Loading of the knee and hip joint during swimming and water gymnastics
Final Report Abstract
Schwimmen und Wassergymnastik werden für Patienten mit Arthrose, rheumatischen Erkrankungen, zur Rehabilitation nach Gelenkersatz oder Frakturen und generell empfohlen, um Beweglichkeit, Muskulatur und das Herz-Kreislauf-System zu stärken. Während die allgemeine Ansicht besteht, dass Wassergymnastik und Schwimmen wesentlich gelenkschonender seien als Übungen oder andere sportliche Aktivitäten an Land, fehlen bisher quantitative Daten zur Belastung von Hüft- und Kniegelenk im Wasser, welche diese bestätigen oder widerlegen. Ziel des Forschungsprojekts war es daher, die Belastung des Hüft- und Kniegelenks beim Schwimmen sowie bei der Wassergymnastik zu quantifizieren und somit evidenzbasierte Empfehlungen für Patienten ermöglichen. Durch Vergleich der wassergymnastischen Übungen mit gleichartigen Übungen an Land wurde die Annahme einer Entlastung der Gelenke durch den Wasserauftrieb überprüft. Instrumentierte Endoprothesen mit telemetrischer Datenübertragung ermöglichen die in vivo Messung der Gelenkkontaktkräfte. Für den Gebrauch im Wasser wurde das externe Messequipment modifiziert und für den Patienteneinsatz zugelassen. Zwölf Patienten mit instrumentierten Knie- bzw. Hüftprothesen (jeweils 6 Patienten) nahmen an der Studie teil und führten verschiedene dynamische, gewichtstragende und nicht-gewichtstragende Übungen an Land und im Wasser aus. Weiterhin wurde die Belastung beim freien Brustschwimmen sowie isolierten Brust- und Kraulbeinschlag in einer Gegenstromanalage untersucht. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Gelenkbelastung im Wasser je nach Übung stark variiert. Hohe Kontaktkräfte von bis zu 348/368 %KG (Körpergewicht) traten in beiden Gelenken bei dynamischen Übungen auf, gefolgt von den gewichtstragenden und den nicht gewichtstragenden Übungen. Mit Ausnahme der dynamischen Übungen lag die Belastung im Wasser immer unter der beim Gehen an Land (Fres= 275/252 %KG). Mit Lastreduktionen von 36-55% bestätigen die Ergebnisse dieser Studie den gelenkentlastenden Effekt des Wassers. Beim freien Brustschwimmen trat Fresmax in der Antriebsphase meist während der Schwunggrätsche auf und betrug im Mittel 139 %KG (Hüfte) und 98 %KG (Knie). Während Fresmax im Kniegelenk beim Kraulbeinschlag nur geringfügig größer als beim Brustbeinschlag waren, war die Hüftbelastung beim Kraulbeinschlag im Mittel um 59 %KG höher. Im Kniegelenk hatte der Brustbeinschlag eine ungleichmäßigere medio-laterale Kraftverteilung als der Kraulbeinschlag, mit höherer Belastung des lateralen Kompartments, zur Folge. Im Vergleich zu anderen sportlichen Aktivitäten ist die Gelenkbelastung beim Schwimmen und bei der Wassergymnastik gering. Allerdings sind die Gelenkbelastungen beim schnellen Brustschwimmen und Kraulbeinschlag vergleichbar mit alltäglichen Belastungen (bspw. Gehen). Bei dynamischen wassergymnastischen Übungen bzw. Sprüngen im Wasser wurden die Gelenke stärker belastet als beim Gehen an Land. Durch die Wahl der Übung, der Bewegungsgeschwindigkeit und zusätzlicher Widerstände kann die Belastung im Wasser gezielt im Rehabilitationsverlauf moduliert werden. Ausgewählte Beispiele der Gelenkbelastung bei Wassergymnastik und Vergleichsübungen an Land wurden in der „Orthoload“ Datenbank (www.orthoload.com) veröffentlicht.
Publications
- Die Entlastung des Hüft- und Kniegelenks im Wasser – in vivo Messungen mit instrumentierten Implantaten bei der Wassergymnastik. Endoprothetik Kongress 2016. Berlin, 2016
Kutzner I, Gordt K, Richter A, Dymke J, Damm P, Duda G, Günzl R, Bergmann G
- Hip and Knee Joint Loading During Aquatic Exercise – The Load Reducing Effect of Water. European congress on physical and rehabilitation medicine (ESPRM). Lisbon, Portugal, 2016
Kutzner I, Richter A, Gordt K, Dymke J, Damm P, Bergmann G
- Die Belastung des Hüft- und Kniegelenks beim Schwimmen – in-vivo Messungen mit instrumentierten Prothesen. 10. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik Hannover, 2017
Kutzner I, Gordt K, Richter A, Dymke J, Damm P, Bergmann G
- Does aquatic exercise reduce hip and knee joint loading? – In vivo load measurements with instrumented implants. PLoS One. 2017 Mar 20;12(3):e0171972
Kutzner I, Richter A, Gordt K, Dymke J, Damm P, Duda GN, Günzl R, Bergmann G
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0171972)
