Bikefitting und Wissenschaft? Eine Übersicht
Ein Gastbeitrag von Jeroen Swart und Wendy Holliday (Science 2 Sport, Südafrika)
Bikefitting oder Fahrradbiomechanik ist, mit Bezug auf wissenschaftliche Forschung und die Methoden betrachtet, ein sich schnell entwickelnder Bereich mit einer ständig wachsenden Anzahl von Arbeitsmitteln, die den Fittern zur Verfügung stehen. Trotz deren weiten Verbreitung ist die Genauigkeit und Wirksamkeit (liefern sie das, was behauptet wird) nur von weniger als 15 % der verfügbaren Instrumente wissenschaftlich belegt. Daher ist es wichtig, eine Reihe von Konzepten genauer anzuschauen und mit einigen Missverständnissen bezüglich Bikefitting im Allgemeinen auszuräumen.
Pre-Fit-Beurteilung
Ein gutes Bikefitting beginnt mit einer Einschätzung des Radfahrers. Wie detailliert diese Beurteilung ausfällt, hängt vom gewünschten Bikefitting ab (detailliertere Einschätzungen dauern länger und kosten natürlich mehr) sowie vom Fachwissen des Fitters ab. In vielen Fällen ist dieser medizinisch ausgebildet, z. B. ein Physiotherapeut, Biokinetiker oder Sportmediziner. Ein solcher Fitter ist die richtige Wahl, wenn der Radfahrer Verletzungen vermeiden oder Erkenntnisse über mögliche Ursachen einer bestehenden Verletzung gewinnen will. Dies ist wichtig, da einige Probleme möglicherweise gar nicht mit dem Fahrrad zusammenhängen, sondern vielmehr eine Manifestation von „intrinsischen Faktoren“ des Radfahrers sind. Während dieses Einschätzungsprozesses werden auch verschiedene Messungen durchgeführt. Dazu gehören Statur, Beinlänge, Armlänge und andere Untersuchungen wie Kniesehnen- und Wirbelsäulenflexibilitätstests. Sie alle sind notwendig, damit der Fitter abschätzen kann, welche Endposition der Radfahrer voraussichtlich einnehmen kann.
Vorausschauende Anpassung
Bevor Sie den Radfahrer bitten, auf das Fahrrad zu steigen, gibt es zwei wichtige Schritte im Bikefitting, die nicht ausgelassen werden sollten.
Der erste ist eine vorherige Abschätzung der optimalen Anpassung. Warum sie wichtig ist, ist den meisten, die ein Bikefitting machen möchten, nicht gleich klar.
Ein wichtiger Ausgangspunkt ist, dass das Fitting mit der richtigen Rahmengröße ausgeführt wird. Das ist schwieriger umzusetzen, als es scheint. Die meisten Fahrradhersteller bauen ihre Rahmen lediglich mit Hinblick auf die Statur (Körpergröße) des Fahrers und empfehlen darauf aufbauend spezifische Rahmengrößen. Dabei werden jedoch zwei sehr wichtige Aspekte außer Acht gelassen. Einer davon ist das Verhältnis von Beinlänge, Rumpflänge und Armlänge. Der zweite ist die Flexibilität. Nimmt man zwei Fahrer mit genau der gleichen Statur, kann der eine sehr lange Beine und einen sehr kurzen Oberkörper haben, beim anderen kann das Gegenteil der Fall sein und er einen sehr langen Oberkörper sowie kurze Beine und Arme haben. Beide brauchen eventuell Rahmen, die sich um bis zu zwei Größen unterscheiden. Der Fahrer mit langen Beinen und kurzem Oberkörper wird wahrscheinlich eine kleinere Rahmengröße benötigen, da der Abstand zum Lenker (der sich aus Rahmengröße und Vorbaulänge ergibt) kürzer sein muss. Das Gegenteil gilt für den Fahrer mit kurzen Beinen und einem langen Oberkörper. Er braucht eine größere Rahmengröße.
Der nächste wichtige Faktor ist die Flexibilität. Schauen wir uns noch einmal zwei Fahrer an, diesmal jedoch mit identischen Arm- und Beinlängen. Einer ist jedoch sehr flexibel und andere extrem steif. Bei Letzterem ist eventuell die Flexibilität der Kniesehne und der Wirbelsäule reduziert. In diesem Fall wären eine geringere Sattelhöhe und eine kürzere Rahmenlänge sowie ein geringerer Lenkerabstand erforderlich. Solche Anforderungen sind aus einer einfachen Vermessung der Statur nicht ersichtlich, das kann dazu führen, dass jemand die falsche Rahmengröße kauft.
Ohne einen vorgegebenen „Werkzeugkasten“ an Parametern ist es nicht möglich, die richtige Rahmengröße mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Eine falsche Rahmengröße kann manipuliert werden, um den Eindruck zu erwecken, dass das Fahrrad passt, aber das wird sich auf die Fahreigenschaften auswirken und zu sub-optimalem Muskelansprechverhalten führen.
So kann beispielsweise ein zu großer Rahmen durch Verkürzen des Vorbaus oder Reduzieren des Sattelversatzes an den Fahrer angepasst werden. Dies führt jedoch zu einem verringerten Schwerpunkt über dem Vorderrad, woraufhin das Fahrrad untersteuern und das Vorderrad in scharfen Kurven oder bei Nässe wegrutschen kann. Bei einer Radanpassung durch Verändern des Sattelversatzes wird der Quadrizeps unter Umständen übermäßig beansprucht, wodurch er frühzeitig ermüden kann. So oder so, das richtige Verhältnis zwischen Rahmengröße, Vorbaulänge und Sattelversatz vor dem Fitting zu ermitteln, ermöglicht es dem Fitter, diese Makroeinstellungen schnell und zeitsparend durchzuführen, so dass mehr Zeit für die Feineinstellung zur Optimierung des Bikefittings bleibt.
Durch die Einschätzung vor dem Fitting erhält der Bikefitter auch eine ganze Reihe an Informationen, die bei der Bestimmung der korrekten Sattelhöhe, des richtigen Sattelversatzes, des Lenkerabstands und der passenden Überhöhung hilfreich sind. Mit viel Erfahrung kann ein guter Fitter ziemlich genau die richtige Rahmengröße und die genannten Parameter einschätzen, bevor er prüft, ob das Fitting stimmt. Es ist jedoch auch möglich, mit den falschen Messverhältnissen noch immer eine einigermaßen komfortable Position umzusetzen, was der Radfahrer nicht merken würde. Ein Beispiel dafür wäre, den Sattel höher zu stellen, als es ideal wäre, und dafür den Sattelversatz zu reduzieren. Die effektive Sattelhöhe wäre die gleiche und die Kniebeugewinkel wären ähnlich. Die eher nach vorn orientierte Position würde jedoch den Quadrizeps überbeanspruchen, der Schwerpunkt wäre bei dieser Einstellung zu weit vorn. Ebenso würden eine zu große Überhöhung und zu wenig Lenkerabstand zu einer ähnlichen Rumpfposition führen, die Lendenwirbel würden aber zu stark gebeugt, was Schmerzen im unteren Rückenbereich wahrscheinlicher machen würde. Ein Beispiel dafür ist untenstehend zu sehen.
Da es zahlreiche Faktoren gibt, die diesen Entscheidungsprozess beeinflussen (wie an genannten Beispielen zu sehen), macht eine computergestützte Analyse der optimalen Anpassung diesen Prozess wesentlich einfacher, genauer und schneller.
Derzeit gibt es nur ein System, mit dem dies möglich ist und mittels dessen sich die Länge der Gliedmaßen, die Statur sowie andere Faktoren wie Flexibilität, Fahrraderfahrung und andere Punkte bei der Einschätzung der optimalen Sitzposition und Anpassung ermitteln lassen: Das ErgoFIT-System von Science to Sports.
Dieses System arbeitet mit Daten von über 4.500 erfolgreichen Labor-Fittings und bedient sich mehrerer intrinsischer Faktoren, um die optimale Position mit hoher Genauigkeit vorherzusagen. Dadurch kann der Fitter eine sehr gute Position bereits einstellen, bevor es daran geht, selbige mit ausgefeilteren Technologien feinzuschleifen.
Objektive Messung der Fahrradparameter
Der zweite wichtige Schritt, bevor der Fahrer gebeten wird, sich auf das Fahrrad zu setzen, ist die genaue Messung der aktuellen Fahrradeinstellung. Dadurch kann der Bikefitter den Status quo erfassen, so dass Änderungen nach Abschluss der des Fittings als Referenz gegenübergestellt werden können. Manchmal kann es auch notwendig sein, eine bestimmte Änderung rückgängig zu machen – und ohne die Aufzeichnung der ursprünglichen Einstellung geht das nicht.
Es ist auch sehr wichtig, die Fahrradparameter genau zu messen. Viele Bikefittings werden ohne objektive Messungen durchgeführt. Um selbige vorzunehmen, ist ein universeller Referenzpunkt erforderlich. Der einfachste Punkt sind die Kurbelachse oder das Tretlager. Alle Messungen sollten sich daher auf ihre Position relativ zur Kurbelachse beziehen. Ein Beispiel für eine nicht objektive Messung ist die Abstandsbestimmung von der Sattelspitze bis zum Lenker.
In den folgenden Diagrammen sind zwei Möglichkeiten zur Durchführung objektiver Messungen dargestellt. Die erste arbeitet mit einer Reihe von traditionellen Messungen, zusammen mit einer Linie entlang des Sitzrohrs. Durch die Einführung von 29er-Mountainbikes, Aero-Bikes und anderer Fortschritte in der Fahrradkonstruktion entwickeln viele Hersteller jedoch keine Fahrräder mehr, deren Sitzrohre in einem Winkel von 73-74 Grad stehen. Dies macht es unmöglich, traditionelle Messungen ohne den Einsatz einer mechanischen Vorrichtung oder einer Laserreferenzlinie durchzuführen. Daher plädieren wir für einen Wechsel zu einer sehr einfachen X-Y-Referenz für alle Fahrradparameter. Einige Hersteller wie Open Bikes haben bereits damit begonnen, die Rahmengröße auf diese Weise anzugeben, und nicht mehr traditionell, mit der Messung der horizontalen Oberrohrlänge. Im Laufe der Zeit hoffen wir, dass alle Bikefitter auf dieses objektivere und genauere Messsystem umsteigen, das mit einem einfachen, selbstnivellierenden Kreuzlaser arbeitet, der in den meisten Baumärkten erhältlich ist.
Bewertung der Sitzposition
Erst jetzt ist es an der Zeit, den Fahrer zu bitten, aufs Rad zu steigen und zu beurteilen, ob die Sitzposition optimal ist.
Es gibt viele Möglichkeiten und Hilfsmittel, um die optimale Sitzposition zu beurteilen. Alle haben Vorteile und Einschränkungen und der Bikefitter sollte idealerweise eine Vielzahl von Bewertungen vornehmen und auch überprüfen, ob diese übereinstimmen, bevor er Änderungen an der Fahrradeinstellung vornimmt.
Statische vs. dynamische kinematische Bewertung
Irrtümlicherweise wird oft angenommen, dass einfache Goniometer oder digitale Neigungssensoren zur Beurteilung der Sitzposition des Radfahrers im Stillstand und nicht beim Treten (statische Kinematik) den teureren und komplexeren Technologien wie der dynamischen 3D-Kinematik oder der 2D-Kinematik (Verwendung von Infrarot-Markern oder einer Kamera zur Verfolgung von Bewegungen beim Treten) etwas unterlegen sind. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass alle diese Methoden ein ähnliches Maß an Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Validität aufweisen (sie messen, was sie messen sollen)1. Der Einsatz statischer 2D-Kinematik, insbesondere zur Einstellung der Sattelhöhe, kann (bei Verwendung der Holmes-Methode*) reproduzierbarer sein als dynamische Kinematik. Denn dynamische Messungen (Bewertung beim Treten) unterscheiden sich je nach Leistung des Radfahrers und müssen daher mit einem bestimmten Prozentsatz der maximalen Herzfrequenz oder Leistung2 bewertet werden. Dadurch können diese Messungen weniger zuverlässig werden, wenn der Bikefitter während der Analyse die Ausgangsleistung nicht kontrolliert. So bewegt sich beispielsweise beim dynamischen Pedalieren das Sprunggelenk zunächst in eine Position mit stärkerer Plantar-Flexion am unteren Totpunkt des Tretzyklus‘. Aufgrund der festen Kontaktpunkte führt dies zu einer stärkeren Flexion des Kniegelenks als der nach der Holmes-Methode empfohlenen Range von 25˚-35˚. Die Änderung des Kniebeugewinkels liegt im Bereich von 8˚. Mit zunehmender Intensität von über 80% der Spitzenleistung überfordert die vom Hüft- und Kniestreckmuskel auf das Pedal ausgeübte Kraft jedoch die mögliche Plantarflexion im Knöchelbereich und das Gelenk bewegt sich in die Dorsalflexion – mit einer daraus resultierenden Verringerung des Kniebeugewinkels von ca. 3˚.2
Darüber hinaus scheint es eine progressive Verringerung des Kniebeugewinkels mit zunehmender Erfahrung im Radfahren und mit einer erhöhten Beteiligung zu geben. Dies wurde nicht formell untersucht, aber ein Vergleich der dynamischen Kniebeugung reicht von Studien von Baily et al3 (Freizeitradler) über Bini4 (Wettkampfradler) bis hin zu Garcia Lopez et al5 (Amateur- und Profiradler). Sie alle deuten darauf hin, dass der dynamische Kniebeugewinkel mit zunehmender (Wettkampf)Erfahrung abnimmt.
Eine grobe Annäherung an diese Daten ist im Folgenden dargestellt.
Leider gibt es auch nur sehr begrenzte Forschungsergebnisse, um die Interpretation dynamischer Ganzkörpermessungen wie 2D-Videokinematik oder 3D-Kinematik zu unterstützen. Diese Technologien sind jedoch sehr vielversprechend, insbesondere neuere Systeme, die genügend Marker verwenden, um Hüft- und Schulterpositionen optimal zu erkennen und die in der Lage sind, Analysen ohne viel Zeitaufwand für die Datenverarbeitung durchzuführen. Bikefitter sollten sich der Grenzen dynamischer Systeme bewusst sein, die aufgrund der begrenzten Anzahl von Markern Hüft- und Schulterwinkel nicht genau messen. Ein Beispiel wird in der folgenden Abbildung gezeigt. Ohne Marker an der Wirbelsäule ist es nicht möglich, Hüftwinkel, Lendenflexion, Brustflexion oder Schulterwinkel genau zu messen. Diese Systeme sollten nicht für die kinematische Beurteilung von Gelenkwinkeln der Hüfte oder Schulter verwendet werden.
Die dynamische Ganzkörperkinematik kann zur Beurteilung der Stabilität und Bewegungsqualität eingesetzt werden. Dies sind jedoch subjektive Messungen, die weder leicht zu quantifizieren sind noch durch bestehende wissenschaftliche Untersuchungen gestützt werden können. Eine Ausnahme stellt die Verwendung der Kinematik zur Beurteilung der Bewegung der unteren Extremitäten in der Frontalebene bei der Beurteilung der medio-lateralen Abweichung6:7 dar. Diese Bewertungen können in Verbindung mit einer Druckpunktmessung in den Schuhen des Radfahrers verwendet werden, um das Gleichgewicht zwischen Stabilität und Druck auf die Fußsohle zu steuern.
Satteldruckmessung
Von allen dynamischen Bewertungen liefert die Satteldruckmessung die praktisch relevantesten und aussagekräftigsten Daten. Dies mag kontraintuitiv erscheinen, aber die Messung des Satteldrucks liefert eine Fülle von Informationen über das Druckzentrum des Fahrers sowie die Stabilität. Die Erfassung dieser Daten ist schnell, einfach und leicht verständlich. Diese Variablen liefern Feedback, das die Sattelhöhe, den Sattelversatz und den Lenkerabstand indirekt, aber reproduzierbar, beeinflusst.
Bewertung der Pedalkraft
Neuere Modalitäten wie die Beurteilung der Pedalkraftvektoren sind vielversprechende zusätzliche Werkzeuge, die nützliche Informationen über die Effektivität der Pedalbewegung, über deren Symmetrie und Stabilität liefern können. Diese Tools liefern eine Fülle von Daten. Die Interpretation der verschiedenen Variablen sowie ihre Validität, Genauigkeit und Zuverlässigkeit sind jedoch noch zu bewerten. Dies schränkt derzeit ihren Anwendungsbereich im praktischen klinischen Bikefitting ein.
Finalisierung des Bikefittings
Nach der Optimierung und Feinabstimmung der Fahrradeinstellung sollte der Fitter das Fahrrad neu vermessen, um die endgültige Position genau zu dokumentieren. Nach jedem Bikefitting sollte es einen Bericht geben, der dem Radfahrer eindeutig aufzeigt, was verändert wurde und der die Radposition genau und objektiv dokumentiert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es zahlreiche Systeme und Werkzeuge gibt, um ein Bikefitting durchzuführen. Der Fitter sollte mehrere unabhängige Tools verwenden, da jedes Hilfsmittel oder System Einschränkungen hat. Der Prozess des Bikefittings sollte die Vormontage, die vorherige Einschätzung der optimalen Einstellung, die genaue Vermessung des Fahrrads vor tatsächlichen Anpassungen, den Einsatz mehrerer Hilfsmittel zur Einstellung und Optimierung der Sitzhaltung und eine abschließende Messung der optimierten Position beinhalten.
1. Holliday, W., J. Fisher, R. Theo and J. Swart (2017). „Static versus dynamic kinematics in cyclists: A comparison of goniometer, inclinometer and 3D motion capture.“ Eur J Sport Sci 17(9): 1129-1142
2. Holliday, W., J. Fisher, R. Theo and J. Swart (2018). “ Cycling: Joint kinematics and muscle activity during differing intensities “ In review.
3. Bailey, M. P., F. J. Maillardet and N. Messenger (2003). „Kinematics of cycling in relation to anterior knee pain and patellar tendinitis.“ J Sports Sci 21(8): 649-657
4. Bini, R. R., A. C. Tamborindeguy and C. B. Mota (2010). „Effects of saddle height, pedaling cadence, and workload on joint kinetics and kinematics during cycling.“ J Sport Rehabil 19(3): 301-314.
5. Garcia-Lopez, J., S. Diez-Leal, A. Ogueta-Alday, J. Larrazabal and J. A. Rodriguez-Marroyo (2016). „Differences in pedalling technique between road cyclists of different competitive levels.“ J Sports Sci 34(17): 1619-1626.
6. Callaghan, M. J. (2005). „Lower body problems and injury in cycling.“ Journal of Bodywork and Movement Therapies 9(3): 226-236.
7. Gregersen, C. S., M. L. Hull and N. A. Hakansson (2006). „How changing the inversion/eversion foot angle affects the nondriving intersegmental knee moments and the relative activation of the vastii muscles in cycling.“ J Biomech Eng 128(3): 391- 398
8. Holliday, W., J. Fisher, J. Salzwedel, R. McDonald and J. Swart (2018). “ The effects of relative cycling intensity on saddle pressure indexes “ In review
