Unser Fuß ermöglicht uns einen sicheren Stand auf zwei Beinen sowie das aufrechte Gehen und hält dabei sogar Sprüngen, Sprints und plötzlichen Richtungswechseln stand. Der Fuß bleibt formstabil und steif, obwohl bei jedem Abrollen Kräfte auf unserem Vorderfuß lasten, die einem Mehrfachen unseres Körpergewichts entsprechen können. Den Grund dafür vermuteten Anatomen und Biomechaniker bisher im Längsgewölbe unseres Fußes – der bogenförmigen Wölbung, die sich vom Ballen bis zum Hinterfuß erstreckt. Durch ein Geflecht von stabilen Sehnen gehalten, stützt dieses Gewölbe den Mittelfuß und verleiht ihm eine elastische Festigkeit. Studien zufolge ist das Längsgewölbe für rund 25 Prozent der Fußstabilität verantwortlich. Doch der menschliche Fuß besitzt noch ein zweites, quer-verlaufendes Gewölbe, dessen Rolle bislang kaum untersucht worden ist, wie Madhusudhan Venkadesan von der Yale University in New Haven und seine Kollegen erklären.
Fußgewölbe im Test
Um herauszufinden, ob und in welchem Maße das Quergewölbe des Fußes zu seiner Festigkeit beiträgt, haben Venkadesan und sein Team nun eine Reihe mehrerer unterschiedlicher Experimente durchgeführt. Zunächst untersuchten sie die Beziehung zwischen Krümmung und Steifigkeit sowohl virtuell wie real an einem vereinfachten Modell des Fußgewölbes. Dieses bestand aus drei mit Federn verbundenen Stäben als Ersatz für die Mittelfußknochen samt Sehnen. Die Forscher veränderten nun die Krümmung dieses Konstrukts und ermittelten, welchen senkrecht dazu wirkenden Kräften es standhalten konnte. Dabei zeigte sich, dass die Krümmung und die verbindenden Querbänder dieses Mittelfuß-Modells entscheidend für seine Festigkeit sind. “Wir haben festgestellt, dass Plastikmodelle und Simulationen mit ausgeprägterer Querwölbung schwerer zu biegen sind als flachere”, berichtet Co-Autor Mahesh Bandi von der OIST Graduate University in Japan. “Demgegenüber hatte eine Zunahme der Krümmung beim Längsgewölbe nur wenig Effekt auf die Steifigkeit.”
Dabei blieb jedoch die Frage offen, ob dieser Zusammenhang auch im weit komplexeren Ensemble des menschlichen Fußes gilt. Deshalb führten Venkadesan und seine Kollegen ergänzende Versuche mit den Füßen von Leichen durch. Sie erfassten dabei Krafteinwirkung und Biegsamkeit einmal mit intakten Sehnen und einmal mit durchtrennten Quersehnen – fehlen diese Sehnen, verliert auch das Quergewölbe seine Krümmung. “Die Experimente zeigen, dass die Gewebe zwischen den Mittelfußknochen substanziell zur Fußsteifigkeit beitragen, und dies mehr als der zuvor ermittelte Beitrag des Längsgewölbes und seiner Sehnen von rund 23 Prozent”, berichten die Forscher. Demnach trägt das Quergewölbe zu mehr als 40 Prozent zur Biegesteifigkeit des menschlichen Fußes bei.
