Abbildung: Spannungsverteilung in der Achillessehne (barfuß und beschuht, Darstellung ohne Fettgewebe) zum Zeitpunkt der maximalen Kraft während der Abdruckphase.

Die Achillessehne ist zwar die dickste und stärkste Sehne des Menschen, aber sie hat eine Schwachstelle: 80 % aller Risse treten im Bereich der Achillessehnentaille auf. Majid Kardehs, Doktorand an der Frankfurter Fachhochschule (UAS), hat durch Simulationen der mechanischen Beanspruchung herausgefunden, dass die größte Spannung und Dehnung der Achillessehne beim Laufen in neutraler Fußhaltung genau an dieser „kritischen Stelle“ entsteht. Die Forschungsergebnisse, die zusammen mit Prof. Thomas J. Vogl vom Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie der Goethe-Universität gewonnen wurden, sollen künftig dazu genutzt werden, Schuhe zum Schutz der Achillessehne zu optimieren.

Kardeh entwickelte innerhalb des von der hessischen LOEWE-Initiative geförderten Schwerpunktes „Präventive Biomechanik – PräBionik“ eine Methode, welche die Interaktion von Fuß, Schuh und Untergrund simuliert. Gleichzeitig zeigt sie die Belastungen der jeweiligen Weichgewebe im Fuß auf. Mit Hilfe dieser Methode untersuchte Kardeh die besonderen Anforderungen an die Achillessehne bei verschiedenen Fußstellungen. Dabei wurden auch unterschiedliche Konstellationen der drei Parameter Fuß, Schuh und Untergrund überprüft. Das virtuelle Verfahren ermöglicht die genaue Darstellung der inneren Belastung der Achillessehne in verschiedenen Szenarien.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Thomas J. Vogl von der Goethe-Universität entwickelte spezifische Magnetresonanztomographie-Verfahren, mit denen Bildsequenzen der Beine von Versuchsteilnehmern digitalisiert und die mechanischen Eigenschaften des Weichgewebes ermittelt wurden. In Kombination mit Laufanalysen konnten mittels eines Mehrkörpersystems, das die Berechnung der Bewegung verschiedener Körper in einem System ermöglicht, die erforderlichen Muskelkräfte für das virtuelle Modell ermittelt werden. Bei einer ungleichmäßigen bzw. asymmetrischen Belastung der Achillessehne ist je nach Art der Asymmetrie der innere – bei einer Eversion – oder der äußere – bei einer Inversion – Teil der Sehne stärker gefährdet. Bei einer Inversion ist das Risiko für eine Ruptur insgesamt höher als bei einer Eversion.

Dazu Prof. Gerhard Silber, Betreuer von Majid Kardehs an der Frankfurt UAS:

„Das Potenzial des genutzten Verfahrens liegt in der Entwicklung und Optimierung von Schuhen am Computer, die sowohl im Komfort als auch im Schutz besonders gefährdeter Muskeln und Sehnen verbessert werden können.“

Die Goethe-Universität, die Frankfurt UAS, die Philipps-Universität Marburg und die Duale Hochschule Baden-Württemberg Mosbach wurden für ihre gemeinsame Forschung im biomechanischen Bereich von 2010 bis 2013 mit rund 3,8 Millionen Euro aus dem LOEWE-Programm gefördert. Konsortialführer des LOEWE-Schwerpunkts war Prof. Dr.-Ing. Gerhard Silber, Geschäftsführender Direktor des Instituts für Materialwissenschaften (IfM) der Frankfurt UAS.

Kontakt: Frankfurt University of Applied Sciences, Institut für Materialwissenschaften (IfM), Prof. Dr.-Ing. Gerhard Silber, Telefon: 069/1533-3035, E-Mail: silber@fb2.fra-uas.de