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Wissenschaft im Alltag: Glückliche Landung

Wer läuft, kann auch fliegen. Spezielles Schuhwerk federt die Kollision mit dem Boden ab.
Sport ist gesund, Bewegungsmangel hingegen fördert Übergewicht und Haltungsschäden. Wie gut, dass gerade Ausdauersportarten wie Joggen oder Walken derzeit "in" sind. Doch der Trend hat auch seine Schattenseiten. Als die Natur uns im Lauf der Jahrmillionen fit für den Dauerlauf machte, war noch keine Rede von Asphalt und Beton. Verletzungen, Gelenkbeschwerden und Entzündungen von Sehnen und Bändern gehören heutzutage deshalb oft zum Läuferalltag.

Laufschuhe bieten einen Ersatz für die Sand- und Grasböden, die unsere Vorfahren in den Savannenlandschaften Afrikas vorfanden. Darüber hinaus sind sie Sportgeräte, die den Fuß in seiner Bewegung führen, um Belastungen der Knochen, Sehnen, Bänder und Knorpel zu minimieren und Muskelarbeit optimal in Vortrieb umzusetzen.

Der Aufbau eines LaufschuhsLaden...
Der Aufbau eines Laufschuhs | Statt einer Pronationsstütze bietet dieser Neutralschuh einen Pronationsschutz: Wo die Ferse aufsetzt, gibt er nach, der Fuß sinkt tiefer zum Boden und kippt weniger nach innen. Außerdem beschränkt ein so genannter Shank aus Kunststoff die Torsion des Schuhs zwischen Vor- und Rückfuß.
Biomechanisch lassen sich drei Phasen der Laufbewegung unterscheiden: Aufsetzen, Abrollen und Abstoßen. Während Geher und Walker immer einen Fuß auf dem Boden haben, gehört zum Joggen eine kurze Flugphase. Das macht zwar schnell, doch etwa zehn bis dreißig Millisekunden nach der Landung wirken zwei- bis viermal so große Gewichtskräfte auf die Gelenke wie im Stand. Die Muskulatur benötigt aber etwa vierzig Millisekunden, um darauf zu reagieren und Stoßkräfte durch Kontraktion zu absorbieren. Dem tragen Laufschuhe durch gute Stabilität im Fersenbereich ebenso Rechnung wie durch eine Dämpfung mittels Schaumstoffen, Gel- oder Gaskissen. Dabei darf es nicht das Ziel sein, die gesamte Energie des Aufpralls abzupuff ern – der Körper braucht Belastungsreize. Ein zu weicher Schuh kann den Abbau von Muskeln und Fasern des Bandapparats, sogar die Entmineralisierung von Knochen zur Folge haben.

Unmittelbar nach dem Bodenkontakt kippt der Fuß leicht nach innen (fachlich: Pronation). Diese Bewegung erfolgt im unteren Sprunggelenk, das Rück- und Vorfuß voneinander entkoppelt. Letzterer kann sich dadurch leichter auf den Untergrund einstellen, außerdem vernichtet dieses leichte Kippen kinetische Energie, dämpft also Stoßkräfte. Ende der 1980er Jahre begann Adidas deshalb, die Sohle in Vor- und Rückfuß zu teilen und beide Bereiche gegeneinander verdrehbar durch so genannte Torsionselemente zu verbinden. Die anderen Hersteller zogen nach, doch bald klagten Läufer über Beschwerden. Weil die Ferse im Schuh einige Zentimeter über dem Boden steht, wirken bei der Pronation starke Hebelkräfte, die völlige Entkopplung von Vor- und Rückfuß überforderte die nicht mehr an das Barfußlaufen gewöhnten Füße. Heute wird ein Schuh deshalb häufig im Übergangsbereich stärker tailliert, sodass er sich dort auch verdrehen kann.

Problematisch sind heutzutage vor allem die Fußfehlstellungen, allen voran die "Überpronation". Dieses ausgeprägte Nachinnen-Kippen mit Anheben des Fußaußenrands und des Fersenbeins belastet Sehnen und Bänder. Typische Symptome sind Entzündungen und Reizungen der Achillessehne oberhalb des Schuhs; der Bänder, die das Fußgewölbe spannen; der Knochenhaut an der Innenkante des Schienbeins und eines Muskelansatzes am unteren Rand der Kniescheibe. Dass die Folgen der Überpronation so vielfältig sein können, hat seinen Grund wieder in der Biomechanik: Im oberen Sprunggelenk wird aus dem Kippen des Fußes eine Einwärtsbewegung des Schienbeins Richtung Knie und Hüfte. Etwa 75 Prozent aller Läufer überpronieren, oft ohne dies zu wissen.

Die Schuhhersteller setzen dem ein Stabilitätskonzept entgegen, bestehend aus einer weiter vorgezogenen Fersenkappe und einer härteren Mittelsohle auf der Schuhinnenseite. Beides soll die übermäßige Bewegung bremsen. Doch Stefan Grau, Leiter des Biomechanik-Labors an der Medizinischen Universitätsklinik in Tübingen hat nach der Untersuchung von mehreren hundert Läufern mit Pronationsbeschwerden seine Zweifel: "Etwa achtzig Prozent von ihnen zeigen die Symptome, obwohl sie bereits Stabilitätsschuhe tragen." Im Auftrag des Herstellers Nike entwickelte seine Gruppe deshalb ein neues Konzept, vergleichbare Arbeiten erfolgten auch im japanischen Forschungszentrum von Asics.

"Ein Läufer setzt meist auf der Fersenaußenseite auf. Wir machen den Schuh dort weicher und teilen diesen Bereich zudem durch eine Kerbe in der Mittelsohle ab, die wie ein Gelenk wirkt. Der Fuß kann nun tiefer zum Boden sinken. Wenn er jetzt überproniert, sind die Hebelkräfte sehr viel schwächer und die Geschwindigkeit der Pronationsbewegung kleiner."

Belastungen beim LaufenLaden...
Belastungen beim Laufen | Die verschiedenen Phasen des Laufens, vom Aufkommen auf den Boden (jeweils oben) bis zum Abstoß (unten), bei normaler Pronation (mittlere Spalte) und Fußfehlstellungen
Nur ein bis fünf Prozent der Läufer haben nach Firmenangaben ganz andere Sorgen. Sie kippen nach dem Aufsetzen nach außen. Diese "Supination" kann Beschwerden im Bereich des Innenmeniskus, an der Knieaußenseite, an der Hüfte und am Achillessehnenansatz hervorrufen. Härtere Bereiche auf der Schuhaußenseite erwiesen sich als wirkungslos, heute bietet kaum eine der großen Marken spezielles Schuhwerk für diese Klientel an – die vielleicht doch nicht so klein ist: "Etwa ein Drittel unserer Patienten, die auf Grund des Joggens Beschwerden haben, supinieren", berichtet Stefan Grau. Warum der herkömmliche Ansatz ihnen keine Hilfe war, erkannte sein Team nach eingehenden Tests: "Supination entsteht nicht nach dem Aufsetzen, sondern ist Teil der Abstoßbewegung." Somit genüge ein richtig platzierter "Detorsionskeil" in der Zwischensohle. Eine weitere Maßnahme, die einige Hersteller ohnehin bereits einsetzen: Durch den Leisten des Schuhs und durch gelenkige Kerben in der Sohle wird eine Biegelinie vorgegeben, sodass das Abrollen von der Ferse über die Außenkante bis zum Abstoß mit dem Großzeh optimal verlaufen kann.

Je mehr solcher Sicherheitsfunktionen integriert werden, desto höher werden Gewicht und Preis. Ohne leichte Kunststoffe wären moderne Laufschuhe nicht möglich, trotzdem wiegt ein Pronationsschuh 300 bis 400 Gramm. Einer Faustregel zufolge erfordern 100 Gramm Schuhgewicht aber ein Prozent mehr Leistung. Minimalistisch ausgestattete Wettkampfschuhe kommen auf weniger als 200 Gramm. Allerdings benötigt nicht jeder eine Pronationsstütze. Wer bereits orthopädische Einlagen trägt, ist ohnehin mit einem Neutralschuh besser bedient.


Wussten Sie schon?

  • Pferde und Antilopen können einige Minuten lang bis zwanzig Meter pro Sekunde schnell galoppieren – selbst gute Sprinter erreichen kurzzeitig nur etwa die halbe Geschwindigkeit und verbrauchen dabei noch doppelt so viel Energie. Laut den amerikanischen Biologen Dennis M. Bramblin und Daniel E. Liebermann hat der Mensch aber stattdessen das ausdauernde Laufen über lange Strecken entwickelt. Wie eine Feder nimmt der Sehnen- und Bandapparat Energie auf und gibt sie wieder ab, die Rumpfmuskulatur stabilisiert den Körper. Dies sei für reines Gehen nicht erforderlich, müsse also in der menschlichen Evolution eine wichtige Rolle gespielt haben.

  • Nach durchschnittlich 150 Kilometern hat eine Pronationsstütze laut Untersuchungen am Sportinstitut der Universität Duisburg etwa zwanzig Prozent ihrer Funktionsfähigkeit eingebüßt. Auch Dämpfungselemente halten nicht ewig, Gel und Gaskissen immerhin länger als die in preiswerten Schuhen verwendeten EVA-Schaumstoffe.

  • Walking und Nordic Walking sind Varianten des Gehens. Da immer ein Fuß Bodenkontakt hält, ist die Gelenkbelastung geringer. Der Fuß setzt in steilerem Winkel als beim Laufen auf und rollt weniger über die Fußaußenkante ab. Der Abstoßimpuls ist zwar geringer, dafür treten aber höhere Biegemomente auf und die Zehen werden stärker gespreizt.

  • Im Jahr 490 v. Chr. besiegte ein athenisches Heer nahe der Stadt Marathon die Perser. Der Legende nach rannte der Siegesbote Pheidippides in das etwa 39 Kilometer entfernte Athen und brach dort tot zusammen. Beim ersten olympischen Marathonlauf 1896 siegte Spyridon Louis, von Beruf Wasserträger, in 2:58:50 Stunden. Als die Spiele 1908 nach London kamen, startete das Rennen am Schloss Windsor und endete vor der königlichen Loge im Stadion. Die Strecke betrug damit 42,195 Kilometer, diese Länge wurde 1921 offiziell ins Reglement aufgenommen. Den derzeitigen Weltrekord von 2:04:55 Stunden lief der Kenianer Paul Tergat 2003 in Berlin.
  • 13.01.2007

    Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 13.01.2007

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