Laufen ist ein Zweikörperproblem, bei dem die Kräfte bei der Landung mit den Kräften des Vortriebs koordiniert werden, um einen Schritt zu erzeugen. Wenn man die Schuhe hinzunimmt, ist das wie ein dritter Körper, denn ein Schuh drückt passiv zusammen, anstatt mit Muskeln und Gelenken Kraft zu erzeugen. Das Problem der drei Körper zu lösen, ist das Ziel der Laufschuhforschung. Die Lösung besteht darin, zu wissen, wie die Kräfte bei der Landung und beim Abstoß durch die verschiedenen Teile des Fußes fließen. Erst dann kann man mit dem dritten Körper arbeiten: den Schuhen. Aber mit welchem Effekt? Bei Vimazi besteht die Wirkung der Schuhe darin, die Belastung, die Ermüdung und das Verletzungsrisiko für Ihre Gelenke, Muskeln und Ihr Bindegewebe zu verringern.

Was Sie jetzt lesen werden, ist noch nie zuvor veröffentlicht worden, denn wir sind die Ersten, die es präsentieren. Um es ganz offen zu sagen: Kein Forscher der Biomechanik oder Humanphysiologie ist bisher auch nur annähernd in der Lage gewesen, die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge zu verstehen, die unser Gehen und Laufen bestimmen. Die Kräfte unter dem gesamten Fuß werden seit Jahrzehnten mit Kraftmessplatten gemessen. Was nicht gemessen oder speziell bestimmt wurde, ist der Anteil der Gesamtkraft, der zu jedem Zeitpunkt auf die Ferse und nicht auf den Vorfuß entfällt. Dies ist eine wichtige Information, denn sie bestimmt, wie alle Ihre Gelenke und Gewebe betroffen sind. Bei Vimazi haben wir herausgefunden, wie man die Fersenkräfte im Vergleich zu den Vorfußkräften messen kann, und einige dieser Daten werden im Folgenden vorgestellt. Vor allem aber haben wir herausgefunden, wie der Körper diese Kräfte erzeugt. Das ist eine große Sache, denn so können wir die Kräfte für jede Situation bestimmen, z. B. Fersenauftritt gegenüber Vorfußauftritt, bergauf gegenüber bergab und für jede Steigung, hohe Trittfrequenz gegenüber langsamer Trittfrequenz oder schnelles Tempo gegenüber langsamem Tempo. Wir müssen all diese verschiedenen Szenarien nicht messen, sondern wir können sie mithilfe der Physik vorhersagen.

Wir können die Unterschiede in der Laufform sehr fein aufschlüsseln und werden die Unterschiede zwischen Fersenauftritt und Vorfußauftritt darstellen. Das Verständnis beginnt jedoch mit dem Unterschied zwischen Gehen und Laufen, denn die Kräfte unterscheiden sich dramatisch. Das Wichtigste, was Sie aus diesem Artikel mitnehmen können, ist, wie die Fersenkräfte im Vergleich zu den Vorfußkräften in Bezug auf das Körpergewicht wirken. Solange wir wissen, wie diese Kräfte im Vergleich zueinander wirken und was die Ursachen für die Veränderungen sind, können wir Schuhe so entwickeln, dass sie die gewünschte Wirkung erzielen.

Das Kraftmuster zwischen Ferse und Vorfuß beim Gehen in der Ebene ist in Abb. 1 dargestellt. Das Gesamtkraftmuster ist die Summe aus Fersen- und Vorfußkraft, aber man kann deutlich sehen, dass die Spitzenkraft im Vorfußbereich größer ist als die Spitzenkraft im Fersenbereich. Sie können auch sehen, dass die Gesamtkraft etwa 1 Körpergewicht (BW) beträgt. Natürlich können Sie die Gesamtkraft über 1 BW um 1 - 10 % erhöhen, wenn Sie einen hohen Schritt machen oder bergauf oder bergab gehen, aber Sie können nicht unter 1 BW sinken (es sei denn, etwas hebt Sie hoch!). Das folgende Diagramm wird als vertikale Bodenreaktionskraft (vGRF) bezeichnet und zeigt, wie sich die Kräfte während eines Schritts verändern, und zwar von dem Moment an, in dem Sie auf einen Fuß treten, bis dieser vom Boden abgehoben wird und Ihr anderer Fuß das Gewicht übernimmt. Beachten Sie, dass die Spitzenkraft des Vorfußes etwa 35 % größer ist als die Spitzenkraft der Ferse.

Abb. 1. Gehender vGRF. Ferse und Vorfuß separat und in Überlagerung dargestellt.

Vergleichen wir dies nun mit dem Laufen auf ebenem Gelände. Wir beginnen mit der Darstellung eines durchschnittlichen Fersenaufschlags. Ein durchschnittlicher Fersenauftritt bedeutet, dass die Zeit zwischen dem Aufsetzen der Ferse und dem Absetzen des Vorfußes in der Mitte des Bereichs liegt (0 - 0,03 s), wobei 0 Differenz einen "Mittelfußauftritt" bedeutet. Abb. 2 zeigt einen Fersenauftritt von 0,02 s.

Abb. 2 Run vGRF mit Fersen- und Vorfußaufprallkraft, getrennt vom Vortrieb. Der "Gesamtfuß" wird mit einer Kraftmessplatte gemessen und umfasst sowohl Aufprall- als auch Vortriebskräfte.

Das ist das Wichtigste, was man mitnehmen kann:

Die Gesamtspitzenkraft liegt bei etwa 3 BW und damit deutlich höher als beim Gehen.
Der Spitzenwert der Vorfußkraft (durchgehend rot) ist doppelt so hoch wie der Spitzenwert der Fersenkraft (dunkelblau).
Beim Fersenauftritt ist der Spitzenwert der Fersenkraft (dunkelblau) höher als die Aufprallkraft im Vorfußbereich (rot gestrichelt).

Das alles sollte einleuchtend sein, auch wenn es überraschend sein mag, dass die Schubkraft so viel größer ist als der Fersenauftritt. Unser Gehirn ist nicht gut darin, den Unterschied zu erkennen. Die tatsächliche Kraftverteilung ist für das Schuhdesign von großer Bedeutung, da die Dämpfung des Aufprallschocks und die Stabilisierung der Vortriebskraft unterschiedliche Dichten erfordern. Wir werden uns gleich mit dem Schuhdesign befassen. Doch zunächst müssen wir uns die Kräfte beim Vorfußauftritt ansehen. Beachten Sie, dass es hier nicht um den Sprint geht, bei dem die Ferse nie den Boden berührt. Hier geht es darum, zuerst auf dem Vorfuß zu landen und die Ferse auf natürliche Weise den Boden berühren zu lassen.

Abb. 3 Laufen Sie vGRF mit einem Vorfußauftritt. Beachten Sie, dass der Vorfußauftritt (rot gepunktet) höher ist als der Fersenauftritt (durchgehend blau). Trittfrequenz und Geschwindigkeit (Schrittlänge) sind die gleichen wie in Abb. 2.

Vergleichen Sie die Abbildungen 2 und 3 und beachten Sie, dass der Vorfuß in Abb. 3 0,02 s vor der Ferse auftritt (dies ist die Definition des Vorfußauftretens). Das Ergebnis sind zwei Dinge:

Die Gesamtenergie des Aufpralls wird gleichmäßiger über die Zeit verteilt, so dass die Spitzenwerte niedriger sind. Dies liegt daran, dass ein Teil der Aufprallenergie in den Wadenmuskeln, die die Ferse auf den Boden absenken, in Wärme umgewandelt wird, was in den Gleichungen ausdrücklich angegeben ist.
Die maximale Fersenkraft ist geringer als beim Fersenauftritt, aber immer noch vorhanden.

Das Muster des Vorfußauftretens sollte ebenfalls einleuchtend sein und erklärt gut, warum Barfußläufer es vorziehen, mit dem Vorfuß aufzutreten. Es gibt Unterschiede in den horizontalen Kräften zwischen einem Vorfußauftritt und einem Fersenauftritt (bei gleicher Trittfrequenz und Schrittlänge), aber darauf gehen wir hier nicht ein, denn wir wollen uns auf das konzentrieren, was für das Schuhdesign wichtig ist.

Beim Vorfußauftritt wird die Ferse noch weniger belastet, aber wir wollen den Fersenaufprall im Schuh trotzdem absorbieren. Die Physik ist dieselbe wie beim Fersenauftritt: Wenn der Schaumstoff komprimiert wird, absorbiert er den Aufprallschock (technisch gesehen die kinetische Energie). Je weicher der Schaumstoff bei einer bestimmten Kraft ist, desto stärker wird er komprimiert. Gesunder Menschenverstand. Wenn Sie also eine Kompression mit weniger Kraft wünschen, brauchen Sie einen weicheren Schaumstoff. Der Punkt ist, dass sich das Design des Schuhs nicht ändert, wenn man vom Fersenauftritt zum Vorfußauftritt wechselt; man braucht immer noch einen viel weicheren Fersenschaum als Vorfußschaum.

Wie versprochen, finden Sie hier einige Daten von Barfußlaufversuchen, bei denen wir die Fersen- und Vorfußkraft mit einem speziellen Instrument gemessen haben, das die verschiedenen Teile des Fußes trennt (Tekscan). Zur Unterscheidung zwischen Fersenauftritt und Vorfußauftritt werden die Fußbilder und die Spuren des Kraftzentrums gezeigt. Eine Kraftmessplatte kann nicht zwischen Aufprall und Abstoß unterscheiden, da sie sich überschneiden. Diese Daten (Diagramme) zeigen deutlich, was Vorfuß- und was Fersenauftritt ist, und das ist es, was für das Schuhdesign wichtig ist.

Abb. 4. Tekscan-Aufnahmen von Fersen- und Vorfußlaufmustern.

Abb. 5 Gemessene vGRF der Fersen- und Vorfußauftrittmuster entsprechend Abb. 4. HS-Auftritt von 0,010 s, FF-Auftritt von 0,015 s. Man beachte, dass die Bodenkontaktzeit beim Fersenauftritt länger ist als beim Vorfußauftritt, was zu einer geringeren Spitzenkraft beim Aufprall und Vortrieb führt.

Stoßdämpfung versus Pronation

Die hier vorgestellte Theorie und die Daten beziehen sich auf vertikale Bewegungen. Ein vollständiges Bild ergibt sich jedoch auch aus den Bewegungen von Seite zu Seite. Wie die meisten Läuferinnen und Läufer wissen, beugen sich Knöchel und Fuß während eines normalen Schritts nach vorne, und zusätzlich zur Beugung nach vorne beugt sich das Knöchelgelenk nach innen (Eversion genannt), damit der Fuß flach auf dem Boden aufliegt und direkter unter dem Körper ausgerichtet werden kann. Die Eversion ist einfach die notwendige Beugung des Sprunggelenks, damit das Bein von der Hüfte zur Mittellinie hin abgewinkelt werden kann. Ohne Eversion müssten Sie auf der Außenkante Ihres Fußes laufen und gehen. Das Sprunggelenk hat sich so entwickelt, dass es diesen Bewegungsspielraum hat und gleichzeitig stark und stabil ist. Wenn wir diesen natürlichen Bewegungsspielraum jedoch zu oft und zu weit ausreizen, können wir Probleme wie Verletzungen verursachen.

Ein weiterer anatomischer Aspekt ist für diese Diskussion von wesentlicher Bedeutung: die große Zehe. Der Mittelfußknochen und die Zehenglieder des großen Zehs sind groß, weil wir die meiste Kraft beim Abstoßen durch sie leiten. Das bedeutet, dass die auf den Schuh wirkende Kraft asymmetrisch ist und mehr auf der medialen Seite als auf der lateralen Seite liegt. Wenn Sie den Schuhschaum ungleichmäßig zusammendrücken, neigen Sie den Fuß nach innen. Da dies in dieselbe Richtung wie die Knöchelumdrehung geht, erhöht ein kippender Schuh die Umdrehung und wir sagen, dass der Fuß überproniert ist.

Die Herausforderung bei der Entwicklung von Laufschuhen besteht darin, die Zwischensohle so zu gestalten, dass die Tendenz zur Überpronation bei weichen Schaumstoffen minimiert wird. Ein dicker, federnder Schaumstoff im Vorfußbereich neigt zu einer Überpronation. Ein festerer Schaumstoff im Vorfußbereich kann jedoch ausreichend komprimiert werden, um den Aufprall zu absorbieren, ohne dass er so stark komprimiert wird, dass er bei vollem Vortrieb kippt. Puh! Aber wir sind noch nicht fertig! Das Drei-Körper-Problem stellt uns vor eine weitere Herausforderung: Das Gleichgewicht der Dichten zwischen Ferse und Vorfuß sollte nicht zulassen, dass die Ferse unter die Horizontale fällt (Fersennegativ) und die Achillesferse und die Plantarfaszie zusätzlich dehnt und belastet.

Eine neue Art von Dual-Density

Die Lösung, die wir erfunden haben, kehrt die Denk- und Herstellungsweise von Laufschuhen aus 60 Jahren um. Anstatt zu versuchen, die natürliche Pronation in der Ferse zu minimieren, indem wir ein Material mit höherer Dichte entlang der medialen Seite anbringen (was letztendlich die Stoßdämpfung minimiert), machen wir die Fersendichte niedrig genug, damit sie unter den relativ geringeren Kräften komprimiert wird. Und anstatt den Vorfuß weich und stark komprimierbar zu machen, was zu einer Kippung nach innen führt und eine Überpronation verursacht, machen wir den Vorfuß fester, so dass er sich nicht so stark zur Seite neigt. Dieses Design und Denken unterscheidet sich um 180 Grad vom Rest der Schuhindustrie. Das gilt auch für die Schuhe mit einfacher Dichte, denn sie sind entweder zu hart in der Ferse oder zu weich im Vorfußbereich.

Eine dritte Überlegung, die ebenso wichtig ist wie die beiden anderen, ist die Ausgewogenheit zwischen der Fersendichte und der Vorfußdichte, damit die Ferse beim Mittelfußauftritt nicht negativ wird. Auch dafür können wir sorgen, indem wir die Vorfuß- und Fersendichte je nach Tempo anpassen. Das funktioniert folgendermaßen:

Je schneller Sie laufen oder je höher Ihr Gewicht ist, desto mehr Kraft wirkt auf den Vorfuß. Je mehr Kraft auf den Vorfuß wirkt, desto mehr kippt er.
Je schneller Sie laufen oder je höher Ihr Gewicht ist, desto größer ist die Aufprallkraft und desto stärker wird der Fersenschaum komprimiert.
Um die Fersenkompression zu maximieren, um mehr Stöße zu absorbieren, aber nicht negativ zu werden, und gleichzeitig die Neigung des Vorfußes zu minimieren, muss sich das Gleichgewicht der Vorfuß- und Fersendichte bei Gewichts- oder Geschwindigkeitsänderungen gemeinsam verschieben. Wir nennen dies "Tuning".

Vimazi tech ist eine Zwischensohle mit doppelter Dichte, bei der das Verhältnis der Dichten zwischen Vorfuß und Ferse dem entspricht, was der Körper erzeugt. Gerade weich genug in der Ferse, um die Absorption zu maximieren; gerade fest genug im Vorfußbereich, um eine Überpronation zu minimieren. Der Vorteil ist eine geringere Belastung und eine bessere Gesundheit. Das Geheimnis liegt in der Mathematik und Physik, um die Kräfte in der Ferse getrennt vom Vorfuß zu berechnen, zusätzlich zu den Gesamtkräften auf den ganzen Fuß.

Wenn Sie sich fragen, wie ein Superfoam-Schuh ohne eine Tendenz zur Überpronation auskommen kann, dann ist das nicht möglich. Ein High-Stack-Superschaum hat eine viel größere Tendenz zur Überpronation als andere Schuhe, unabhängig von anderen strukturellen Elementen wie Platten. Konstant gutes Training und langfristige Gesundheit erfordern eine gute Schuhkonstruktion, und genau das liefert Vimazi.