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Elastizitäten bei Mensch, Tier und Robotik*

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In  unserem Beitrag „Langsamen Ball schnell machen“ heißt es „Die elastische Vorspannung der beteiligten Muskeln, Sehnen Knorpel und Bänder wird bei langsamer Schlagausführung nicht erzeugt „.  Kurz, man darf nicht zu früh ausholen. Dies war nämlich ein uralter Mythos (I) der Tennislehre.

Kürzlich wurde ich von einem ehemaligen Trainer meines Clubs, der vor vielen Jahren Sportwissenschaft studierte, darauf angesprochen: „Sehnen und Bänder sind nicht elastisch und haben in dieser Aufstellung nichts zu suchen.  Da sieht man wieder, was dabei herauskommt, wenn ein Laie sich mit einem solchen Thema befasst“ . Das hört man nicht so gerne. Ich musste dieser Frage also noch mal nachgehen und bin einem weiteren Mythos (II) auf die Spur gekommen.

* Titel in Anlehnung an Norbert Wiener, den Begründer der Kybernetik. Die neuronalen und neuromotorischen Aspekte im Tennis werden aber in anderen Beiträgen behandelt, u. a. Kybernetik des Tennisschlägers und Schnelligkeit im Tennis.

Das Ergebnis unser Recherche zur Elastizität stellen wir für den eiligen Leser an den Anfang. Der Erkenntnisprozess, der dazu führte, war nicht so einfach. Dies gilt auch für die ausführlichen Begründungen und Ableitungen. Diese sind im Anschluss an diese Zusammenfassung zu finden.

Zusammenfassung
Die Elastizität von Sehnen, Knorpeln und Bändern und ihre Bedeutung für Bewegungen des Menschen kann nicht grundsätzlich bestritten werden. Sie wird in Simulationsmodellen  für das Zusammenspiel der Gliedmaßen untereinander und in Reaktion auf äußere Kräfte eingesetzt und modellhaft beziffert. Studien zur Tieren, in Menschenmodellen und in der Medizinwissenschaft gehen von relevanter Elastizität aus.

Allerdings sollte man von der Vorstellung abkommen, dass  Elastizität immer in gleicher Weise wirkt, wie die Muskulatur. Also langhubig und langwellig (niederfrequent), vergleichbar einem Gummiband.

Stattdessen sind diese Elastizitäten oft kurzhubig und höherfrequent. Dennoch können sie enorme Impulse übertragen und dabei Energie speichern und wieder abgeben. Das Kugelpendel aus dem Physikunterricht funktioniert auch nicht nur mit Gummikugeln, sondern, und so wird es gezeigt, mit recht harten aber elastischen Stahlkugeln bei denen man die Energiespeicherung und Rückführung visuell nicht wahrnimmt.

(Gerade dadurch wird die Verblüffung der Schüler provoziert: Nichts bewegt sich, außer erster und letzter Kugel – anscheinend, den in Wahrheit wird jede einzelne Kugel elastisch verformt, speichert Energie und gibt sie an die nächste Kugel ab.)

Beim Menschen kann die Elastizität einer Gliederkette variabel eingestellt werden, zum Beispiel durch den Kniewinkel beim Aufsetzen der Ferse im Lauf. (siehe hierzu unseren Beitrag Tennisschuhe.) oder durch die umgebende Muskulatur.
Aus den Diagrammen zum Zusammenhang von Krafteinsatz im exentrischen und konzentrischen Kraftstoß íst zu entnehmen,  dass der Muskel selbst im Bereich der Maximalkraft keine kinetische Energie speichern kann.

Wird der Muskel vorher im Loading belastet, leistet er lediglich etwas früher einsetzend seine Muskelarbeit nach der HILLschen Beziehung gemäß des Prinzips der maximalen Anfangskraft, speist aber keine Federenergie in das System zurück.
Dennoch kann in der Impulskette z.B. der Vorhandpeitsche, Energie auf nächstfolgende Glieder übertragen werden, wenn sie nicht oder nicht voll auf die Arbeitsrichtung der gerade aktiven Muskeln trifft!
So wird die Energie aus der Rotation des Rumpfes bei der Vorhand dadurch von der Schulter auf das Arm/Schläger-System übertragen, dass letzteres zunächst in Richtung seiner Längstachse beschleunigt wird, ohne dass die Brustmuskulatur in dieser Phase schon Arbeit leisten muss. Diese kinetische Energie wird durch Sehnen und Bänder elastisch übertragen (Zug). Siehe unseren Beitrag „Die moderne Vorhand„, in der der Ablauf näher dargestellt wird. Beim zweibeinigen Laufen bedeutet dies, dass es für das Gehen und das Laufen jeweils Bereiche von Idealgeschwindigkeiten gibt, bei denen eine maximale Speicherung und Rückführung der Energie möglich ist, siehe Dominik Waller hier…
Reine Katapulteffekte entstehen eher unter extremen Hebelverhältnissen über die Elastizität der Gelenke, der Knorpel und Bänder.
Die Grenzen der elastischen Übertragung von Kraftketten und vor allem von Peitscheneffelten sind vor allem in der Belastbarkeit der Gelenke gegeben, die in Modellsimulationen untersucht werden.
Beim Tennis ist hier besonders beim Service die Schulter betroffen. Aber auch bei der Vorhand sind Überlastungen der elastischen Elemente im Handgelenk und im Ellbogengelenk möglich.

Dies ist eine zusätzliche Limitierung des Effekts optimaler Vorspannung (Amortisation) im Loading, wie sie in der Biomechanik allgemein bekannt ist (Sprung aus größerer Höhe bringt keine Verbesserung sondern eine Verschlechterung des anschließenden Aufwärtssprungs, drop-jump Blatt 10).

Erlebnisse eines Seiteneinsteigers im Reich der Biomechanik
Mein zu Hilfe gerufener Forenfreund,  immer für eine veritable Auskunft im Bereich der Bewegungswissenschaften gut, stärkte mir in eingangs geschilderter Auseinandersetzung desmal leider nicht den Rücken und empfahl, einfach das Wort „Bänder“ zu streichen.

Damit ich damals hiermit eigentlich kein Problem, weil es mir mehr um die Elastizität eines komplexeren Teilsystems geht, egal, wie sie im Einzelnen zustande kommt. 
Andererseits sehe ich es heute so,  sind Annahmen zur energiespeichernden Elastizität von Sehnen und Bändern zur Erklärung des Peitschenmodelles, beispielsweise der Killervorhand oder des Aufschlags, von höchster Bedeutung, wenn nicht eine notwendige Bedingung, siehe auch mein Resümee, an Schluss des Beitrags.
Das herkömmliche Muskelmodell mit energieverzehrender exentrischer Kraftleistung und begrenzter Belastbarkeit unter Einbezug der HILLschen Beziehung,  bildet die hohen in der Wirklichkeit erreichten Beschleunigungen nicht ab!  Siehe hierzu unseren Beitrag Muskelmodelle. 

Nur die Annahme elastischer Energiespeicherung kann die Weitergabe der Impulskette von den Gliedern mit größerer Masse auf die Glieder kleinerer Masse erklären und somit die tatsächlich – im modernen Tennis – erreichten Ballbeschleunigungen erklären.

Erst in den letzten Tagen bin ich wieder auf die Dissertation von Stefan Lehner zurückgekommen, die ich vor zwei Jahren zwar zitiert, der ich aber nicht den verdienten Stellenwert eingeräumt habe. Diese Dissertation ist eine Fundgrube im Hinblick auf die Relevanz der Elastizität von Sehnen und Bändern in der Sportmotorik und Sportmedizin. Schließlich finden sich die Ansätze, die mit einem hochkomplexen Simulationstool arbeiten, auch in der Robotik wieder, siehe weiter unten. Verwendet wird hier die Theorie der Mehrkörpersysteme, Diss. Stefan Lehner, 2007, S. 29, 

„Die Haupteigenschaften von Weichteilgewebe sind: Anisotropie, Nicht-Linearität, Nicht-Kompressibilität und Hyperelastizität [122]. Aufgrund des viskoelastischen Verhaltens können Bänder unter dynamischer Belastung Verformungsenergie speichern und in Phasen der Entlastung wieder freigeben, d.h. Bänder sind in der Lage Belastungsspitzen zu vermindern und stoßartige Belastungen in den Gelenken zu dämpfen [50]. Die Materialeigenschaften unterliegen einer Reihe von Einflussfaktoren [50,150,200,209,264].  …“

Quelle: Diss Stefan Lehner , S. 47

Wie ich versuchte, die Bedeutung der Elastizität von Bändern und Sehnen in der Biomechanik zu hinterfragen. 
Die nachfolgende Darstellung, die die funktionale Bedeutung der Gelenkbänder und Sehnen für explosive Bewegungen untersucht, ist nicht systematisch gegliedert sondern orientiert sich eher am Prozess meiner Recherche und dem Diskurs mit meinem Forenfreund. So bekommt man exemplarisch einen Einblick, wie schwer es sich gestalteten kann, für eine zunächst recht einfach scheinende Frage eine Antwort zu suchen.

Es muss bei der Beschleunigung der Vorhandpeitsche mehr dahinter sein, als allein die Muskelkontraktion

Peitsche

Eine Erklärung der Killervorhand muss die Peitscheneffekte, nämlich die Impuls- und Energieübertragung ab der Hüfte mit einbeziehen. Eine Peitsche ist aber ohne eine elastische Koppelung der Teilglieder nicht denkbar.
Da bei stellen sich Fragen zur Maximalbelastung. Gibt es Maximalwerte, über die man bei der Übertragung ohne Beschädigung nicht hinaus kommt und 

  • welche Spezifiktation werden für die Elastizität gefordert
  • und gegebenenfalls wie und wann werden die elastischen Elemente bedämpft?

Die Dissertation von S. Lehner versucht im elementaren Bereich sich genau diesen Antworten zu nähern. Eine Betrachtung der Vorhandpeitsche in allen seinen Phasen steht jedoch aus.

Katapult
Inwieweit neben den Peitscheneffekten auch Katapulteffekte der elastischen Glieder wirken und ob für gegebenenfalls wirkende Katapulteffekte auch Knorpel und Sehnen  bei der Energiespeicherung zum Einsatz kommen, ist zwar für das grundsätzliche Verständnis der Peitsche eher nachrangig. Für ein vollständiges Verständnis der Killervorhand und des Aufschlags wäre es aber höchst interessant, diese offenen Fragen abschließend zu klären. Zumal wir für das Pferd eine ähnliche Betrachtung bereits haben (zur Energiespeicherung im Känguruh-Sprung scheint es ähnliche Untersuchungen zu geben. Allerdings sind die Berichte von C. Rosso, s.u. sowie die Dissertation von S. Lehner, s.o. als vorläufige Bestätigungen zu werten.

Elastizität beim Pferd
Einfach mal „Gelenkbänder + Elastizität“ gegoogelt und einer der ersten Links lieferte mir die einschlägige Dissertation von Sandra Ziermann. Kleiner „Schönheitsfehler“, diese tierwissenschaftliche Literaturstudie dreht sich um die Physiologie des Pferdes. Bedenken dazu, siehe weiter unten. Für mich lieferte die Arbeit doch starke Indizien.:

Kapitel 2.4, S.31 ist so klar geschrieben, als wenn ich extra darum nachgefragt hätte:
„…2.4.1 Gelenkbänder (Pferd!)
Gelenkbänder befinden sich entweder innerhalb des Gelenks, in der Gelenkkapsel oder außerhalb desselben. Wenn sie außerhalb des Gelenks und exzentrisch angeordnet sind, wie es beim Ellbogen- und Sprunggelenk der Fall ist, werden diese Gelenke zu federnden Gelenken oder Schnappgelenken. Die exzentrisch proximal der Drehachse eingepflanzten kräftigen Seitenbänder sind in der Mittelstellung maximal gespannt, sodass das Gelenk in die Beuge- oder Streckstellung einschnappt. Den Bändern kommt neben der Federung die Aufgabe der Stabilisierung der Gelenke zu (Nickel et al., 2001). Sie bestehen aus straffem, fibrösem Bindegewebe und speichern elastische Energie, wenn sie gedehnt werden, und geben sie wieder ab, wenn die Spannung nachlässt. Hildebrand et al. schreiben der elastischen Wirkung der Bänder eine bedeutende Rolle in der Unterstützung der Sehnen zu. Die Bänder, die die Karpalknochen untereinander verbinden, federn bei Belastung auseinander und speichern so elastische Energie (Gray, 1997). …“

Elastizität der Sehnen beim Vogel
Im Abschnitt Sehnen, steht Ähnliches. Die diesbezügliche Übertragbarkeit, natürlich nicht 1:1, vom Pferd auf den Menschen schien mir gerechtfertigt, zumal gerade bei der Vorhandpeitsche ähnliche Gelenkgruppen zum Einsatz kommen. In dieser Dissertation werden auch Untersuchungen zu anderer Tiergattungen, sogar Vögel, herangezogen.

Mein Forenfreund schreibt dazu: „..die Gleitfilamenttheorie“ konkurriert nicht mit der „Querbrückentheorie“, sondern ist der „Vorläufer“ der letzteren und stammt aus einer Zeit, als man zwar das Gleiten der Filamente, aneinander vorbei, schon kannte, aber noch nicht wissen konnte, dass der auslösende Mechanismus für das Ineinandergleiten der Filamente die Querbrückenbildung zwischen Aktin- und Myosinfilamenten ist.“

Hier nun die Erläuterung meines einschlägig ausgewiesenen Forenfreundeszum Pferdemodell .
„Leider (! :-))) , schreibt mein Forenfreund, „…ist der Mensch kein Pferd, so dass ich mich davor hüten würde, die dortigen Befunde auf den Menschen zu übertragen. Das gilt z.B. auch für die (angeblich) elastischen Achillessehnen der Kängurus, von denen man „in der Bewegungswissenschaft“ auf eine Elastizität der menschlichen Achillessehne gefolgert hat, die zwar in engsten Grenzen gegeben, aber bewegungstechnisch völlig vernachlässigbar ist….“
„…in der Tat gelten die Gelenkbänder – biologisch/funktionell – als unelastisch (was physikalisch natürlich kaum möglich ist). Das ist bedeutend im Hinblick auf die beiden wesentlichen Funktionen:
1. dafür Sorge zu tragen, dass sich die Gelenkflächen in der Bewegung nicht voneinander entfernen (Gelenkführung) und
2. in bestimmten Winkelstellungen eine Weiterbewegung zu stoppen (Gelenkhemmung). Beide Funktionen zeigen eine Wechselwirkung. Gelenkbänder bestehen fast ausschließlich aus dem Kollagentyp I, das maximal 5% dehnbar ist und nach Überschreiten der Dehngrenze reißt. Der Umstand, dass ein Gelenkband „…vielen Bewegungen des Gelenks folgen muss…“, wird dadurch gewährleistet, dass das eine Ende des Bandes in der Drehachse angewachsen ist oder – bei größerer Ausdehnung des Bandes – in jeder möglichen Gelenkstellung stets ein gewisser Prozentsatz des Kollagenfaserbündels straff gespannt ist. Was die Nachgiebigkeit anbetrifft, gilt entsprechendes im Übrigen auch von Sehnen, die auch aus Kollagen I bestehen und als „starre“ Übertragungselemente für die Muskelkraft gelten. Eine elastische Nachgiebigkeit des Sehnen-Muskelapparates ergibt sich nur innerhalb der Muskelfasern – beim entspannten Muskel – durch die Elastizität der Titinfilamente und – beim kontrahierten Muskel – durch die Elastizität der Myosinhälse…“

Elastizität der Sehnen in der Medizin
Allerdings habe ich  auch weitere Literaturhinweise gefunden, in denen das in der „PferdeDiss“ erläuterte Zusammenspiel von Sehnen und Muskeln fur den Menschen behauptet wird. Siehe den Artikel von C. Rosso zur Achillessehne in der Orthopädie, das ich dringend zur vollständigen Lektüre empfehle, hier… 
Dieser Beitrag zititiert ca. 40 Quellen, dürfte also einer durchaus ernst zu nehmenden Literaturstudie entstammen.
Auszug:„….Sehnen haben viskoelastische Fähigkeiten ähnlich einer Feder (spring-like property). Dadurch hat die Sehne – vor allem beim Laufen – die Eigenschaft, Energie zu speichern und diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder freizugeben. Wie bei einer Feder wird während des Fersenkontaktes Energie aufgenommen und während der terminalen Standphase (push-off) wieder abgegeben. Beim einbeinigen Hüpfen werden 74% der mechanischen Energie gespeichert, wobei 16% der Energie des Sprunges aus dem Rückstoss der Achillessehne freigesetzt werden.10 Beim normalen Gehen macht dieser Effekt 6% der totalen mechanischen Energie aus.
…. Inaktivität ist eng mit dem Altern verbunden; eine inaktive Achillessehne weist ähnliche Veränderungen wie eine gealterte Achillessehne auf. …
Conclusio und klinische Implikationen
Die Achillessehne sollte in Verbindung mit ihren Muskeln (Mm. gastrocnemius medialis et lateralis und M. soleus) und ihrer Aponeurose als sogenannte Muskel-Sehnen-Einheit (muscle-tendon unit) betrachtet und untersucht werden. …

…Beim Gehen/Laufen wirkt die Achillessehne wie eine Feder bzw. wie ein Katapult …. Auf diese Art und Weise können die Wadenmuskeln nahe ihrer optimalen Länge arbeiten. … Wie andere Sehnen hat die Achillessehne einen optimalen Arbeitsbereich, welcher durch die Zug-Belastungskurve (stress-strain curve, Abb. 3) beschrieben wird…“
Dieser Beitrag ist von einem medizinwissenschaftlichem Portal ins Internet gestellt worden, um Verständnis von Achillessehnenproblemen zu fördern.

Exkurs; Muskeltheorien
Bei dieser Gelegenheit stieß ich in Arbeitsmaterialien zur Vorlesung der Bewegungswissenschaft auf zwei unterschiedliche Annahmen zur Muskelarbeit, nämlich Gleittheorie und Querbrückentheorie siehe hier zum Download, S. 33. Hochinteressant, dass hier offenbar zwei Theorien existieren, allerdings: Stand 1999.

Elastische Sehnen schwingen
In einer weiteren Antwort meines Forenfreundes, weil ich nicht Ruhe gab, heißt es: „….hier noch einmal eine Überlegung, warum eine Sehne nicht elastisch sein darf! Wäre eine Sehne elastisch, hätte sie eine charakteristische Eigenfrequenz und würde diese den Kontraktionen des zugehörigen Muskels aufzwingen. Beispiel aus der täglichen Praxis: Hängt man ein Gewicht (= äußere Masse) an ein Gummiband (= Sehne) und versucht, mit der Hand (= Muskelfasern) das Gewicht in Hin- und Herbewegung zu versetzen, gelingt das nur, wenn man sich mit den Bewegungen der Hand an die Eigenfrequenz des Gummibandes anpasst. Bewegt man die Hand langsamer, bekommt das Gewicht allenfalls unkoordinierte Taumelbewegungen. Bewegt man die Hand schneller, bleibt das Gewicht nahezu am Ort. Will somit ein Muskel Bewegungen mit unterschiedlichen Frequenzen produzieren, muss er in der Lage sein, seinen Elastizitätsmodul an die jeweilige Situation anpassen zu können. Das geschieht vor jeder Bewegung durch die Koordinationszentren des Gehirns, die festlegen, wie viele Muskelfasern mit welcher Entladungsrate zu ein und demselben Zeitpunkt aktiv sind, d.h. wie viele Akto-Myosin-Querbrücken mit elastischen Myosinhälsen zum gleichen Zeitpunkt parallel und in Serie geschlossen sind. Auf diese Weise kann der Muskel seine Schwingungsfrequenz in nahezu unendlichen Abstufungen der momentan vorherrschenden Situation anpassen – aber nur, wenn die Sehne dies 1:1 an den Knochen weitergibt. Und das kann sie nur, wenn sie absolut keine Eigenfrequenz besitz, also (in Richtung der Kraftübertragung) starr ist …“ (Hervorhebung von mir)
Schwingungen können im Bewegungsapparat  positive Wirkungen entfalten, siehe den orthopädischen Beitrag von C. Rosso, oben, bisweilen aber auch zu Zerstörungen führen. Letzteres wird auch als Argument für das profilaktische Tragen von Bandagen im Wettkampf angeführt.
Das Schwingungsargument überzeugt daher nicht wirklich, denn man müsste auch erklären, weshalb sie beim Pferd gut funktionieren, beim Menschen aber schädlich sind.

Übertragbarkeit von Materialeigenschaften zwischen den Spezies
Bei der Durchsicht der Literaturnachweise der PferdeDiss finden sich auch Zitationen zur Elastizität bei anderen hochentwickelten Organismen. Die Bedenken der Übertragbarkeit grundsätzlicher Funktionsbetrachtungen über unterschiedliche Spezies hinweg, sind in der Tiermedizin anscheinend nicht so ausgeprägt.

Tote Sehnen als elastisches Material
Sogar im toten Zustand sind Sehnen noch elastisch:“The elastic properties of particular sinews were also used in composite recurved bows favoured by the steppe nomads of Eurasia.[citation needed] The first stone throwing artillery also used the elastic properties of sinew.[citation needed] “ aus engl. Wikipedia Begriff Tendon), Hervorhebung von mir. Siehe auch die Versuche von S. Lehner, im Anfang hier zitiert.

Robotik
Auch in der Robotik werden die Sehnen und Bänder als elastische Elemente simuliert. (Download Paluska und Herrr…).
So schreiben die Autoren in ihrer Conclusion „We have shown a simple model which predicts how constant series elasticity can amplify actuator power output over the appropriate stroke length. We believe this phenomenon plays an important role in the performance of biological systems.“
Die dort verwandten Mechanischen Modelle sind identisch oder ähnlich den von S. Lehner gezeigten, s.o.

Unterschiede der englischen zur deutschen Wikipediaausgabe

Die englische Wikipediaausgabe wertet das Zusammenspiel der elastischen Sehnen mit der Muskulatur offenbar als Standardwissen. Die sehr reichhaltigen Unterabschnitte zur Funktion (s. Bild links) fehlen in der sehr dürren deutschen Ausgabe. Woran das liegt, wäre gelegentlich zu untersuchen. Das wären dann wissenschaftssoziologische Betrachtungen, siehe den Exkurs im nächsten Abschnitt.

Nun habe ich also etwas dazugelernt: auch mal in die englische Wikepedia-Version schauen, siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Ligament :„…Ligaments are elastic; they gradually lengthen when under tension, and return to their original shape when the tension is removed. This is in contrast with tendons, which are inelastic. …“ Sind sie sogar noch elastischer als die Sehnen?

Dass Bänder und die von ihnen zusammengehaltenen Gelenke in gewissem Maße elastisch sind, ist angesichts der Ergebnisse dieser stichprobenartigen Literatursuche nicht ernsthaft bestreitbar. Die verbleibende Frage ist, ob und inwieweit diese Elastizität für das Makro-Bewegungsgeschehen relevant ist.
So bleibt die Frage, inwieweit die Geometrie der Gelenke (Exzenter) durch extreme Hebeleffekte bewegungsrelevante Katapulteffekte auf Basis der Bänderelastizität ermöglicht, obwohl dies für ein linear gezogenes Band (5% Längendehnung) weniger wahrscheinlich anzunehmen ist.
Es könnten dann grundsätzlich auch die Gelenkknorpel eine bewegungsrelevante elastische Funktion ausüben.

Aber, Achtung, Studierende der Sportwissenschaften bitte aufpassen, wenn in einer Prüfung danach gefragt wird: Bänder und Sehnen gelten in der Biomechanik  als unelastisch!

Wissenschaftssoziologischer Exkurs
Kann es vielleicht sein, dass neuere Erkenntnisse in Deutschland einerseits und in den angelsächsischen Ländern andererseits, unterschiedlich schnell angenommen werden (Innovations- und Diffusionsforschung)? Eine unterschiedliche „Lehrmeinung“ zwischen angelsächsischer und deutscher sportmedizinischer Literatur war mir schon mal Ende der 70er begegnet: eine von der DFG in Auftrag gegebene Literaturstudie zum Muskelkater ging durch die Tagespresse. Die britischen Wissenschaftler präferierten die Verletzungstheorien (inter- und intrazellulär), die deutschen die Milchsäureerklärung. Insofern überrascht mich die unterschiedliche Darstellung in englischer und deutscher Wikipedia nicht mehr. Aus dieser einzelnen Begebenheit allein, die dazu 30 Jahre zurückliegt, kann natürlich kein weiterreichender Schluss gezogen werden. Immerhin findet sich im deutschen Wikipedia heute ebenfalls die Verletzungstheorie, siehe hier…  und eine recht simple Auschlusserklärung gegen die Michlsäureannahme.
Nebenbei, die Beobachtung, das passive, also exentrische Belastungen weniger „materialschonend“ sind, als aktive, also konzentrische, habe ich aufgrund eigener Erfahrungen mit einer langwierigen chronischen Achillessehenentzündung  vor Jahren festgestellt. Die konnte ich durch Geschwindigkeitsmärsche, steil den Berg hinauf, langsam überwinden.
Wissenschaft ist besonders im humanmedizinischen Bereich immer im Fluss. Wer sich beispielsweise mal mit dem Thema Entzündungen befasst hat, wird feststellen, das die neueren Arbeiten inzwischen derart molekular, detailliert und komplex sind, dass nur wenige Experten den Durchblick haben dürften.

Über Bewegungswissenschaft
Ein gewisses Verständnis für die hier aufscheinenden Diskrepanzen zwischen Lehrmeinung in der Bewegungswissenschaft und Befunden neuerer medizinischer Forschung, wird vielleicht auch durch folgende Beschreibung dieses Wissenschaftsfeldes erleichtert:

„….Was die „Bewegungswissenschaft“ betrifft, so ist diese kaum existent. Es gibt unter den Bewegungswissenschaftlern Pädagogen, Psychologen, Philosophen, …. aber auch Biologen und Physiker (oder auch Biophysiker oder Biomechaniker). Letztere stützen sich in anatomischen Fragen auf die Humanmedizin. Mein persönliches Standardwerk ist Rauber/Kopsch, Anatomie des Menschen. Dort ist ausführlich über starre Gewebe und elastische Gewebe nachzulesen. Gelenkbänder gehören zu den starren Geweben und bestehen aus Kollagen. Kollagenfibrillen sind im unbelasteten Zustand leicht wellenförmig angeordnet, diese Wellen straffen sich aber bei geringerer Belastung und danach gelten Gelenkbänder als unelastisch (allenfalls schwach viskös bei geringeren Belastungen). Elastische Gewebe bestehen nicht aus Kollagen. Soweit mir bekannt, gibt es im menschlichen Organismus nur ein erwähnenswert elastisches „Band“, das Ligamentum flava an der Wirbelsäule. Dieses hat in der deutschen Terminologie zwar den Namen „Band“, ist aber nicht aus Kollagen, dem Material der aus Gelenkkapseln entsprungenen Gelenkbänder…““

Vorerst abschließender Kommentar meines Forenfreundes
Nun hat mein Forenfreund nach Lektüre dieses Beitrages doch noch einen ausführlichen Kommentar gegeben, den ich hier weder ignorieren kann, noch will:

„Hallo hollo43, wieder einmal hast du es geschafft, mich einmal mehr und ausführlicher mit Problemen auseinander zu setzen, die mich von meinen eigentlichen Vorhaben ablenken. Bei dem Stöbern in „tennisfragen“ stieß ich auf eine zurückliegende Diskussion zur Sehnenelastizität und auf einige Passagen (aus deiner Feder, nehme ich an), die ich nicht recht einzuordnen weiß.

Aus diesem Grunde konnte ich es mir nicht verkneifen, etwas eingehender nachzulesen. Dazu nur einige kurze Bemerkungen: Alle biologischen Gebilde besitzen eine gewissen Nachgiebigkeit, selbst Knochen zeigen eine Elastizität. Für den Bewegungstheoretiker ist es allerdings bedeutsam, in wieweit diese Elastizität über eine Relevanz für Bewegungsphänomene verfügt.

Natürlich besitzen, wie alle biologischen Strukturen, z.B. die Seitenbänder und Kreuzbänder des menschlichen Kniegelenkes eine gewisse Nachgiebigkeit. Dies aber nicht, um aufgrund eines Elastizitätsmoduls Bewegungsphänomene zu verursachen, sondern lediglich, um bei unnatürlichen Überlastungen einen gewissen Schutz gegenüber Destruktionen zu besitzen.

Nicht so beim Pferd und ähnlich schwergewichtigen Vierbeinern, die z.B. in den Schnappgelenken (beim Menschen nicht zu finden) elastische Bänder zur Erfüllung spezieller biologischer Funktionen besitzen. Es steht somit außer Frage, dass im Organismus (von Mensch und Tier) Bänder und Sehnen zu finden sind, die über eine deutliche Elastizität verfügen. Deren Hauptbausubstanz ist dann aber nicht Kollagen vom Typ 1, sondern vorwiegend Elastin, wie beim Menschen das Lig. flava oder beim Pferd das Nackenband. Diese müssen – sollen sie biologisch sinnvoll funktionieren – stets von parallel geschalteten Muskeln begleitet werden, um im Bedarfsfall ihre elastische Wirkung aufzuheben oder zumindest an wechselnde Bedingungen anzupassen.

Dies wird in der Dissertation von Ziermann 2006 nicht gebührend berücksichtigt. Zudem stützt sich Ziermann , was die Elastizität des Muskel-Sehnen-Apparates des Menschen angeht, zu sehr auf Cavagna (1964), der zu der Zeit die Quelle der Elastizität des Muskel-Sehnen-Apparates, die Myosinhälse, noch gar nicht kennen konnte. In ähnlichen Untersuchungen aus den 70er Jahren konzentriert sich Cavagna dann auf die zu der damaligen Zeit bekannten Querbrücken (auch wenn er die Myosinhälse noch nicht anspricht bzw. noch nicht ansprechen kann). Spätere Arbeiten zu diesem Themenkomplex argumentieren vorwiegend mit dem Begriff des „Muskel-Sehnen-Komplexes“ (mucle-tendon-unit) oder – wenn sie sich auf die elastischen Komponenten des Muskels beziehen – mit dem Konstrukt der serienelastischen Elemente (SEE) des Muskels (so auch der von dir annoncierte Aufsatz von Sasaki / Neptune). Zu den SEE werden (heute) insbesondere die Myosinhälse, die Aktinfilamente, die Z-Scheiben, die Transmembranfilamente und eben die Sehnen gerechnet, sofern sie Komponenten von Elastin enthalten. Im Übrigen lassen die Methoden, die Sasaki/Neptune einsetzen, in keiner Weise eine Aussage über die Elastizität der Sehne zu (hätte mich auch gewundert), sondern eben nur über die der SEE-Gesamtheit.“

 

 

 

© Dr. Holger Hillmer

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