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Titelaufnahme

Titel
Effects of increased mechanical loading on in vivo patellar- and Achilles tendon properties. Structural integrity and/or function?
VerfasserWiesinger, Hans-Peter
Begutachter / BegutachterinTilp, Markus
Betreuer / BetreuerinMüller, Erich
Erschienen2017
HochschulschriftSalzburg, Univ., Diss., 2017
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Datum der AbgabeFebruar 2017
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Patellarsehne / Achillessehne / Plastizität / Dosis-Wirkung-Beziehung / Zeit-Verlauf-Beziehung / Sportspezifische Sehneneigenschaften
Schlagwörter (EN)Patellar Tendon / Achilles Tendon / Plasticity / Dose-Response-Relation / Time-Course-Relation / Sport-Specific tendon properties
URNurn:nbn:at:at-ubs:1-437 Persistent Identifier (URN)
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Effects of increased mechanical loading on in vivo patellar- and Achilles tendon properties. Structural integrity and/or function? [14.67 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die primäre Funktion der Sehne liegt in der Kraftübertragung zwischen Muskel und Knochen, doch integrative Forschungsansätze der letzten zwei Jahrzehnte offenbarten ihre vielfältige Funktion in der Fortbewegung. Als nicht-linear viskoelastisches Bindeglied der Muskel-Sehnen-Einheit kann die Sehne sowohl die Muskelleistung abschwächen oder verstärken, sowie zur Bewegungseffizienz beitragen. Allerdings scheinen Sehnen einen Kompromiss zwischen diesen funktionalen Anforderungen und ihrer strukturellen Integrität einzugehen und die Inzidenz von Verletzungen ist erschreckend hoch.

Infolgedessen ist es nicht verwunderlich, dass mit aufkommender Evidenzlage der lange unterschätzten zellular anabolen Aktivität der Sehne, ihre Anpassungskapazität an veränderte mechanische Belastungen in den Fokus der Forschung rückte. Mehrere in vivo Studien untersuchten den Einfluss verschiedener Trainingsinterventionen und mittlerweile wird die mechanische Beanspruchung einheitlich als der primärer kollagenanabolen Stimulus beschrieben. Laut gängiger Meinung werden neu synthetisierte Moleküle zur Reparatur und/oder Optimierung der Sehne in die fibrilläre Struktur eingelagert. Im Einklang mit dieser Hypothese, zeigten mehrwöchige Trainingsinterventionen, beziehungsweise der Kreuzvergleich von Sehnen verschiedener Athleten Veränderungen der Sehnenmorphologie und/oder Materialeigenschaft. Dennoch ist das derzeitige Verständnis der makroskopischen Veränderung der Sehne lückenhaft, limitiert auf Berichte über Sehnenversteifung und unterstützt durch Veränderungen der Materialeigenschaft und/oder Sehnenhypertrophie.

Das Ziel dieser Dissertation war demnach anhand einer Metaanalyse tiefere Kenntnis hinsichtlich Dosis-Wirkung ii) sowie dem zeitlichen Verlauf der Sehnenanpassung an erhöhte mechanische Belastung zu gewinnen und iii) in einem hypothetisches Modell die relative Verteilung mechanischer, morphologischer oder materieller Eigenschaften der Patellar- und Achillessehne zu charakterisieren. Mittels eines Querschnittsvergleich von Top-Athleten, mit langer Trainingserfahrung und stark unterschiedlicher Sehnenfunktionen werden schließlich anpassungsrelevante mechanische Belastungen und deren physiologische Bedeutungen tiefgründiger beleuchtet.

Die am kontinuumsmechanischen Ansatz orientierte Interpretation der Ergebnisse der Studien der Metaanalyse legt nahe, dass die menschliche Sehne letztendlich durch eine Änderung ihrer Querschnittsfläche auf erhöhte mechanische Beanspruchung reagiert.

Sehnenwachstumsauslösende Faktoren bleiben in der phänomenologischen Vorgehensweise spekulativ, und Dosis-Wirkungs-Beziehung, als auch der zeitliche Verlauf der Sehnenanpassung werden nur unvollständig geklärt. Die Querschnittsstudie mit Top-Athleten zeigt kongruente Ergebnisse hinsichtlich Anpassungen der Sehnengröße an veränderte Belastungsvolumen und/oder Intensitäten. Doch fehlende Zusammenhänge zwischen morphologischer und mechanischer Sehneneigenschaften deuten auf unterschiedliche Anpassungsmechanismen hin. Demnach scheinen Sehnenanpassungen einerseits zur Erhaltung ihrer strukturellen Integrität andererseits jedoch auch durch ihre funktionelle Anforderung beeinflusst zu sein. Gleichermaßen zeigt die Studie eine vorteilhafte federartige Sehnenfunktion in jenen Athleten deren Sport diese effektive Nutzung elastischer Energie erfordert.

Zusammengefasst hat diese Doktorarbeit einen substantiellen Beitrag zum gegenwärtigen Verständnis der Sehnenanpassung an erhöhte mechanische Belastung beigetragen. Die Artikel bieten einen guten Überblick über den aktuellen Forschungsstand und verweisen auf nötige Folgestudien um einerseits gefundene Ergebnisse zu verifizieren und andererseits zusätzliches, notwendiges Wissen zu generieren.

Zusammenfassung (Englisch)

The primary function of the tendon is to transmit force between muscle and bone, but integrative research approaches of the past two decades also revealed their variety of functions in locomotion. As a non-linear viscoelastic link of the muscle-tendon unit, tendon can attenuate or amplify muscle power and contribute to movement efficiency. However, tendons seem to favour compromises between functional requirements and structural integrity and the incidence of injury is alarmingly high.

Consequently, it is not surprising that with the advent of the evidence that tendons show an unexpected cellular anabolic activity, tendons adaptive capacity to altered mechanical loading has been the focus of research. Several in vivo studies have investigated the effect of different training interventions on tendon properties and meanwhile the mechanical stress is uniformly considered as primary collagen anabolic stimulus. The common belief is that newly synthesized molecules are deposited into the fibrillar structure to repair and/or optimize it for daily loading configurations. In line with this hypothesis, training interventions that lasted several weeks or the cross-comparison of tendons of different athletes revealed changes in tendon morphology and/or material properties. Yet the current understanding of tendon macroscopic changes to training is rather fragmented, limited to reports of tendon stiffening, supported by changes in material properties and/or tendon hypertrophy.

Therefore, the main purpose of this thesis was to conduct a meta-analyse to investigate i) the dose-response relation and ii) the time-course of adaptations in tendon properties to increased loading and iii) to propose a hypothetical model for the relative contribution of changes in the patellar and Achilles tendon morphological, mechanical and material properties. Afterwards, a cross-sectional comparison study of elite athletes, with a long training experience and strongly varying tendon function served to examine mechanical stresses relevant to the adaptation and their physiological mean in more detail.

Guided by a continuum mechanical approach, the results of the studies included in the meta-analysis suggest that tendon cross-sectional area allegedly constitute the ultimate adjusting parameter to increased loading. However, tendon growth-promoting factors remain speculative in this phenomenological approach, with an absence of a consistent pattern regarding the dose-response and the time-course relation of tendon adaptation.

The cross-sectional comparison study of elite athletes showed congruent results with regard to adaptation of tendon size to altered loading volumes and/or intensities. However, uncoupled morphological and mechanical properties indicate different adaptive mechanisms. Hence, tendon adaptations seem to be drawn towards maintaining their structural integrity but functional requirements may also influence tendon adaptations. Likewise, this study showed that advantageous mechanical properties related to tendon spring-like function are observed in elite athletes whose sport require effective utilization of elastic energy.

In summary, this doctoral thesis has added a substantial contribution to the current body of knowledge of tendon adaptation to increased loading. The individual papers provide a good overview of the current state of tendon research and refer to necessary follow-up studies in order to verify the found results and to generate additional knowledge.