Ermitteln von Kniebelastungen beim Skifahren

Skirennfahrerin Thea Waldleben misst g-Kräfte mit MSR Datenloggern

Wie hoch sind die Beschleunigungskräfte, welche während des Skifahrens auf die Knie einer alpinen Skirennsportlerin einwirken? Dieser Frage ging die amtierende Junioren Schweizermeisterin in der Abfahrt, Thea Waldleben, in ihrer Maturaarbeit nach. Mithilfe von Datenloggern der Firma MSR Electronics GmbH analysierte die Athletin die Belastung und das Verhalten der Knie während des Skifahrens unter verschiedenen Einflüssen.

Die auch in der Disziplin Super-G erfolgreiche Thea Waldleben trainiert im Damenkader des Leistungszentrum Mitte Ski Alpin von Swiss-Ski und besucht die Schweizerische Sportmittelschule Engelberg (SSE). Die von Swiss Olympic zertifizierte Bildungsinstitution hat sich einen Namen gemacht als Talentschmiede für ambitionierte junge Sportlerinnen und Sportler und brachte insbesondere im Bereich Ski Alpin bereits prominente Athletinnen und Athleten hervor, darunter Olympiagoldmedaillengewinnerin Dominique Gisin und Weltcupmedaillengewinnerin Wendy Holdener. Im Rahmen ihrer Maturaarbeit stellte sich die vom Schweizer Skihersteller Stöckli unterstützte Thea Waldleben der Frage, welchen Belastungen ihre Knie während des Skirennfahrens ausgesetzt sind.

Mini-Datenlogger MSR165 misst g-Kräfte in allen drei Achsen

Für ihre Studie hat die Sportlerin den Beschleunigungs-Datenlogger MSR165 des Schweizer Messtechnikunternehmens MSR Electronics GmbH eingesetzt. Dieser auf Anwendungen in der Schwingungs-, Stoss- und Vibrations-Erfassung spezialisierte Datenlogger ist wasserdicht und nur daumengross; er eignet sich deshalb besonders gut für Messungen am Körper. Der Mini-Logger verfügt über einen hochempfindlichen digitalen Sensor, mit welchem bis zu 1600 Messungen pro Sekunde im Bereich Beschleunigung in allen drei Achsen durchgeführt werden können. Die Speicherkapazität des MSR165 beträgt – je nach Ausstattung – bis zu einer Milliarde Messwerte. Mittels Sensor (Messbereich ±15 g oder ±200 g) konnte Frau Waldleben aufzeichnen, welchen Beschleunigungskräften ihre Knie ausgesetzt sind. Da das Gehäuse des Datenloggers für die Messungen am Körper ein noch geringeres Gewicht haben musste als das für Anwendungen in der Industrie ausgerichtete Aluminium-Designgehäuse der MSR165-Standardmodelle, wurden der Skirennfahrerin eine Spezialausführung des Loggers im leichteren SmartCase zur Verfügung gestellt. Befestigt wurden die Datenlogger mit Klettbändern direkt unterhalb des Kniegelenks am Schienbeinkopf sowie oberhalb des Skischuhs.

Ausführungen der Messungen

Alle Messungen wurden während des Skifahrens beim Freifahren ohne Kurvenvorgabe oder in den Toren mit Kurvenvorgabe durchgeführt. Die verschiedenen Messblöcke erfolgten jeweils am gleichen Tag in einer kurz gehaltenen Zeitspanne. Die Pisten wurden nach Beschaffenheit hinsichtlich Neigung und Gleichmässigkeit ausgewählt, um eine Vergleichbarkeit der Schwünge zu erreichen. Bei verschiedenen Einflussfaktoren wurde so mit mehreren Messungen das Verhalten des Knies der Athletin in der X-, Y- und Z- Achse sowie der Mittelwert gemessen und ausgewertet. In den Versuchen wurde die Kniebelastung während der Skifahrt mit unterschiedlichen Skiern (Slalom und Riesenslalom), veränderten Pistenverhältnissen und dem Einfluss der Skischuhhärte analysiert. Frau Waldleben hat für ihre Studie mit einer Frequenz von 100 Messungen pro Sekunde in allen drei Richtungen gearbeitet, um schlagartig ändernde Belastungen am Knie zu erkennen.

Kurzanalyse der Messergebnisse

Die Messungen von Thea Waldleben zeigen grosse g-Kräfte vor allem in der Y-Achse auf. Je kleiner der Härteflex des Skischuhes ist und je weicher und unruhiger die Pistenverhältnisse sind, desto unruhiger verhält sich das Knie in allen Bewegungsrichtungen, die Belastung steigt. Im freien Fahren wurden Belastungen am Knie im Mittel von bis zum Dreifachen des Körpergewichts gemessen. In vorgegebenen Radien beim Slalom und Riesenslalom traten noch grössere Kräfte auf, die bis zum Zwei- bis Dreifachen dieses Wertes gemessen wurden.

Dem Verletzungsrisiko beim Skifahren entgegentreten

Knieverletzungen treten beim Skifahren sehr häufig auf. Um präventiv zu trainieren und den hohen gemessenen Kräften besonders im Rennsport gerecht zu werden, ist es sehr wichtig, die Kniestabilität in allen Bewegungsrichtungen zu trainieren. Ein reines Krafttraining alleine reicht dafür nicht. Es muss sehr spezifisch auf diese sich schnell ändernden maximalen Kräfte hin trainiert werden. Dies kann zum Beispiel durch Übungen auf beweglichen Unterlagen mit und ohne Gewichtsbelastung oder beim Laufen auf einer Slackline trainiert werden.

Die Studie finden Sie unter folgendem Link:

Thea Waldleben, Sportmittelschule Engelberg: Kniebelastungen während des Skifahrens