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Dissertation: Sawas Stafilidis


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Dissertation: Sawas Stafilidis

Institute of Biomechanics and Orthopaedics German Sport University, Cologne

Sprint performance in relation to mechanical properties of the muscle-tendon unit and running track compliance

Approved thesis submitted for the degree PhD in Biomechanics by

Sawas Stafilidis

from Giannitsa / Greece Cologne, 2006

Zusammenfassung: Mit dieser Studie wurde versucht die Mechanismen, welche die Sprintleistung beeinflussen, zu identifizieren. Wir analysierten den Einfluss der mechanischen und morphologischen Eigenschaften des Muskelskelettsystems auf die Sprintleistung und wir dokumentierten die Auswirkung unterschiedlicher Laufbahnen auf Änderungen in der Sprintleistung. Es wurde gezeigt, dass während einer maximalen isometrischen Kontraktion die unvermeidliche Gelenkwinkelrotation die Ergebnisse (Längenänderung der Sehne und Aponeurosis) verfälschen kann und zusätzlich zeigte sich, dass die Dehnung der vastus lateralis (VL) Sehne im Vergleich zur (VL) Aponeurosis keine Unterschiede aufweist. Des Weiteren weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Längenänderung der VL Sehne und Aponeurosis die Sprintleistung positiv beeinflussen kann. Die Resultate zeigen eine größere Längenänderung und Dehnung der VL Sehne und Aponeurosis der schnellen- im Vergleich zu der langsamen Sprintergruppe. Eine größere Längenänderung der VL Sehne und Aponeurosis kann sowohl höhere Verformungsenergie speichern und wiedergeben, sowie auch die Kontraktionsgeschwindigkeit der Muskelfaser positiv beeinflussen. Dies könnte das Kraftpotential der Muskel, anhand der Kraft- Geschwindigkeitsrelation erhöhen. Schließlich zeigten die Resultate, dass die Steifigkeit der Laufbahn (550 bis 5500 kN/m) keinen Einfluss auf ausgewählte kinetische und kinematische Parameter (3D Bodenreaktionskraft, 3D Fuß- und Kniegelenk externes Moment, 3D Fuß- und Kniegelenkwinkel) von Sprintern und weiterhin auf die Sprintleistung hat. Zusätzliche theoretische Überlegungen lassen vermuten, dass der Einsatz noch weicherer (<550 kN/m) Laufbahnen die Sprintleistung positiv beeinflussen könnten. Konkret wurde das für unsere theoretische Ansatz bedeuten, dass die Steifigkeit der Laufbahn um das 2.5 bis 3fache der leg stiffness des Athleten betragen sollte. Somit kann die maximale Energie an den Athleten weiter gegeben und weiterhin die Sprintleistung positiv beeinflusst werden. Diese theoretischen Annahmen müssen experimentell belegt werden.

Abstract: This current work aimed to identify the mechanisms which may influence human sprint performance. Specific we analyzed the influence of the mechanical and morphological properties of the musculoskeletal system on sprint performance and we documented the effect of different surfaces on the sprint performance alteration. We found that during a maximal isometric contraction the inevitable joint rotation can falsify the results (elongation of the tendon and aponeurosis) and additionally the strain of the vastus lateralis (VL) tendon compared to the VL aponeurosis showed no difference. Further, we found that the elongation of the VL tendon and aponeurosis positively influenced sprint performance. The results showed that the fast sprinter group exhibit greater elongation and strain values of the VL tendon and aponeurosis compared to the slow sprinter group. A greater elongation of the VL tendon and aponeurosis can lead to greater strain energy save and recoil and, further, it can positively influence the contraction velocity of the muscle fibres and therefore it may enhanced the force potential of the muscle fibres due to the force-velocity relationship. Finaly, we found that the stiffness of the running surface (550 to 5500 kN/m) has no influence on selected sprint cinematic and cinetic parameters (3D ground reaction force; 3D ankle and knee joint moments, 3D ankle and knee joint angles) of the sprinters and consequently on sprint performance. Additional theoretical considerations indicated that a more compliant running surface (<550 kN/m) may positively influence sprint performance. Specifically it was theoretically showed that the stiffness of the surface may be 2.5-3 times the leg stiffness of the athlete in order to provide the maximum energy to the athlete and furthermore to positive influence the sprint performance. These theoretical considerations needs to be experimental confirmed.

19.08.2017 - 03:16