Einflussfaktoren auf die plantare Druckverteilung bei Grundlinienschlägen im Tennis
Hintergrund und Ziel: Im Tennis stellen die unteren Extremitäten für das Erreichen hoher Schlaggeschwindigkeiten einen wichtigen Faktor dar. Biomechanische Analysen der unteren Extremitäten bei Grundlinienschlägen mit ansteigender Schlaggeschwindigkeit[1] wurden bisher kaum vorgenommen. Zudem fehlen Studien, die Veränderungen in der plantaren Druckverteilung mit zunehmender Schlaggeschwindigkeit zum Untersuchungsgegenstand haben. Im Konkreten ist unklar, wie der Schlagtyp (Vorhand und Rückhand), die Schlagstellung (offen vs. neutral) und die Schlagart (Topspin vs. Slice) die plantare Druckverteilung beeinflussen. Daher war es das primäre Ziel dieser kumulativen Dissertation, die zuvor genannten Einflussfaktoren auf die plantare Druckverteilung im Tennis zu untersuchen.
Methodik: In Studie I wurde die Konvergenzvalidität und Test-Retest Reliabilität des plantaren Druckmesssystems (GP MobilData WiFi) bei gesunden jungen Erwachsenen untersucht. Im Rahmen eines systematischen Scoping-Reviews (Studie II) wurde ein Überblick über die bestehende Literatur in Bezug auf die Einflussfaktoren Schlagstellung, Schlagart und Schlagrichtung für den Aufschlag und für die Grundlinienschläge erstellt sowie Forschungslücken identifiziert. Zudem wurden drei Querschnittsstudien zum Vergleich der plantaren Druckverteilung zwischen Vor- und Rückhandschlag (Studie III), offener und neutraler Schlagstellung (Studie IV) sowie Topspin- und Sliceschlag (Studie V) bei zunehmender Schlaggeschwindigkeit (80 km/h, 90 km/h, 100 km/h, vmax) mit gesunden weiblichen Elitetennisspielerinnen durchgeführt.
Ergebnisse: Studie I ergab, dass die plantaren Druckmesssohlen des GP MobilData WiFi System eine ausgezeichnete Übereinstimmung hinsichtlich der Konvergenzvalidität (ICC > 0,75) aufweisen, wobei die Werte der Kraftmessplatte (Goldstandard) durch die Druckmesssohlen unterschätzt wurden (mean bias: -4,41 bis -37,15 %). In Bezug auf Test-Retest Reliabilität wurde für die meisten Parameter eine ausgezeichnete Übereinstimmung (ICC: 0,74 – 0,98) ermittelt. Die SEM-Werte waren gering. Zudem lagen die meisten MDC95%−Werte unter 5 %.
Die Literaturrecherche (Studie II) identifizierte N=899 Studien, von denen 23 die Einschlusskriterien erfüllten und eingeschlossen wurden. An den Studien nahmen insgesamt 229 Versuchspersonen im Alter von 18 bis 62 Jahren teil. Die Studien offenbarten variierende Resultate, die von signifikant niedrigen oder höheren Werten bis zu keinen signifikanten Unterschieden in den vorgenommenen Vergleichen bezüglich Schlagstellung, -art und ‑richtung für den Aufschlag und die Grundlinienschläge reichten. Dies könnte auf Unterschiede in der Methodik wie zum Beispiel der Altersspanne der Spielerinnen und Spieler (18 – 62 Jahre), dem Geschlecht (nur Männer oder gemischtgeschlechtliche Gruppen), dem Leistungsniveau (Freizeit, Fortgeschritten, Profi) sowie in den verwendeten Messgeräten (Kraftmessplatte vs. Druckmesssohlen; Motion Capture, High-Speed-Videoaufnahme vs. IMU-Sensoren) und erfassten Parametern (gemessene vs. geschätzte Kräfte) zurückzuführen sein.
In Studie III zeigten sich unabhängig vom Schlagtyp (Vor-/Rückhand) signifikante Schlaggeschwindigkeit × Fußdominanz Interaktionen (allep < ,001 - ,008; ηp2 = ,01 - ,08) . Für den Vorhandschlag ergaben die post-hoc-Analysen signifikant erhöhte (dominanter Fuß) und verringerte (nicht-dominanter Fuß) Druckwerte, bei einer Schlaggeschwindigkeitssteigerung von 100 km/h auf vmax. Für den Rückhandschlag ergaben die post-hoc-Analysen signifikant verringerte Druckwerte (dominanter und nicht-dominanter Fuß), wenn die Schlaggeschwindigkeit von 100 km/h auf vmax stieg. Zwischen den anderen Geschwindigkeitsstufen gab es keine signifikanten Unterschiede.
In Studie IV offenbarten sich signifikante Schlagstellung × Fußdominanz Interaktionen allep = ,020 - ,032;ηp2 = ,33 - ,29 . Die post-hoc-Analysen zeigten signifikant größere maximale und mittlere Kräfte während der offenen gegenüber der neutralen Schlagstellung im dominanten, jedoch nicht im nicht-dominanten Fuß. Zudem erreichte die Schlaggeschwindigkeit × Schlagstellung × Fußdominanz Interaktion das Signifikanzniveau (p = ,041;ηp2 = ,18) . Die post-hoc-Analysen offenbarten signifikant erhöhte/verringerte mittlere Kräfte im dominanten/nicht-dominanten Fuß, während der neutralen, jedoch nicht in der offenen Schlagstellung, wenn die Schlaggeschwindigkeit anstieg.
Die Studie V ergab einen signifikanten Interaktionseffekt Schlaggeschwindigkeit × Fußdominanz p = ,001;ηp2 = ,31 . Die post-hoc-Analysen zeigten signifikant größere mittlere Kräfte für den Topspin- gegenüber dem Sliceschlag für den dominanten Fuß. Allerdings niedrigere Werte für den nicht-dominanten Fuß. Zudem waren mit zunehmender Schlaggeschwindigkeit bei Topspinschlägen signifikante Zunahmen in der mittleren Kraft in beiden Füßen feststellbar, jedoch nicht im dominanten Fuß bei Sliceschlägen.
Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Druckmesssystem GP MobilData WiFi valide und reliable Messwerte liefert. Der Literaturüberblick zu biomechanischen Unterschieden bei verschiedenen Schlagausprägungen offenbarte keine eindeutigen Ergebnisse, was vermutlich auf Unterschiede in der eingesetzten Methodik zurückzuführen ist. Beim Rückhandschlag scheint der nicht-dominante Fuß und bei dem Vorhandschlag der dominante Fuß für die Kraftentwicklung von besonderer Relevanz. Bei zunehmender Schlaggeschwindigkeit wurden erhöhte (dominanter Fuß) und verringerte (nicht-dominanter Fuß) mittlere Kräfte in der neutralen Stellung, aber nicht in der offenen Stellung detektiert. Die offene Schlagstellung resultierte in höheren plantaren Druckwerten gegenüber der neutralen Stellung. Größere Werte (offene Stellung) und schlaggeschwindigkeitsangepasste Werte (neutrale Stellung) deuten auf unterschiedliche Vorteile der jeweiligen Schlagstellung hin. Ein Einfluss der Schlagart (Topspin vs. Slice) auf den plantaren Druck scheint aufgrund fehlender Effekte geringfügig auszufallen. Insgesamt lassen die Resultate vermuten, dass der plantare Druck sich infolge einer Erhöhung der Schlaggeschwindigkeit verändert.
Background and aims: In tennis, the lower extremities play a crucial role in achieving high post-impact ball speeds. Biomechanical analyses of the lower extremities during groundstrokes with increasing post-impact ball speed have been rarely conducted. In addition, there is a lack of studies aiming to investigate the alteration of plantar pressure distribution with increasing post‑impact ball speed. Specifically, it is unclear how stroke technique (forehand and backhand), stance style (open vs. square), and the stroke type (topspin vs. slice) affect plantar pressure distribution. Therefore, the primary objective of this cumulative dissertation was to investigate the influence of the aforementioned factors on plantar pressure distribution in tennis.
Methods: In Study I, concurrent validity, and test-retest reliability of the plantar pressure measurement system (GP MobilData WiFi) were examined in healthy young adults. As part of a scoping review (Study II), an overview of the existing literature regarding stance style, stroke type, and stroke direction for serve and groundstrokes was created, and research gaps were identified. Additionally, three cross-sectional studies were conducted to compare plantar pressure distribution between forehand and backhand strokes (Study III), open and neutral stance styles (Study IV), and topspin and slice strokes (Study V) with increasing post-impact ball speed in healthy female elite tennis players.
Results: Study I revealed excellent concurrent validity (ICC > 0.75) for the plantar pressure insoles of the GP MobilData WiFi system. Yet, the insoles underestimated (mean bias:
-4.41 to -37.15%) the values of the force plate (gold standard). Regarding test-retest reliability, there was excellent agreement for most parameters (ICC: 0.74 – 0.98), the SEM values were relatively low, and most of the MDC95% values were below 5%.
The literature search (Study II) identified N = 899 records, of which 23 met the inclusion criteria and were included in the review. A total of 229 participants aged 18 to 62 years participated in the studies. The studies revealed varying results, ranging from significantly lower or higher values to no significant differences in the comparisons regarding stance style, stroke type, and stroke direction for serves and groundstrokes. This heterogeneity could be attributed to differences in methodology, such as players’ age (18 – 62 years), sex (men only or mixed gender groups), performance level (recreational, intermediate, professional), the used measurement devices (force plate vs. pressure insoles; motion capture, high-speed video recordings vs. IMU sensors), and the analysed parameters (measured vs. estimated forces).
In Study III, significant ball speed × foot dominance interactions were observed, irrespective of the stroke type (p= .001 - .008;ηp2 = .01 - .08) . For the forehand stroke, post-hoc analyses revealed significantly increased (dominant foot) and decreased (non-dominant foot) pressure values when ball speed increased from 100 km/h to vmax. For the backhand stroke, post-hoc analyses showed significantly decreased pressure values (dominant and non-dominant foot) when ball speed increased from 100 km/h to vmax. No further significant differences were observed between other speed levels.
In Study IV, significant stance style × foot dominance interactions were evident (allp .020 - .032;ηp2 = .33 - .29) . Post-hoc analysis indicated significantly larger maximal and mean forces during the open compared to the square stance for the dominant foot, but not for the non-dominant foot. Additionally, the interaction of ball speed × stance style × foot dominance reached significance (p = .041;ηp2 = .18) . Post-hoc analyses revealed significantly increased/decreased mean forces in the dominant/non-dominant foot during the square, but not during the open stance when ball speed increased.
Study V showed a significant interaction effect of ball speed × foot dominance p = ,001;ηp2 = ,31 . Post-hoc analyses indicated significantly larger mean forces during topspin compared to slice strokes for the dominant foot, but significantly lower values for the non-dominant foot. Additionally, with increasing ball speed in topspin strokes, significant increases in mean force were observed in both feet, but only in the dominant foot for slice strokes.
Conclusions: The results suggest that the plantar pressure insoles of the GP MobilData WiFi system provide valid and reliable measurements. The literature review on biomechanical differences in various stroke configurations revealed varying results, which can likely be attributed to differences in the applied methodology. During the backhand stroke, the non-dominant foot and, during the forehand stroke, the dominant foot appear to be particularly relevant for force development. The open stance resulted in higher plantar pressure values compared to the neutral stance. Larger values (open stance) and speed-adjusted values (neutral stance) suggest different advantages for each stance style. The influence of stroke type (topspin vs. slice) on plantar pressure appears to be minimal due to the lack of significant differences. Overall, the results suggest that plantar pressure changes due to an increase in post-impact ball speed.