten zu einem entlastungswirksamen Wegdriften des Au-
ßenskis (,,Slip‘‘), worauf der Skiathlet durch Extension des Außenbeines versucht, wieder Halt mit dem Außenski zu bekommen. Hierdurch fasst der Außenski auf dessen Innenkante wieder abrupt (,,Catch‘‘), wodurch er durch sein aggressives Eigenlenkverhalten aufgrund seiner Taillierung bzw. Durchbiegung bei nahezu gestrecktem Kniegelenkswinkel einen Flexions-/Valgisations-/Innenrotationsstress forciert (Abb. 2). Dieser Verletzungsmechanismus fand sich in 50% aller untersuchten Videosequenzen mit VKBRuptur im Ski-Weltcup [3]. Beim ,,Dynamic Snowplow‘‘ befindet sich der Skiathlet in einer Ru¨cklage mit u¨berwiegender Belastung nur eines Skis, wobei der andere, nahezu unbelastete Ski wegdriftet und den Skiathleten in eine Abspreizposition im Sinne einer dynamischen ,,Schnee‘‘- bzw. Skipflug-Stellung zwingt. Bei nachfolgend wieder auftretender Gewichtsbelastung auf dem initial unbelasteten Ski kommt es durch den Kantenwechsel zu einem forcierten Innenrotations- und / oder Valgusstress mit Ruptur des VKB (Abb. 3). Beim letzten der drei typischen, im alpinen Ski-Weltcup beobachteten Verletzungsmechanismen, dem ,,Landing Back-Weighted‘‘-Mechanismus, der vorwiegend in den Speed-
Tabelle 2. ,,Traditionell‘‘ (vorwiegend im alpinen Freizeit-Skisport) [6, 12, 15] und ,,aktuell‘‘ im Skirennsport (Ski-Weltcup) [3] hauptsa¨chlich beschriebene VKB-Verletzungsmechanismen. VKB-Verletzungsmechanismen ,,Traditionell‘‘
,,Aktuell‘‘
,,Boot-Induced Anterior Drawer‘‘ (Skischuh-induzierte vordere Schublade) [12] ,,Phantom-Foot‘‘ (Phantom-Fuß) [12] Kombinierte Valgus-Außenrotation [15] Kombinierte Extension-Innenrotation [15] Kraftvolle Quadriceps-Kontraktion [6] —
,,Landing Back-Weighted‘‘ (Landung in Ru¨cklage) [3] ,,Dynamic Snowplow‘‘ (,,dynamischer Schneepflug‘‘) [3] — — ,,Landing Back-Weighted‘‘ (Landung in Ru¨cklage) [3] ,,Slip-Catch‘‘ (,,Rutschen-Fassen‘‘) [3]
Anmerkung: A¨hnliche Verletzungsmechanismen sind graphisch gegenu¨ber gestellt.
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Abbildung 2 ,,Slip-Catch‘‘ (,,Rutschen-Fassen‘‘). A) ,,Slip‘‘ als entlastungswirksames Wegdriften bzw. Weglaufen des Außenskis (blauer Pfleil: Innenski belastet), B) nachfolgend fasst der Außenski wieder abrupt auf dessen Innenkante (,,Catch‘‘, blaue Pfeile), so dass es nun zu einem forcierten Valgisations-/Innenrotationsstress (rote Pfeile) kommt (vermuteter Zeitpunkt der VKB-Ruptur links). Zum vermuteten Zeitpunkt der VKB-Ruptur werden im Vergleich zu anderen (normalen) Kurvenfahrten keine relevanten pathologischen € Gelenkwinkel im Kniegelenk beobachtet. Vielmehr wird die Atiopathogenese der VKB-Ruptur bei diesem Verletzungsmechanismus in einer fehlenden muskul€ aren Aktivit€ at € w€ ahrend des Uberganges von der ,,Slip‘‘- in die ,,Catch‘‘-Phase vermutet, so dass der Valgisations-/Innenrotationsstress ohne muskul€are Kontrolle bzw. Stabilisierung direkt auf die passiven gelenkstabilisierenden Strukturen (insbesondere das VKB) einwirken kann.
Disziplinen beobachtet wird, landet der Skiathlet durch eine beim Sprung verursachte Ru¨ckwa¨rtsrotation zuerst mit den Skienden in einer extensionsnahen Kniegelenkswinkelstellung. Aufgrund der entstehenden externen Kra¨fte fu¨hrt der initiale Schneekontakt mit entsprechender Belastung der Skienden
zu einer Rotation der Skier nach vorne, wodurch bei zunehmender Knieflexion eine tibiofemorale Kompression mit nachfolgend pathologischer anteriorer tibialer Translation resultiert (Abb. 4). Letztere kann noch durch die exzentrische Anspannung des Quadriceps zum Abfangen des Ko¨rpergewichtes bei der Lan-
dung versta¨rkt werden [6]. Kombinatorische Valgus- bzw. Innenrotationsstellungen ko¨nnen bei diesem Verletzungsmechanismus mit vergesellschaftet sein und zusa¨tzlich zu pathologischen Translationsbewegungen der Tibia beitragen [3]. Im Gegensatz zu den anderen beiden Verletzungsmechanismen ist der ,,Landing Back-Weighted‘‘-Mechanismus dem bereits fru¨her beschriebenen ,,Boot-Induced Anterior Drawer‘‘ relativ a¨hnlich, la¨sst jedoch den schlussendlich verantwortlichen Verletzungsmechanismus des VKB offen (Skischuhschaft-Fixierung, Quadriceps-Anspannung, Hyperflexion des Kniegelenkes, Valgus-Innenrotationsstress oder Kombination(en) aus diesen Faktoren). Auffa¨llig ist, dass 19 von 20 untersuchten Ski-Weltcup-Fahrern sich die VKB-Rupturen wa¨hrend des Skifahrens, davon in mehr als 50% wa¨hrend des Kurvenfahrens, zuzogen, dagegen nur ein Ski-Weltcup-Fahrer im Rahmen eines Sturzes selbst [3]. Aus sicherheitstechnischen Aspekten erscheint kritisch, dass es bei 17 von den 20 Ski-Weltcup-Fahrern im Rahmen der VKB-Verletzung nicht bzw. bei den u¨brigen drei Ski-Weltcup-Fahrern erst nach der (videobasierten) Identifizierung des VKB€ Ruptur-Zeitpunktes zu einem Offnen der Sicherheitsbindung kam.
€glichkeiten von Pr€ aventionsmo VKB-Rupturen im alpinen Skirennsport
Abbildung 3 €cklage wird nach Wegdriften ,,Dynamic Snowplow‘‘ (,,dynamischer Schneepflug‘‘). A) In Ru des nahezu unbelasteten Innenskis eine Abspreizposition (roter Pfeil) provoziert, B) nachfolgend Wiederbelastung des Innenskis (blauer Pfeil) mit Kantenwechsel (,,Dynamic Snowplow‘‘), so dass es nun zu einem forcierten Innenrotations-/Valgusstress (rote Pfeile) kommt (vermuteter Zeitpunkt der VKB-Ruptur rechts). Zum vermuteten Zeitpunkt der VKB-Ruptur besteht eine Hyperflexionsstellung des Kniegelenkes, die unter zunehmender €ftgelenk mit Belastung des Innenbeines zu einer Innenrotation des Oberschenkels im Hu €hrt. entsprechender Valgisationsstellung des Kniegelenkes fu
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Grundsa¨tzlich gelten im alpinen Skirennsport vergleichbar auch zu anderen Sportarten allgemeingu¨ltige Pra¨ventionsmo¨glichkeiten zum Schutz des vorderen Kreuzbandes. Insbesondere ist im alpinen Skirennsport eine gute muskula¨re Stabilisierung des Kniegelenkes durch die Oberschenkelmuskulatur unter besonderer Beru¨cksichtigung der
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Abbildung 4 €cklage‘‘). A) Landephase nach einer aus dem ,,Landing Back-Weighted‘‘ (,,Landung in Ru €rperschwerpunktes mit initialem €ckw€artsrotation des Ko Sprung verursachten Ru Schneekontakt zuerst der Skienden (und nachfolgender Rotation der Skier um die Skienden, blauer Pfeil) in einer extensionsnahen Kniegelenkswinkelstellung, B) durch resultierende Rotation der Skier wird unter zunehmender Knieflexion und Absitzen nach hinten (linker roter Pfeil) eine forcierte anteriore tibiale Translation (rechter roter Pfeil) provoziert, ggf. noch durch den fixierten hinteren Skischuhschaft (blauer Pfeil) verst€ arkt (vermuteter Zeitpunkt der VKB-Ruptur rechts).
zum VKB synergistisch wirkenden ischiokruralen Muskulatur (sog. Hamstrings) als wesentlicher pra¨ventiver Faktor zum Schutz vor VKB-Rupturen zu nennen. Das spezifische Training der ischiokruralen Muskulatur in anderen Sportarten mit hohem Risikoprofil fu¨r VKB-Rupturen (z.B. Fußball) zeigte in einigen Studien positive Effekte auf eine Reduktion der Inzidenz bzw. des relativen Risikos von VKB-Rupturen [4,9,20]. Daru¨ber hinaus wu¨rde ein derartiges Training auch die bei vielen Skiathleten zu Ungunsten der Hamstrings ausgebildete Quadriceps-Hamstrings-Ratio verbessern, die prozentual entsprechend einer Empfehlung – ohne jedoch skispezifischen Charakter zu zu haben – bei ca. 0,6 liegen sollte [5]. Mo¨gliche protektive Effekte einer optimierten Quadriceps-Hamstrings-Ratio bei alpinen Skirennla¨ufern wurden vermutet [13], konnten jedoch bei eigenen Messungen in der deutschen alpinen Skinationalmannschaft nicht
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besta¨tigt werden (unvero¨ffentlichte Daten). Da im Skirennsport regelma¨ßig hohe Knieflexionswinkel durch die Einnahme einer aerodynamischen Ko¨rperposition auftreten, u¨bernimmt die eben genannte ischiokrurale Muskelgruppe eine entscheidende Rolle zumindest in der Verhinderung einer pathologischen anterioren tibialen Translation. Daru¨ber hinaus kommt der Quadricepsmuskulatur insbesondere bei hohen Knieflexionswinkeln von mehr als 908 neben einer leistungsbestimmenden Komponente ebenfalls eine wichtige Kniegelenksstabilisierende und damit protektive Funktion zu, so dass das Training der Quadricepsmuskulatur auch bewusst in hohen Knieflexionswinkeln u¨ber 908 durchgefu¨hrt werden muss. Allerdings spielen auch sensomotorisch-koordinative Prozesse eine nicht unerhebliche Rolle in der Pra¨vention von VKB-Rupturen, da die Verletzungsmechanismen selten unidirek-
tional, sondern meist aus kombinierten, mehrdimensionalen Bewegungsmustern mit vorwiegend pathologischer Valgus- und Innenrotationskomponente bestehen. Skitechnisch bzw. -taktisch geht den meisten VKB-Rupturen ein – wenn auch nur kurzzeitiges – Verlassen der neutralen Ko¨rperposition mit Verlagerung des Ko¨rperschwerpunktes nach hinten, innen oder hinteninnen voraus, welches dann zu einem konsekutiven Verlust an aktiver Ski-Kontrolle fu¨hrt. Somit scheint aus pra¨ventionstaktischer Sicht das Vermeiden eines nicht mehr unter Performance-Aspekten kontrollierbaren, zu weit hinten und / oder innen positionierten Ko¨rperschwerpunktes – im Skisport als Ru¨cklage und / oder Innenlage bezeichnet – essentiell. Da aus mechanischer Sicht die Ski als Hebelarm die pathologischen Kniestellungen initial nicht nur verursachen, sondern auch versta¨rken, scheinen Mo¨glichkeiten von Schutzsystemen – neben der muskula¨ren Kontrolle durch den Athleten selbst – nur in der Verbesserung einer rechtzeitigen Bindungsauslo¨sung bereits vor Auftreten der VKB-Ruptur oder alternativ in der aktiven oder passiven Stabilisation des Kniegelenkes vor oder wa¨hrend der potentiellen Gefahrensituation mittels eines suffizienten protektiven Bracings zu liegen. Da einerseits die derzeit im Einsatz befindlichen, jedoch nur auf mechanischer Basis funktionierenden Sicherheitsbindungssysteme diese Eigenschaften nicht aufweisen, bedarf es der Weiterentwicklung dieser Bindungssysteme in Richtung ,,intelligenter‘‘ Systeme. Erste technische Umsetzungen mit Hilfe von pyrotechnischen Auslo¨semechanismen wurden bisher schon beschrieben [18,19]. Andererseits mu¨ssen derzeit verfu¨gbare Knie-Orthesen bzw. -Protektoren, die alle nicht die
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Anforderungen einer suffizienten VKB-Protektion erfu¨llen, zumindest soweit verbessert oder modifiziert bzw. komplett neu konzipiert werden, so dass pathologische Bewegungsausmaße des Kniegelenkes in der Verletzungssituation rechtzeitig und ada¨quat abgefangen bzw. verhindert werden ko¨nnen. Daru¨ber hinaus mu¨ssen sie tragekomfortabel sein und du¨rfen die Performance des Skiathleten nicht einschra¨nken [22].
bzw. neue protektive bzw. pra¨ventive Maßnahmen auf verschiedenen Ebenen (Trainingswissenschaft, Biomechanik, Medizin, skitechnische Aspekte, Materialkunde, Regelwerk etc.) entwickelt werden, um die Inzidenz von VKB-Rupturen relevant senken zu ko¨nnen.
[9]
[10]
Literatur
Zusammenfassung und Ausblick Trotz zunehmendem medizinischen und sportwissenschaftlichen Kenntnisstand hinsichtlich der Belastungen, U¨berlastungen und Verletzungsmechanismen des Kniegelenkes bzw. speziell des VKB beim alpinen Skifahren ist es bisher nicht gelungen, die hohe Inzidenz an VKBRupturen im alpinen Skirennsport signifikant zu reduzieren. Die Gru¨nde hierfu¨r sind multifaktoriell. Wesentliche Faktoren sind einerseits sicherlich die ho¨heren Kurvengeschwindigkeiten im Trainings- und Wettkampfgeschehen mit konsekutiver Erho¨hung von externen, auf den Skiathleten einwirkenden Kra¨fte, bedingt durch radikalere Fahrweisen und aggressiveres Skimaterial, aber auch aggressivere Schneeauflagen auf den Trainings- und Rennstrecken. Andererseits konnten bisher keine optimierten Sicherheitsbindungssysteme realisiert werden, die VKB-typische Verletzungssituationen erkennen und bei Auftreten derselben zuverla¨ssig auslo¨sen. A¨hnliches gilt fu¨r KnieOrthesen bzw. -Protektoren, die zuku¨nftig pathologische Translations-/Rotationsbewegungen verhindern sollen, ohne dabei die Performance des Skiathleten einzuschra¨nken [22]. Ziel der na¨chsten Jahre wird sein, dass verbesserte P.U. Brucker et al.
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Korrespondenzadresse: Priv.-Doz. Dr. med. Dipl.-Sportl. Peter U. Brucker Mannschaftsarzt DSV-Nationalmannschaft Ski alpin Abteilung und Poliklinik fu¨r Sportorthopa¨die Klinikum rechts der Isar Technische Universita¨t Mu¨nchen Connollystraße 32 D-80809 Mu¨nchen Tel.: +49-(0)89-28924462 Fax: +49-(0)89-28924484. E-Mail: [email protected]
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