Biomechanik und funktionelle Diagnostik der Achillessehne

Einleitung

Achillessehnenbeschwerden sind ein häufig auftretendes Krankheitsbild in der orthopädischen Praxis. Neben der akuten und der chronischen Achillessehnenruptur gehören vor allem Tendinopathien im Bereich der Midportion und des Ansatzes der Achillessehne zu den häufig vorkommenden Entitäten. Bei der Behandlung der unterschiedlichen Beschwerden steht die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Ärzten, Orthopädie-Technikern, Physiotherapeuten und Bewegungswissenschaftlern an erster Stelle. Das Verständnis der funktionellen Anatomie – insbesondere die Funktionen der anteiligen Muskeln, der Muskelursprünge, der Blutversorgung und der Innervation – ist die Basis einer problemorientierten Therapie.
Ihren Namen hat die Achillessehne vom griechischen Krieger Achilleus, der von seiner Mutter in den Fluss Styx getaucht wurde, wodurch er unsterblich werden sollte. Da er allerdings dabei an der Ferse festgehalten und diese nicht vom Wasser berührt wurde, blieb die Achillessehne die einzige verwundbare Stelle seines Körpers. Achilleus wurde durch einen Pfeil getötet, der ihn an genau dieser Stelle traf ¹ ². Bis heute wird der Begriff „Achillesferse“ bildungssprachlich für eine verwundbare Stelle, einen empfindlichen, schwachen Punkt verwendet.

Funktionelle Anatomie

Die Achillessehne ist die dickste und kräftigste Sehne im menschlichen Körper ³ ⁴. Sie wird aus dem dreiköpfigen Wadenmuskel (M. triceps surae) gebildet. Der M. gastrocnemius und der M. soleus, die gemeinsam die Achillessehne bilden, wirken gemeinsam mit dem M. plantaris als Plantarflektoren im oberen Sprunggelenk, während der M. gastrocnemius zusätzlich an der Knieflexion beteiligt ist. Der M. gastrocnemius verläuft über insgesamt drei Gelenke (Kniegelenk, oberes Sprunggelenk, Subtalargelenk), daher ist die Achillessehne für Verletzungen anfälliger als Sehnen, die nur ein Gelenk überspannen ⁵. Während der M. gastrocnemius mehrheitlich für die Propulsion des Körpers beim Gehen, Laufen und Springen verantwortlich ist, kommt dem M. soleus zum größeren Teil eine Haltefunktion zu, die der Rückfußstabilisation dient ⁶ ⁷. Der M. soleus hat mit 40 % den größten Anteil an der Plantarflexionskraft, ihm folgen der M. gastrocnemius mit 33 % und die Zehenflektoren mit 27 % ⁸ ⁹.

Torsion der Fasern steigert Belastbarkeit

Die mechanische Belastbarkeit der Achillessehne wird durch die Torsion der Fasern verbessert: Während die Achillessehne nach distal zieht, verwringen sich ihre Fasern um 90 Grad, sodass die medialen Fasern nach posterior und die posterioren Fasern nach lateral rotieren ¹⁰¹¹¹²¹³. Dadurch inserieren die tieferliegenden Soleusfasern hauptsächlich medial, die Fasern des medialen M. gastrocnemius lateral distal und die Fasern des lateralen M. gastrocnemius lateral proximal an der Hinterkante des Calcaneus (Abb. 1). Daraus lässt sich biomechanisch die Häufigkeit der muskulotendinösen Verletzung des medialen Gastrocnemius erklären. Gelangt der Rückfuß in eine Supinationsstellung und versucht der Patient gleichzeitig, sich nach vorne zu bewegen oder abzustoßen, werden die anatomisch längsten Fasern unter eine asymmetrische Zugspannung gebracht und können am vulnerabelsten Ort, dem Sehnen-Muskel-Übergang, reißen ¹⁴.

Missverhältnis Sehnendicke und Muskelquerschnitt, Ernährungssituation

Im Gegensatz zu anderen Muskeln im menschlichen Körper besteht bei der Achillessehne ein ungünstiges Verhältnis zwischen Sehnendicke und Muskelquerschnitt: Herrscht normalerweise ein Verhältnis von 1:50 zwischen Sehne und Muskel, so beträgt das Verhältnis bei der Achillessehne 1:125 (Abb. 2). Dies führt zu wesentlich höheren Belastungen der Sehne ¹⁵. Zudem ist die Achillessehne wie alle anderen Sehnenorgane im Körper ausschließlich einer indirekten Blutversorgung ausgesetzt: Die regelrechte Vaskularisation erfolgt nur bis auf Höhe des Paratenons; der weitere Metabolismus des bradytrophen Sehnengewebes erfolgt lediglich durch Diffusion ¹⁶. Im Falle einer Verletzung ist daher die Regenerationskapazität aufgrund der eingeschränkten Ernährungssituation deutlich kompromittiert. Zusammengefasst unterscheidet sich die Achillessehne sowohl durch ihre komplexe Anatomie als auch durch ihre grundlegende Funktion in der Gangbewegung vom sonstigen Sehnengewebe im menschlichen Körper. Dysfunktionen in diesem Bereich haben erhebliche Auswirkungen auf den gesamten Bewegungsablauf. Daher ist es wichtig, Pathologien rechtzeitig zu erkennen und entsprechend zu behandeln.

Biomechanik der Achillessehne

Die Achillessehne nimmt beim Gangzyklus eine entscheidende Rolle bei der Kraftübertragung ein: Beim normalen Laufen wirkt das 2,5- bis 12,5‑Fache des menschlichen Körpergewichts auf das Achillessehnen-Gewebe ein ¹⁷¹⁸. Bei einem 80 kg schweren Mann bedeutet dies bis zu einer Tonne Krafteinwirkung. Bei einem Marathonlauf in Weltrekordzeit (2 Stunden, 1 Minute, 39 Sekunden, aufgestellt 2018 in Berlin von Eliud Kipchoge aus Kenia) kann bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von ca. 21 km/h mit 900 kg (entsprechend 9.000 N) Krafteinwirkung gerechnet werden. Bei 700 bis 900 Wiederholungen pro Kilometer wirken somit innerhalb eines Marathonlaufes 26.460 bis 34.020 Tonnen als summarische Belastung auf die Achillessehne ein ¹⁹. Dies entspricht ungefähr dem 35.000-fachen Gewicht eines Kleinwagens.

Pathomechanismen

Bei Achillessehnenbeschwerden spielen neben mechanischen auch biologische Faktoren eine wichtige Rolle. Die Einnahme bestimmter Medikamente, beispielsweise Cortison oder Fluorchinolonantibiotika, sowie Stoffwechselstörungen, Diabetes mellitus oder Erkrankungen aus dem rheumatischen Formenkreis können die Belastbarkeit der Sehne einschränken. Zu den intrinsischen Risikofaktoren insbesondere bei Tendinopathien gehören Übergewicht, männliches Geschlecht, Blutgruppe 0, eine Vorverletzung bzw. Vorschäden der Sehne und das Vorliegen von Fußdeformitäten ²⁰.

Biomechanische Testverfahren

Bei der Suche nach mechanischen Ursachen werden folgende Verfahren angewendet: Lauf- und Ganganalyse, biomechanische Testung (mit Testung der Maximalkraft), Stabilometrie sowie kinematische Rückfußanalyse. Bei der Stabilometrie wird im Einbeinstand auf einer instabilen Plattform der Verlauf des Angriffspunktes des Körperschwerpunktes betrachtet („center of pressure“, COP). Dabei wird der Perimeter (mm) gemessen, der die insgesamt zurückgelegte Strecke des COP beschreibt, sowie der elliptische Bereich (mm2), der die Gesamtfläche angibt, die vom COP umschrieben wird. Zusätzlich wird die Ausgleichsbewegung des Rumpfes zur Erhaltung der Stabilität berücksichtigt, sodass Rückschlüsse auf mögliche neuromuskuläre Muster gezogen werden können (Abb. 3–5).

Bei der Laufanalyse sind mittels High-Speed-Videoaufnahmen, die die Bewegung mit einer Frequenz von bis zu 1.000 Hz dokumentieren, bereits diskrete Fehlbewegungen von Blockaden über asymmetrische Verkippungen bis zu Rotationsfehlstellungen vom Fuß bis zur Wirbelsäule analysierbar. Sie dienen somit zum einen als Grundlage insbesondere für das Verständnis sportartspezifi scher Belastungsmuster, zum anderen jedoch auch zu Therapieempfehlungen wie Sportschuhwechsel, Einlagenversorgung oder gegebenenfalls Trainingsund Technikadaptationen. Die Detektion pathologischer Abrollbewegungen in der Ganganalyse mit Beurteilung des Wechsels von der Rückzur Vorfußbelastung (im Normalfall zwischen 30 und 50 % im „rollover process“) können bei Achillessehnenerkrankungen essentiell für die Steuerung der weiteren Behandlung sein (s. das Fallbeispiel unten) ²¹.

Übermäßige Rückfußexkursionen führen zur Schädigung der Sehne

Der Ausschluss von Rückfußinstabilitäten, insbesondere vermehrte Varus/Valgusachsen bzw. exkursionen, wie sie beispielsweise nach Traumata oder durch das Tragen inadäquaten Schuhwerks entstehen, stehen bei Untersuchungen in Bezug auf Achillessehnenbeschwerden im Vordergrund ²². Eine vermehrte Supination beim Aufsetzen des Fußes im Gangzyklus sowie eine vermehrte Pronation bei der Abrollbewegung führen zu extremen Varusbeziehungsweise Valgusexkursionen des Rückfußes (Abb. 6). Dadurch kommt es zum Auftreten intratendinöser Scherkräfte, was wiederum zu Mikrotraumata, einem konsekutiven Faserödem und somit zur Schädigung der Sehne führt.

Krankheitsbilder und biomechanisch gesteuerte Therapieansätze

Bei Sehnenerkrankungen sind in der Regel degenerative Veränderungen Grundlage der Pathologie; dabei ist ein Missverhältnis von Belastung und Belastbarkeit ursächlich. Tendinopathien im Bereich der Achillessehne wegehören zu den häufi gsten Überlastungsschäden bei Sportlern, insbesondere Läufern und Ballsportlern ²³. Entsprechend wichtig sind bei der Behandlung daher handfeste und im Alltag umsetzbare Therapiekonzepte.

Midportion-Tendinopathie als Überlastungserscheinung

Am häufigsten tritt die sogenannte Midportion-Tendinose auf, bei der sich die Pathologie 2 bis 8 cm proximal des calcanearen Ansatzes befi ndet. Eine kontrollierte Belastung des Sehnengewebes, die zur Erhöhung der Sehnenspannung führt, ist Grundlage der Therapie. Dadurch kommt es zur Kollagenneogenese, was wiederum strukturelle Veränderungen der Sehne beeinflusst beziehungsweise Reparaturvorgänge in Gang setzt ²⁴.

Ziel der Rehabilitation von Sehnenerkrankungen und ‑verletzungen ist die Wiederherstellung eines Gleichgewichts im myofaszialen System. Isometrische Spannungsentwicklungen folgen hierbei auf konzentrische Belastungen. Anschließend werden exzentrischbelastende Übungen durchgeführt, die an konzentrische Kontraktionen gekoppelt werden ²⁵. Isometrisches Training (Abb. 7a) ist weniger schmerzhaft als exzentrisches Training, aber ebenso effektiv; es ist daher in Anfangsstadien der Erkrankung, während eines Wettkampfes oder bei ausgeprägter Schmerzempfindlichkeit zu empfehlen ²⁶. Für die längerfristige Besserung insbesondere bei ausgeprägten Beschwerden ist die Kombination von exzentrischem Training und Erhöhung der Sehnenspannung („tendon loading“) allerdings unerlässlich. Ein exzentrisches Training über den Zeitraum von drei Monaten bildet dabei die Basis der Therapie²⁷²⁸²⁹ (Abb. 7b). Bei den Übungen ist zwingend auf eine kontrollierte gerade Fersenbeinstellung zu achten: Kippt das Fersenbein beim Absinken weg, ist die Dehnung inadäquat. Neueste Arbeiten empfehlen zusätzliches Training unter Beachtung der Neuroplastizität beim sogenannten „tendon neuroplastic training“.
Dabei werden die Übungen mit einem neuromuskulären Stimulus (beispielsweise durch Taktung mit Hilfe eines Metronoms) verbunden. Dadurch sollen Kräftigungsübungen mit einer Rehabilitation des Motorcortex verbunden werden, um alle Ebenen der Dysfunktion zu adressieren ³⁰. Die Extrakorporale Stoßwellentherapie (ESWT) steht als Therapieform zusätzlich zur Verfügung; dabei wird die Einwirkung von Druckwellen auf Schmerzreduktion und Gewebsregeneration genutzt³¹. Sowohl das exzentrische Training als auch die Stoßwellentherapie gehören nach aktueller Studienlage dem höchsten Evidenzniveau an.

Rückfußstabilisierung

Aufgrund des entscheidenden Einflusses der Rückfußstellung auf die Sehne ist die Rückfußstabilisierung ein weiterer wichtiger Behandlungsansatz ³². Neben einem physiotherapiegesteuerten propriozeptiven Training ist die biomechanisch orientierte Schuheinlagenversorgung besonders relevant. Eine ausführliche Anamnese und eine Begutachtung des aktuellen Schuhwerks werden durch eine klinische Beurteilung des Fußgewölbes, der Beckenbeinachse sowie der Torsion des Schenkelhalses ergänzt. Die detaillierte Fußanalyse auf dem Spiegeltisch kann helfen zu beurteilen, wie sich der Fuß unter Belastung verhält. Des Weiteren besteht die Möglichkeit einer dynamischen Druckverteilungsmalvermessung. Dadurch kann eine etwaige Differenz der statischen und dynamischen Fußform sowie das Abrollverhalten berücksichtigt werden ³³. Der Einsatz weicher Fersenkissen ist bei Achillessehnenbeschwerden nicht indiziert, da sie eine Rückfußinstabilität begünstigen und durch erhöhte Varus/Valgusexkursionen (s. Abb. 6) den Stress auf die Sehne durch Scherkräfte erhöhen. Schuhadaptationen wie beispielsweise Abrollrampen oder eine Anpassung der Fersenkappe (insbesondere bei ausgeprägten HaglundExostosen) haben sich im klinischen Alltag als hilfreich erwiesen, um Druck und Scherkräfte auf die Achillessehne zu verringern. Die Einlage eines Fersenkeils aus Hartschaum in Kombination mit knöchelhohem, rückfußstabilisierendem Schuhwerk sollte nur kurzfristig bei ausgeprägteren Beschwerden in Betracht gezogen werden (Abb. 8).

Diese Maßnahmen sollen vor allem sportlich aktiven Patienten helfen, möglichst zeitnah das sportartspezifi sche Training wieder aufzunehmen Komplexität von Achillessehnenrupturen Bei Achillessehnenrupturen ist der Heilungsverlauf aufgrund der Komplexität der Verletzung oft wesentlich langwieriger. Oberstes Ziel hierbei ist der Funktionserhalt der Sehne.

Sowohl bei konservativer als auch bei operativer Behandlung spielen orthopädietechnische Hilfsmittel eine entscheidende Rolle. Das jeweilige operative versus konservative Vorgehen muss dabei für jeden Patienten individuell entschieden werden. Wichtig ist, dass es sich bei Rupturen häufi g um komplexe Rissformen handelt: In 80 % der Fälle bestehen isolierte Soleusabrisse. Da der Funktionsverlust an erster Stelle steht, ist hierbei erwähnenswert, dass es bei der offenen operativen Behandlung von Achillessehnenrupturen in der Regel zu einem isokinetischen Kraftverlust von 2 bis 18 % kommt ³⁴. Bei konservativer Therapie ist dieser mit durchschnittlich 10 bis 40 % wesentlich höher. Ebenso ist die durchschnittliche Rückkehr zum sportlichen Niveau wie vor einer Ruptur bei operativer Therapie mit 90 bis 98 % wesentlich höher als bei konservativer Therapie mit 37 bis 100 % ³⁵³⁶. Des Weiteren besteht eine deutlich höhere ReRupturrate bei konservativ therapierten Rupturen als bei operativ versorgten Patienten – je nach Studie 12 versus 4 % ³⁷³⁸. Um einen Funktionsverlust zu verhindern, gilt es bei jeder Form der Behandlung eine Elongation der Achillessehne zu vermeiden, da dies durch Verlust der maximalen Plantarfl exionskraft mit dem klinischen Outcome korreliert ³⁹.

Funktionelle Nachbehandlung

Verschiedene Therapieregimes der funktionellen Nachbehandlung haben sich im Laufe der Zeit etabliert. Wichtig dabei ist stets die Fersenerhöhung und Rückfußstabilisierung bei Belastung im Stand.

Dazu werden unterschiedliche Orthesen und Schuhversorgungen verwendet (Abb. 9 ac). Wichtig zu erwähnen ist hierbei, dass bei unterschiedlichen Modellen unterschiedlich hohe Kräfte auf die Achillessehne einwirken. Grundsätzlich reduziert sich zwar jeweils die Kraft durch Anwendung eines Fersenkeils, je nach Modell jedoch in unterschiedlichem Ausmaß. Grundsätzlich findet in rigiden Therapieschuhen eine höhere Entlastung der Sehne als in flexiblen Modellen statt. Die Körperschwerpunktverlagerung in flexiblen Therapieschuhen führt zu einem aktiveren Gangbild, jedoch auch zu einer Zunahme der Bodenreaktionskraft. Die Kombination der Eigenschaften eines flexiblen mit einem rigiden Therapieschuh sind erstrebenswert⁴⁰. Im klinischen Alltag der Verfasser hat sich daher die Verwendung eines flexiblen Therapieschuhs mit hohem Schaft bewährt. Die Erfahrung zeigt, dass es dabei auch seltener zum Auftreten von Druckulcera im Bereich der Ferse kommt.

Fallbeispiel: Zurück in den Profifußball nach Achillessehnenruptur

Das Behandlungsbeispiel eines Profifußballers zeigt den idealtypischen Verlauf der Behandlung und das beispielhafte Ineinandergreifen von orthopädischer Chirurgie einerseits und orthopädietechnisch gestützter und durch Physiotherapeuten und Sportwissenschaftler koordinierte und betreute Nachbehandlung andererseits auf. Nach operativer Therapie mit Achillessehnennaht in Klöppeltechnik nach Segesser/Weisskopf erfolgte die Therapie im Stabilschuh mit rigider Lasche (welche die Dorsalextension limitiert sowie über die Vorspannung der Lasche die Plantarfl exionsbewegung unterstützen soll) und 3 cm Fersenkeil (Abb. 10). In den ersten 6 Wochen postoperativ standen propriozeptives Training sowie Training der Kraftausdauer an erster Stelle. Die ersteDruck-/Ganganalyse postoperativ wurde nach 6 Wochen, anschließend nach 10, 16 und 26 Wochen durchgeführt. Dabei zeigte sich eine Normalisierung der Abrollbewegung im Verlauf – bei initial noch verminderter Abstoßkraft zum Zeitpunkt des zweiten Kraftmaximums (Abb. 11–13).

Dann erfolgte die Weiterführung des Trainings mit Abbau des Stabilschuhs sowie Hypertrophietraining. Ab der 12. postoperativen Woche wurde das Training in Richtung progressive Dynamik geleitet.

Bereits in der 16. postoperativen Woche ergab sich in der isokinetischen Krafttestung (Abb. 14) lediglich noch ein Kraftdefizit von 26 % bei der Plantarflexion im Vergleich zur nicht operierten Seite. Ab der 18. Woche konnte mit dem sportartspezifischen Training begonnen werden. Nach 6 Monaten ließ sich in der isokinetischen Kraftmessung keine Differenz mehr zur nichtoperierten Seite feststellen. Die Rückkehr ins sportartspezifische Training erfolgte nach 7 Monaten.
Hieraus lässt sich ableiten, dass sich bei idealer Versorgung von Seiten aller Disziplinen bei optimalen Grundvoraussetzungen ein funktionell bestmögliches Ergebnis erzielen lässt. Dieses Beispiel soll alle Fachrichtungen ermutigen, im individuellen Fall mit dem entsprechenden Know-how zur erfolgreichen Verbesserung der Situation beizutragen.

Für die Autoren:
Dr. med. Carmen Döbele
Kantonsspital Baselland
Klinik für Orthopädie und Traumatologie des Bewegungsapparates
Rheinstrasse 26, CH-4410 Liestal
carmen.doebele@ksbl.ch

Begutachteter Beitrag/reviewed paper

Zitation
Döbele C, Weisskopf L. Biomechanik und funktionelle Diagnostik der Achillessehne. Orthopädie Technik. 2019; 70 (10): 20–27

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Funk­tio­nel­le Anatomie

Tor­si­on der Fasern stei­gert Belastbarkeit

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Bio­me­cha­nik der Achillessehne

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