M. Holtzmann, K. Leben
Privatärztliche Ambulanz für Venenheilkunde, Stuttgart
Zum 100-jährigen Jubiläum der Phlebologischen Praxis Dr. Karl Wilhelm Fischer, Stuttgart.
Dr. Karl Wilhelm Fischer 1923 bis 1949
Dr. F. Haid-Fischer 1949 bis 1998
Dr. Michael Holtzmann 1993 bis heute
M. Holtzmann, K. Leben
Privatärztliche Ambulanz für Venenheilkunde, Stuttgart
Zum 100-jährigen Jubiläum der Phlebologischen Praxis Dr. Karl Wilhelm Fischer, Stuttgart.
Dr. Karl Wilhelm Fischer 1923 bis 1949
Dr. F. Haid-Fischer 1949 bis 1998
Dr. Michael Holtzmann 1993 bis heute
Zusammenfassung
Beobachtet man Menschen beim Barfußgehen, so kann einem genauen Betrachter auffallen, dass bei jedem Schritt am Ende der Schwungphase die große Zehe eine Hyperdosalextension ausführt. Eine andere, sonographische Beobachtung offenbart, das die Unterschenkel Venen im dorsalen tiefen Kompartment erstaunlicherweise auf die Dorsalflektion des Fußes mit einer Konstriktion und auf die Plantarflektion mit einer Dilatation reagieren.
Wir konnten in unserer Arbeit zeigen, wie diese beiden physiologischen Gegebenheiten in Zusammenhang stehen. Wir veranschaulichen einen bisher nicht beschriebenen venösen Pump-Mechanismus in der Wade. Es handelt sich um eine fasziale Wechseldruckpumpe. Die große Solaris Aponeurosenplatte wird über den Vorfuß- und Rückfußhebel im Sinne eines Pumpenkolbens wechselseitig von dorsal nach frontal hin und her bewegt.
Bei Dorsalflexion wird die tiefe Beuger-Loge gegen die Membrana interossea ausgepresst. Bei Plantarflexion entsteht eine Dekompression der Loge und konsekutiv eine Sogwirkung. Zusätzlich werden die faszialen Gitternetzstrukturen bei Dorsalflexion gespannt, dabei verengen sich die venösen Gefäß- querschnitte. Bei Plantarflexion werden über den Fersen-Hebelarm die faszialen Strukturen gestaucht, was zu einer Dilatation der venösen Gefäße führt.
Schlüsselwörter
Wadenmuskelpumpe, Musculus soleus, Soleus Aponeurose, Fasziale Verspannungsstruktur, Venöse Strömungsbeschleunigung, Druck-Sog-Wechselpumpe.
Hintergrund und Fragestellung
In der farbkodierten Duplexsonografie der Unterschenkelvenen fällt eine bemerkenswerte Regelmäßigkeit auf. Bei der Plantarflexion (aktiv und passiv) nimmt der Querschnitt der venösen Gefäße im hinteren tiefen Kompartment zu. Bei aktiver und passiver Dorsalflexion hingegen resultiert eine Querschnittsverkleinerung bis zum subtotalen Verschluss dieser venösen Gefäße.
Diese Beobachtung steht im Widerspruch zur gängigen phlebologischen Lehrmeinung (3,9). Sie besagt, dass die aktive Plantarflexion des Fußes durch die Kontraktionsschwellung der Wadenmuskulatur eine Kompression der Venen in der tiefen Beugerloge bewirkt, welche das venöse Blutvolumen nach cranial presst.
Lässt sich dieser postulierte physiologische Vorgang sonografisch verifizieren? Existiert eine zweite, wirkungsvollere Wadenpumpe?
Material und Methoden
Abb. 1:
Beobachtet man Menschenmengen barfuß über einen Sandstrand marschieren (besonders geeignet ist der maximal frequentierte ebene Dünenstrand in Playa del Ingles, Gran Canaria) springt bei niedrigerem Sonnenstand und dadurch bedingtem Schattenwurf ein merkwürdiges Bild ins Auge. Bei jedem Schritt erscheint für kurze Zeit ein dunkles „Hütchen“ über der Spitze des Fußes.
Abb. 2:
Gefilmt und analysiert erkennt man, dass der Schatten von der deutlich hyperextendierten Großzehe herrührt, welche die Dorsalflexion des Vorfußes verstärkt. Diese Hyperextension tritt regelmäßig beim Barfußgehen unabhängig von Geschlecht, Alter oder Ethnizität am Ende der Schwungphase auf.
Abb. 3:
Alle Läufer zeigen eine extreme Dorsalflexion bei gestrecktem Kniegelenk am Ende der frontalen Flugphase des Beines. Es handelt sich nicht um einen Fersenlauf, sondern beim Weltklasse- Läufer wird der primäre Bodenkontakt mit der Ferse nur angedeutet, die Hauptkontakt- und Belastungszone ist anschließend der laterale Mittelfuß (4).
Topografische Anatomie:
Abb. 4:
Der Musculus soleus, Schollenmuskel, ist ein mehrfach gefiederter, sehnig durchsetzter Muskel. Aufgrund des hohen Bindegewebsanteils imponiert er in der Duplexsonografie oft mit einem echogenen „Leuchten“.
Der M. soleus ist sehr breit, sodass seine Seitenränder unter dem M. gastrocnemius medial und lateral sichtbar sind.
Das proximale Drittel des M. soleus ist überwiegend muskulär und geht distal des myotendinösen Überganges in eine breite blattförmige Aponeurose über. Diese verschmilzt mit der Aponeurose des M. gastrocnemius zur Achillessehne.
(Grafik: M. Holtzmann modifiziert nach H. Gray, Anatomy of the human body, 1918).
Das fasziale Verspannungssystem (12)
Faszien haben eine charakteristische, scherengitterartige, straffe, bindegewebige Struktur. Das fasziale System bildet eine dreidimensionale Aufhängung, Matrix (11), in der die Venen eingebettet sind. Die fasziale Gewebestruktur findet sich auch in der Venenwand. Die Winkel der Scherengitter verändern sich, wenn sie passiv zusammengeschoben oder auseinander gezogen werden. Beim passiven Zusammenschieben vergrößern sich die Winkel zwischen den Fasern, wobei Venenlumen dilatieren. Unter Zug werden die Gitterwinkel kleiner. Venenlumen konstringieren. Stumptner (12) zeigt dieses Verhalten eindrucksvoll in Analogie zu den sog. „Mädchenfängern“, Extensionshülsen oder „chinese fingers“.
Abb. 5: Scherengitter Prinzip der faszialen Gewebestruktur, demonstriert am Beispiel eines
Faszienmodells.
Funktionelle Auswirkung der faszialen Scherengitter Architektur auf die Venenwand
Abb. 6a: Der Zug führt zu einer Konstriktion der Vene (hier exemplarisch anhand einer Extensionshülse demonstriert).
Abb. 6b: Die Stauchung führt zu einer Dilatation der Vene bzw. Extensionshülse.
Ergebnisse
Die physiologische Soleus Aponeurose Bewegung beim Laufen
Abb. 7a: Druck
Bei Dorsalflexion mit beschriebener Hyperextension der Großzehe wird die breite, blattförmige Aponeurosenplatte des M. soleus in Richtung der Membrana interossea cruris gepresst. Das hintere tiefe Kompartment des Unterschenkels, die Major Gefäß-Nerven-Straße, wird komprimiert, ein venöser Squeeze-out-Jet nach cranial entsteht. Die faszialen Strukturen werden dabei gedehnt, was zu einer zusätzlichen venösen Konstriktion führt.
Auch passiv auslösbar.
Abb. 7b: Sog
Die Plantarflexion geht mit einer Dekompression der hinteren Gefäßnervenbahn einher, ausgelöst über den Fersenbeinhebel, der eine Dorsalbewegung der Aponeurosenplatte hervorruft. Zusätzlich werden dabei die faszialen Elemente nach cranial gestaucht und konsekutiv eine Venendilatation (!) induziert. Hierbei entsteht ein Sog.
Auch passiv auslösbar.
Der fasziale Saugdruck-Komplex im Querschnitt
Abb. 8: Die Extensoren und vor allem der M. extensor hallucis longus schieben über den langen Großzehen-Vorfuß Hebelarm, die am kurzen Fersen-Hebelarm befestigte breite Solaris Aponeurose gegen das nicht nachgiebige Widerlager aus Fibula, Membrana interossea und Tibia. Dabei entstehen so kräftige Drucke, dass die venösen Gefäße bis zum subtotalen Verschluss komprimiert werden können und der dabei entstehende Jet das venöse Blut nach cranial schleudert.
(Grafik: M. Holtzmann, modifiziert nach H. Braus and C. Elze, Anatomie des Menschen, 1921(1)).
Abb. 9: Bei der Plantarflexion (der postulierten Aktivierung der Muskel-Wadenpumpe) (7,9) kommt es wider Erwarten zu einer maximalen Dilatation (!) der venösen Gefäße in der tiefen Beugerloge, hervorgerufen durch zwei Phänomene:
1. Die Dekompressions-Bewegung der Aponeurosenplatte nach dorsal erzeugt eine starke Gefäßdilatation sowie einen Unterdruck im hinteren tiefen Kompartment mit konsekutiver venöser Sogwirkung.
2. Der bei der Plantarflexion deutlich nach kranial gedrehte Fersen-Hebelarm führt zu einer Stauchung der faszialen Scherengitter-Architektur, welche mit einer maximalen Gefäßweitstellung einhergeht.
(Grafik: M. Holtzmann modifiziert nach H. Braus and C. Elze, Anatomie des Menschen, 1921.(1))
Die Vorfuß-Extension und -Flexion steuern eine kräftige, Hebel verstärkte Saug-Druck- Pumpe.
Sonografischer Nachweis der Druck- und Sogwirkung auf die Beinvenen-Lumina
Abb. 10a: Druck Induktion
Dorsalflexion des Vorfußes = Kompression der tiefen Beinvenen-Lumina. Der Druck der breiten Solaris Aponeurose presst die tiefe Beugerloge gegen die Membrana interossea zwischen Tibia und Fibula.
Auch passiv auslösbar.
Sonografischer Nachweis einer Flussbeschleunigung durch Kompression.
Abb. 10b: Sog Induktion
Plantarflexion des Vorfußes = maximale Öffnung der tiefen Beinvenen-Lumina. Auch bei der passiven Bewegung auslösbar. Sonografischer Nachweis einer Vasodilatation und Flussbeschleunigung des venösen Blutes durch Sogwirkung.
Venöse Druckwellen Hierarchie in der Vena cava inferior
Wenn es zu einer relevanten Strömungsbeschleunigung durch Pumpmechanismen kommt, muss die beschleunigte Strömungswelle auch in der Vena cava inferior beim stehenden Probanden gegen die Schwerkraft nachweisbar sein.
Abb. 11 a: Der Soleus Aponeurosen Jet bei Dorsalflexion des Vorfußes ist an der explosionsartigen Beschleunigung der venösen Blutsäule in der Vena cava inferior sonografisch deutlich nachzuweisen.
Abb. 11 b: Auch bei der Plantarflexion ist ein kleiner Strömungs-Jet in der Vena cava inferior nachweisbar. Induziert über den Solaris Aponeurosen Sog.
Diskussion
Nach der bisherigen Vorstellung über den funktionellen Ablauf der Muskelvenenpumpe der Wade (7,9) löst die Plantarflexion die entscheidende muskuläre Kompression der tiefen Wadenvenen aus. Sonografisch ist eine Strömungsbeschleunigung nachweisbar, jedoch ohne Kompressionszeichen, sondern mit einer maximalen venösen Dilatation der tiefen Unterschenkelvenen.
Nach unserer Arbeit ist die venöse Wadenpumpe ein faszialer Druck-Saug-Komplex mit der Soleus Aponeurose als “Pumpkolben”. Das bisher postulierte Funktionsmodell scheint zumindest überdenkenswert.
In der sportmedizinischen Literatur finden sich Arbeiten, die unsere Ergebnisse unterstreichen.
Kovac et al. (8) untersuchten eine mögliche Korrelation zwischen morphologischen und architektonischen Eigenschaften der Plantarflexoren hinsichtlich der Leistung beim Marathonlauf.
Sie kamen zu dem Schluss, dass eine größere physiologische Soleus-Querschnittsfläche und eine dickere Achillessehne mit einer besseren Marathonleistung verbunden sind. Die Gastrocnemius Merkmale korrelierten jedoch nicht mit der Marathonleistung.
Wir können dieses Ergebnis über einen besseren venösen Backflow, den eine größer ausgebildete Soleus Aponeurose (Pumpkolben) mit sich bringt, erklären. Der verstärkte Wechseldruck Effekt summiert sich mit jedem zurückgelegten Schritt.
Hansen et al. (5) wiesen in ihrer Studie „Faktoren, die mit der Laufökonomie bei Elite-, Mittel- und Langstreckenläufer korrelieren“ nach, dass ein kurzer Achillessehnen-Hebelarm als anthropometrisches Maß bezüglich der „Running Economy“ vorteilhaft ist.
Unsere Erklärung ist, dass nach den Hebelgesetzen ein kürzerer Achillessehnen-Hebelarm mehr Kraft auf den Wechseldruck der Aponeurosen Pumpe überträgt. Das würde unter sportmedizinischen Aspekten den venösen Backflow wiederum verbessern und somit die Laufleistung (6).
Scholz et al. (10) kommen in ihrer Arbeit „Running Biomechanics“ zu dem Ergebnis, dass „Shorter Heels“ mit einer überlegenen Langstreckenlaufleistung aufgrund der besseren Lauf-Ökonomie korrelieren. Auch hier wäre unser Hinweis, dass ein kürzerer Lastarm mehr Hebelkraft für die Kompressions- und Sog-Bewegung der Soleus Aponeurose induziert. Der bessere venöse Backflow (6) erhöht konsekutiv die sportliche Leistungsfähigkeit, insbesondere je länger eine Laufdistanz ist.
Die Arbeitsgruppe um Guthoff (2) untersuchte am sitzenden Probanden den systolischen Spitzenfluss in der Vena poplitea bei Dorsalflexion und Plantarflexion. Die kraftvolle Plantarflexion des Fußes löste einen systolischen Spitzenfluss von 91,0 cm/sec aus, die kraftvolle Dorsalflexion einen systolischen Spitzenfluss von 193,6 cm/sec. Die Dorsalflexion induzierte eine 2,13 mal stärkere Strömung als die Plantarflexion. Diese Messergebnisse unterstützen unsere sonografischen Untersuchungsergebnisse. Die Dorsalflexion löst den weitaus kräftigsten Unterschenkel Jet aus.
Phlebologische Relevanz
Das Anheben der Zehenspitzen zur Induktion eines venösen Backflow Jets ist mindestens doppelt so effektiv wie der Zehenspitzenstand. Interessant bei der Kollapsprophylaxe im Stehen, z.B. beim Militär (7).
Die Darstellung der tiefen Unterschenkelvenen gelingt im sonografischen Untersuchungsgang beim sitzenden Patienten in der Plantarflexion des Fußes besser, da sich hierbei die Venae tibiales posteriores-Gruppe sowie die Venae fibulares-Gruppe maximal entfalten bzw. dilatieren.
Literatur
- Braus H, Elze C. Anatomie des Menschen: Ein Lehrbuch für Studierende und Ärzte. Vol. 1. J. Springer, 1921.
- Guthoff, AE; Kropp, AT; Guth, S; Meiss, AL; Bamberger, CM. Doppler-Sonographie zur Beurteilung des venösen Rückflusses bei kraftvoller Aktivierung der Wadenpumpe im Sitzen. Ultraschall Med 2017; 38(S 01): S1-S65.
- Hach W, Gruß JD, Hach-Wunderle V, Jünger M. Venenchirurgie. 3. Aufl. Schattauer, Stuttgart 2007; 8-9.
- Hanley B, Bissas A, Merlino S, Gruber AH. Most marathon runners at the 2017 IAAF World Championships were rearfoot strikers, and most did not change footstrike pattern. J Biomech. 2019 Jul 19;92:54-60. doi: 10.1016/j.jbiomech.2019.05.024. Epub 2019 May 22. PMID: 31147098.
- Hansen CE, Stensvig M, Wienecke J, Villa C, Lorentzen J, Rasmussen J, Simonsen EB. Factors correlated with running economy among elite middle- and long-distance runners. Physiol Rep. 2021 Oct;9(20):e15076. doi: 10.14814/phy2.15076. PMID: 34694064; PMCID: PMC8543686.
- Holtzmann M, Leben K. Der Femoralis-Jet des Läufers. vasomed 2019; 1: 118-122.
- Holtzmann M. Die physiologische Vena-Poplitea-Kompression bei der Kniestreckung, der Poplitea-Jet. vasomed 2018; 3: 118-121.
- Kovács B, Kóbor I, Gyimes Z, Sebestyén Ö, Tihanyi J. Lower leg muscle-tendon unit characteristics are related to marathon running performance. Sci Rep. 2020 Oct 21;10(1):17870. doi: 10.1038/s41598-020-73742-5. PMID: 33087749; PMCID: PMC7578824.
- Rabe E, Gerlach HE. Praktische Phlebologie, Physiologie und Pathophysiologie, 2. Aufl. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2005; 7.
- Scholz MN, Bobbert MF, van Soest AJ, Clark JR, van Heerden J. Running biomechanics: shorter heels, better economy. J Exp Biol. 2008 Oct;211(Pt 20):3266-71. doi: 10.1242/jeb.018812. PMID: 18840660.
- Stumptner T. Der orthopädische Gedanke in der Phlebologie. Die Faszien als haltungsabhängige Garanten des venösen Blutflusses- anatomische Gegebenheiten. Vasomed 2018; 5: 2-3.
- Stumptner T. Phlebologie, Plädoyer für einen überfälligen Paradigmenwechsel. 1. Auflage 2021, Hogrefe Verlag, Bern.