Determination of risk factors causing overuse injuries in runners. New aspects and critical considerations

Abstract

Introduction The aetiology of overuse injuries (OI) in runners appears to be injury-specific with influences from clinical, biomechanical and training-related risk factors. A wide variety of clinical variables has been measured and analyzed with regard to injury, such as leg length discrepancies, high foot arches, restricted or excessive ranges of joint motion, abnormal alignments of the lower extremity, and so forth. The analysis of kinematic variables, in particular frontal rearfoot motion, has been the most commonly-performed biomechanical OI research approach over the past several decades. Recently, new methods such as “Continuous Relative Phase” (CRP) and “CRP variability” (VCRP) have been presented to evaluate joint coordination patterns. An association between abnormal joint loadings resulting from altered kinematics and subsequent contribution to the development of injury appears reasonable. Additional factors such as muscular imbalances or deficits in muscular strength are also presumed to foster the development of OI. Further, OI are considered to be caused by training errors and therefore could be avoided with different training programs.

Agreement regarding the interrelationships between intrinsic and extrinsic risk factors leading to injury has not been reached. The main reasons for the lack of experimental support are the retrospective designs and inappropriate measurement technologies of previous studies, as well as the constituencies and sizes of previous study populations.

Research questions The first research question is whether VCRP can provide new insights into the coordination patterns of the lower extremity with regard to the development of injury. The second research question focuses on the prospective determination of injury-specific mechanisms of clinical, biomechanical and training-related risk factors for the development of OI in recreational runners. The third research question concerns whether prospective study approaches are required in order to determine biomechanical risk factors causing OI in runners.

Methodology A prospective study was performed to determine multifactorial risk factors in the development of OI in recreational runners. Well-established, reliable measurement techniques and transparent calculation methods were implemented to acquire relevant clinical and biomechanical data. Training was continuously monitored, which enabled the prospective evaluation of individual training programs, and medical examinations were performed to assure absence of injury at intake and to consistently diagnose presenting complaints in the case of injury.

Results Female runners suffering from iliotibial band syndrome (ITBS) do not demonstrate any significant differences in VCRP compared to healthy controls. In the current prospective study, runners generating Achilles tendon pain already demonstrate decreased knee flexor strength and abnormal lower leg kinematics compared with a matched control group in an injury-free state. Additional changes in individual training programs are also found for injured runners prior to the onset of injury. Regarding the necessity of prospective study design, differences between the healthy and injured state cannot be detected for hip, knee and ankle/rearfoot kinematics for the same group of runners.

Discussion and Conclusion VCRP does not appear to be an appropriate method to differentiate between lower leg kinematics of healthy runners and injured runners suffering from ITBS who reveal differences in commonly-used kinematic variables, and consequently is inappropriate to determine kinematic risk factors leading to OI in runners. In contrast, prospective studies can reveal potential injury-specific mechanisms causing Achilles tendon pain. However, if the number of participants can be increased in the future, more detailed and specific information about the interacting mechanisms leading to injury can be determined. However, prospective studies do not appear necessary to determine kinematic risk factors causing OI in runners. Injury-specific analyses of clinical variables and isometric strength measurements need to be performed in order to ultimately determine whether retrospective study designs are sufficient for all future investigations.

Perspective The focus on future studies must be on multi-dimensional approaches analyzing extrinsic and intrinsic risk factors, independent of whether retrospective or prospective study designs are implemented. Consequently, the number of subjects needs to be expanded. This will permit cluster, regression or principal component analyses to be performed, which will allow the determination of evidence-based mechanisms between clinical, biomechanical and training-related risk factors causing OI in runners.

Einleitung Die Ätiologie von Überlastungsbeschwerden (ÜB) bei Läuferinnen und Läufern scheint überlastungsspezifisch von diversen klinischen, biomechanischen und trainingsrelevanten Risikofaktoren beeinflusst zu sein. Zu den klinischen Risikofaktoren gehören unter anderem Unterschiede in Beinlänge und Fußgewölbehöhe, eingeschränkte sowie erhöhte Gelenkbeweglichkeit, veränderte statische Ausrichtung der unteren Extremität und viele mehr. Die Analyse kinematischer Parameter, insbesondere der frontalen Rückfußbewegung, zeigte sich als meist verbreitetster biomechanischer Untersuchungsansatz. Aktuell wurden neue Ansätze wie die „Continuous Relative Phase“ (CRP) und „CRP Variability“ (VCRP) präsentiert, um Koordinationsmuster der unteren Extremität zu untersuchen. Es scheint ebenso eine Verbindung zwischen erhöhter Gelenkbelastung und der Entstehung von ÜB zu geben. Zudem gelten Defizite in der muskulären Kraftfähigkeit sowie muskuläre Dysbalancen als weitere Einflussfaktoren. Zuletzt scheinen ÜB auch durch Fehler in der Trainingsgestaltung ausgelöst zu werden und können somit durch verändertes Trainingsverhalten vermieden werden.

Einigkeit über den Einfluss intrinsischer und extrinsischer Risikofaktoren auf die Entstehung von ÜB besteht allerdings nicht. Das zumeist retrospektive Studiendesign, die inadäquaten Messverfahren vergangener Studien sowie deren untersuchte Studienpopulationen sind als Hauptgründe für das Fehlen evidenzbasierter Studienergebnisse zu nennen.

Fragestellungen Die erste Fragestellung untersucht, ob VCRP neue Einblicke in die Koordinationsmuster der unteren Extremität hinsichtlich der Entstehung von ÜB bei Läuferinnen liefern kann. Die zweite Fragestellung bezieht sich auf die prospektive Bestimmung überlastungsspezifischer Mechanismen aus klinischen, biomechanischen und trainingsrelevanten Risikofaktoren. Zuletzt wird die Notwendigkeit prospektiver Studienansätze zur Definition von biomechanischen Risikofaktoren für ÜB bei Läuferinnen und Läufern hinterfragt.

Methode Eine prospektive Studie wurde unter Verwendung von etablierten und reliablen Messverfahren sowie transparenten Berechnungsmethoden durchgeführt, um relevante klinische sowie biomechanische Daten zu erheben. Medizinisch orthopädische Untersuchungen dienen der Sicherung der Beschwerdefreiheit zu Beginn einer Teilnahme sowie der Diagnose im Falle einer auftretenden akuten ÜB. Kontinuierliche Trainingsüberwachung ermöglicht zudem die Auswertung individueller Trainingsprogramme.

Ergebnisse Es zeigen sich keine signifikanten Unterschiede in VCRP zwischen Läuferinnen, die an Iliotibialem Bandsyndrom (ITBS) leiden und beschwerdefreien Läuferinnen. Die aktuelle Längsschnittstudie zeigt hingegen, dass Läuferinnen und Läufer, die Achillessehnenbeschwerden generieren, verglichen mit einer gesunden Kontrollgruppe, bereits in einem beschwerdefreien Zustand schwächere Kniebeugemuskulatur und veränderte Kinematik der unteren Extremität aufweisen. Zudem können Modifikationen in der individuellen Trainingsgestaltung kurz vor der Entstehung einer ÜB nachgewiesen werden. In Bezug auf die Notwendigkeit prospektiver Studienansätze können keine Unterschiede zwischen beschwerdefreiem und verletztem Zustand in der Hüft-, Knie- und Sprunggelenk-/Rückfußkinematik für die gleiche Gruppe von Läuferinnen und Läufern festgestellt werden.

Diskussion und Schlussfolgerung VCRP erscheint zur Differenzierung von Koordinationsmustern der unteren Extremität zwischen beschwerdefreien Läuferinnen und Läuferinnen mit ITBS, die bereits Unterschiede in herkömmlichen kinematischen Parametern aufweisen, und somit zur Bestimmung kinematischer Risikofaktoren nicht geeignet zu sein. Hingegen können prospektive Studien potentielle überlastungsspezifische Mechanismen, die zur Entstehung von Achillessehnenproblemen führen, aufzeigen. Sollte die Anzahl der Teilnehmer im Laufe der kommenden Jahre erhöht werden, können detaillierte überlastungsspezifische Entstehungsmechanismen definiert werden. Allerdings scheint die Durchführung prospektiver Studien zur Bestimmung kinematischer Risikofaktoren von ÜB bei Läuferinnen und Läufern nicht erforderlich zu sein. Überlastungsspezifische Analysen klinischer Parameter sowie isometrischer Maximalkraftmessungen müssen in Bezug auf die Notwendigkeit von prospektiven Studien noch durchgeführt werden, um final entscheiden zu können, ob retrospektive Studienansätze für zukünftige Anwendungen ausreichen.

Ausblick Der Fokus zukünftiger Studien muss, unabhängig des retrospektiven oder prospektiven Studienansatzes, auf der multifaktoriellen Analyse von extrinsischen und intrinsischen Risikofaktoren liegen. Zudem muss die Anzahl der Studienteilnehmer erhöht werden. So können Cluster-, Regressions- oder „Principal Component“-Analysen durchführt werden, die eine Bestimmung evidenzbasierter Mechanismen aus klinischen, biomechanischen und trainingsspezifischen Risikofaktoren für ÜB bei Läuferinnen und Läufern ermöglichen.