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05/22/2000 11:31

Der Schuh macht das Rennen

Michael Seifert Hochschulkommunikation
Eberhard Karls Universität Tübingen

Sportschuhe für Läufer waren in den 70er Jahren kaum gepolstert. Dann bemühten sich die Hersteller mit immer weicheren Schuhen, die Bewegungen der Läufer optimal abzudämpfen. Dabei hat sich die Häufigkeit verschiedener Verletzungen deutlich verschoben: Statt den Knien liegt nun die Achillessehne vorn. Tübinger Wissenschaftler analysieren die Ursachen und entwickeln einen neuen Typ Laufschuhe, der die Überlastung der Sehnen vermeiden soll.

Sportschwimmer können dank neuer Technik seit kurzem eine fischähnliche Haut überstreifen, mit der sie ihre eigenen Zeitrekorde brechen. Den Schuh, der schneller laufen kann, haben Wissenschaftler noch nicht entwickelt. Doch im Tübinger Institut für Sportwissenschaft wird unter der Leitung von Prof. Ulrich Göhner und in Zusammenarbeit mit der Abteilung Sportmedizin der Medizinischen Universitätsklinik zur Zeit der Prototyp eines neuen Laufschuhs getestet, mit dem die Achillessehne der Läufer besser entlastet werden soll. In dem Projekt hatten die Forscher zunächst zahlreiche Patientendaten von Sportlern, vor allem von Läufern ausgewertet. Von rund 1200 Läufern mit gesundheitlichen Problemen, die in den Jahren 1997 oder 98 in der Klinik behandelt wurden, hatte die Mehrzahl Probleme mit der Achillessehne. Dagegen lagen bis in die 80er Jahre stets Knieprobleme an der Spitze der Sportverletzungen bei Läufern.

Der Sportwissenschaftler Stefan Grau ging diesem Phänomen in einer genauen Untersuchung nach, in der die Bewegungen gesunder und an der Achillessehne geschädigter Läufer verglichen wurden. Die Versuchsteilnehmer erhielten spezielle Einlegesohlen, auf denen sich beim Joggen auf einem Laufband die Druckbelastung der Füße abzeichnet, die so genannte Ganglinie. "In der Regel setzt ein Läufer zunächst die Außenseite des Fußes auf und rollt dann in einer Vor- und Seitwärtsbewegung relativ schnell auf die Innenseite ab", erklärt Göhner. Diese Bewegung, so wird vermutet, läuft bei Läufern mit Problemen an der Achillessehne besonders schnell ab. Doch warum hatten Jogger früher ähnliche Probleme nur in geringerem Maße? Die Erklärung fand sich in der Entwicklung der Schuhtechnik. Während die Laufschuhe in den 70er Jahren kaum gepolstert waren, versuchten die Hersteller in den 80er bis Anfang der 90er Jahre die Bewegungen des Läufers, der häufig das Vielfache seines Körpergewichts abfangen muss, mit Kissen aus aufgeschäumtem Material im Schuh stark zu dämpfen. "Wenn die Kissen zu hoch sind, nehmen die Geschwindigkeit und die Hebelkräfte der seitwärts gerichteten Abrollbewegung zu und die Achillessehne wird stark belastet", erklärt Grau.

Im nächsten Schritt des Projekts konstruierten die Sportwissenschaftler mit einem Team, in dem außer Sportmedizinern und Orthopäden auch Ingenieure und Software-Entwickler vertreten sind, den Prototyp einer neuen Laufschuhgeneration. Die dämpfenden Kissen im Schuh sind nun flacher, außerdem wurden einige Bereiche fester konstruiert. Nach Erkenntnissen auch anderer Forscher fördert dies die gesunde Reaktion auf Belastung. Der neue Prototyp wird nun zum einen daraufhin getestet, wie sich die Ganglinie der Läufer mit dem Schuh ändert, außerdem wird er versuchsweise in der klinischen Therapie eingesetzt. "Bei den ersten Versuchsteilnehmern mit vorgeschädigter Achillessehne hat sich der Schuh gut bewährt, Schmerzen und Beschwerden haben sich stark gebessert", sagt Grau. Die Studien dauern noch bis zum nächsten Jahr an.

Doch die Tübinger Forscher streben weitere Verbesserungen an. In den nächsten zwei Jahren sollen die noch immer bedeutsamen Knieprobleme bei Läufern untersucht und mit verbesserten Schuhen Abhilfe geschaffen werden. Bis dahin bleibt auch noch viel Arbeit für die Techniker im Team. Denn häufig müssen die Geräte für die Funktionsmessungen bei Sportlern in Bewegung erst neu erfunden und konstruiert werden. (3400 Zeichen)

Fit wie ein Turnschuh?

Sportwissenschaft will Läufern mit ausgeklügelter Orthopädie-Technik auf die Beine helfen

Der scherzhafte Ausdruck vom "fitten Turnschuh" trügt. Denn wenn fitte Läufer nach etlichen Kilometern Probleme mit Gelenken oder Sehnen bekommen, kann das am Schuhwerk liegen. Tübinger Sportwissenschaftler unter der Leitung von Prof. Ulrich Göhner haben in Zusammenarbeit mit der Abteilung Sportmedizin der Medizinischen Universitätsklinik die Verletzungen von Laufsportlern über zwei Jahre hinweg genauer untersucht: Bei den Läufern standen Probleme mit der Achillessehne an erster Stelle. Die Wissenschaftler haben im nächsten Schritt Funktionsmessungen mit gesunden und an der Achillessehne geschädigten Läufern vorgenommen und die Ergebnisse verglichen. Nun entwickeln sie in Zusammenarbeit mit der Firma Nike eine neue Laufschuhgeneration, bei der die starke Belastung der Sehnen vermieden werden soll.

Bis Anfang der 90er Jahre lagen unter den gesundheitlichen Problemen der Läufer die Kniebeschwerden deutlich vorn. Als die Sportwissenschaftler die Daten von 3500 sportlichen Patienten der Abteilung Sportmedizin von 1997 und 98 auswerteten, hatte sich die Situation geändert. "Ein Drittel der untersuchten Fälle waren Läufer, die mindestens 20 Kilometer in der Woche liefen. Die Hälfte von denen, die das Laufen aufgeben mussten, hatte Probleme mit der Achillessehne", sagt Stefan Grau, Doktorand am Institut für Sportwissenschaft. Bei den Läuferinnen stand die geschädigte Achillessehne allerdings erst an zweiter oder dritter Stelle der Verletzungshäufigkeit. Wie diese Unterschiede zustande kommen, wissen auch die Tübinger Forscher noch nicht. "Möglicherweise liegt das an einer unterschiedlichen Lauftechnik", nennt Grau eine Vermutung.

Um zu erkunden, wie es zu dieser Verschiebung bei den Verletzungen gekommen ist, haben die Forscher im zweiten Schritt des Projektes Läufer mit und ohne Achillessehnen-Problemen mit speziellen Einlegesohlen in den Schuhen auf einem Laufband joggen lassen. Auf der Sohle zeichnete sich dabei das Muster der Druckbelastung der unterschiedlichen Fußsohlenbereiche, die so genannte Ganglinie, ab. "In der Regel setzt ein Läufer zunächst die Außenseite des Fußes auf und rollt dann in einer Vor- und Seitwärtsbewegung relativ schnell auf die Innenseite ab", erklärt Göhner. Aus den Messungen ließ sich erkennen, dass bei den Läufern mit geschädigter Achillessehne im Vergleich zu gesunden Läufern der Abrollvorgang medial verlief, was auch als Pronation bezeichnet werden kann. Wie es zu dieser veränderten Bewegung kommen kann, erläutert Göhner: "Die Schuhtechnik zielte in den 80er und Anfang der 90er Jahre wegen der verbreiteten Knieprobleme auf eine größtmögliche Dämpfung der Bewegungen ab. Dazu wurden große, weiche Kissen aus aufgeschäumtem Material in die Schuhe eingearbeitet. Das vergrößerte jedoch die Pronationsbewegung." Je größer die Pronationsbewegung, setzt Grau hinzu, "desto stärker ist auch die Belastung der Achillessehne." Außerdem stellten die Sportwissenschaftler fest, dass manche Läufer nicht über den großen Zeh abrollen, sondern über den dritten oder vierten Zeh des Fußes, was ebenfalls zu Problemen an der Achillessehne führen kann.

In den 70er Jahren waren die Laufschuhe noch kaum gepolstert, auch weil es die heutigen geschäumten Materialien noch nicht gab. "Die Dämpfung der Laufbewegungen halten wir nach den Ergebnissen unserer Untersuchung nicht für falsch, aber die Kissen im Schuh müssen deutlich flacher sein. Heute lässt sich der gleiche dämpfende Effekt allerdings auch mit einem deutlich dünneren Kissen erreichen", erklärt der Doktorand. Bestimmte Bereiche im Leisten- und Sohlenbereich der Schuhe wollen die Sportwissenschaftler wieder fester konstruieren als in bisherigen Modellen. Zu weiche technische Stützen können auch nach Erkenntnis anderer Forscher die gesunden Reaktionen auf Belastung unterbinden. "Turnmatten zum Beispiel wurden bisher immer weicher gemacht. Nun hat man festgestellt, dass die Sportler eher bei härterem Material richtig auf einen Sturz reagieren", so Göhner.

Die Sportwissenschaftler haben häufig Probleme, die Bewegungen bei bestimmten Sportarten oder auch die Optimierung von Schuhen technisch genau zu messen. "In vielen Bereichen gibt es bisher keine Messgeräte, die die Fußfunktionen messen können", sagt Grau. Beispielsweise wurde die Stossfestigkeit von Schuhen mit Dämpfungselementen unterschiedlicher Härte vom TÜV durch Maschinen getestet. Die Messungen ergaben, dass maximale Kräfte bei hartem Material auftraten. Als die Messungen am Menschen wiederholt wurden, zeigte sich das Gegenteil: Hier waren weiche Materialien besonders ungünstig. Ähnlich schwierig sind orthopädische Funktionsuntersuchungen. "Bei einer normalen orthopädischen Untersuchung wird der Mensch im Stehen untersucht. Dabei sind zwar bestimmte Fehlstellungen wie X-Beine erkennbar, doch Rückschlüsse auf Bewegungsabläufe sind kaum möglich", erklärt der Sportwissenschaftler. Das Team von Prof. Göhner besteht daher neben Spezialisten aus der Orthopädie und Sportmedizin auch aus einer Krankengymnastin und Ingenieuren sowie Software-Entwicklern, die gemeinsam neue Messapparaturen konstruieren.

Im dritten Schritt ihres Projektes haben die Tübinger Sportwissenschaftler einen neuen Prototyp eines Laufschuhs konstruiert, der im Moment getestet wird. "Wir stellen zum einen fest, wie sich mit dem Schuh die Ganglinie der Läufer ändert. Dabei wird das Koordinationsmuster der Muskeln durch eine Funktionsmessung, die Elektromyographie gemessen", erklärt Grau. Außerdem wird der neue Schuh testweise in der klinischen Therapie eingesetzt. Einige Läufer mit geschädigter Achillessehne rennen nun mit dem neuen Schuh. "Bei den ersten Versuchsteilnehmern zeigte sich, dass die Schmerzen und Beschwerden sich stark gebessert haben", fasst der Doktorand zusammen. Die Studien werden noch bis zum nächsten Jahr fortgesetzt. "Wir gehen bei der Verbesserung der Sportschuhtechnik davon aus, dass die Bewegungen beim Barfußlaufen ideal sind. Beim Sport sollte der Fuß nicht nur passiv mechanisch gestützt werden, sondern der Schuh sollte über die Passform die beanspruchten Muskeln aktiv stimulieren", so Grau.

Die Wissenschaftler nehmen an, dass die jetzigen Verbesserungen am Schuh noch nicht der Weisheit letzter Schluss sein werden. "In den nächsten zwei Jahren wollen wir die Ursachen für Knieverletzungen näher analysieren und mit weiteren Veränderungen am Schuh Abhilfe schaffen", plant Grau. Dabei soll der Halt im Bereich von Ferse und Mittelfuß ebenfalls verbessert werden. "Bis ein Schuhmodell auf dem Markt ist, bei dem all diese Erkenntnisse berücksichtigt sind, werden bestimmt noch fünf Jahre vergehen", sagt Grau. Nach Einschätzung der Forscher haben nicht nur die Verletzungen der Achillessehne, sondern insgesamt die orthopädischen Probleme der laufenden Bevölkerung zugenommen. "Allerdings lassen sich heutige Daten mit früheren Untersuchungen schwer vergleichen, weil auch die Laufleistung stark gestiegen ist", sagt Göhner. Sport und vor allem auch Laufen hält der Wissenschaftler dennoch für gesund: "Sicherlich muss man mit Vernunft drangehen, die Leistung kontinuierlich aufbauen und den Gelenken nicht zu viel abverlangen. Aber dann profitiert vor allem das Herz-Kreislauf-System vom regelmäßigen Laufen." (7239 Zeichen)

Nähere Informationen:

Prof. Ulrich Göhner, Tel. 0 70 71/2 97 64 21
Stefan Grau, Tel. 0 70 71/2 98 64 93
Institut für Sportwissenschaft
Wilhelmstraße 124
72074 Tübingen
Fax 0 70 71/29 20 78

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Criteria of this press release:
Medicine, Nutrition / healthcare / nursing, Sport science
transregional, national
Research results
German

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