Ist das Treppengehen ein phlebologisches Gesundheitsprogramm oder induziert es Gelenkschäden?
Holtzmann, Michael
Leben, Katja
Quelle:
Holtzmann M, Leben K:
Ist das Treppengehen ein phlebologisches Gesundheitsprogramm oder induziert es Gelenkschäden?
vasomed 2019; 6: 250-254.
Zusammenfassung
Von allen Seiten, auch von Phlebologen, werden die gesundheitsförderlichen Aspekte des Treppensteigens hervorgehoben. Ist aber nicht das klassische Frühsymptom der Gonarthrose der Schmerz beim Treppengehen? Entwicklungsgeschichtlich ist das Knie seit 1,9 Millionen Jahren den Hauptbelastungsformen Stehen, Gehen und Rennen ausgesetzt und dafür kinetisch und kinematisch optimal angepasst. Allerdings brach in jüngster Zeit eine neue Belastungsform über das menschliche Knie herein: die Treppe in Form von Treppenhäusern. Wir führten eine Bewegungswinkel-Analyse des Kniegelenks beim Auf- und Absteigen einer Treppe durch. Die gemessenen Beugewinkel verknüpft mit den wissenschaftlichen Informationen aus der internationalen Literatur erhärten die These, Treppengehen schädige das Kniegelenk. Denn das seit Urzeiten für das Kniegelenk geltende gewebeschonende biologische Prinzip, breitbasiges stabiles Rollen in der Belastungsphase und kleinbasiges flexibles Gleiten in der Schwungphase, wird im Treppenhaus gebrochen. Beim Treppengehen, besonders mit Traglasten, wird eine Spitzenbelastung in einem Bewegungsmuster ausgeführt, das biologisch hauptsächlich für die lastfreie Schwungphase vorgesehen ist. In der Abwägung zwischen den venenheilkundlichen Vorteilen des Treppengehens und den hier offengelegten orthopädischen Nachteilen entscheiden wir uns zu dem (phlebologischen) Rat, die Treppe zu meiden oder eine Treppenspringtechnik, das Stairs Hopping, als Venentraining anzuwenden. Hierbei treffen die tibiofemoralen und patellofemoralen Kompressionsdruckkräfte auf evolutionär dafür ausgelegte belastungsresistente Knorpelbereiche des Kniegelenks.
Einleitung, Problem und Zielstellung
In unserer phlebologischen Ambulanz spielt das Thema Treppengehen eine große Rolle. Mehrmals pro Tag schildern Patienten strahlend, dass sie die vier Stockwerke in unsere Ambulanzräume gerade eben zu Fuß gemeistert haben und bewusst nicht den Aufzug benutzt haben. Auf unsere Vorschläge, das Laufen oder Gehen als regelmäßigen Bestandteil in das Leben einzubauen, wird stolz berichtet, dass im Büro und sonst bei jeder Gelegenheit Treppen freiwillig und mehrfach hintereinander gegangen werden, um etwas Gutes für das Venensystem zu tun. Die Patienten folgen dabei den gut gemeinten Ratschlägen zum Thema Gesundheit, Fitness und Gewichtsreduktion (45) aus den Medien (6) oder den belehrenden Aufforderungen der Ärzteschaft (37). Meine klinische Lehrerin Dr. Freya Haid-Fischer vertrat jedoch intuitiv und energisch die Ansicht, Treppengehen sei schädlich fürs Kniegelenk. Betrachtet man die Entwicklungsgeschichte der sicherlich segensreichen menschlichen Erfindung Treppenstufe, so lassen sich erste Funde von Baumstämmen mit stufenartigen Einkerbungen, sogenannte Steigbäume, ab dem Neolithikum vor ungefähr 12.000 Jahren nachweisen (11). Allerdings erst in der Gründerzeit im 19. Jahrhundert entstanden Mietskasernen mit Mehretagen-Treppenhäusern (41), die die Bevölkerung dann massiv mit dem Treppengehen konfrontierten.
Die Erforschung der Bewegungsmechanik des Knies lässt sich bis ins Jahr 1836 (44) zurückverfolgen. Aktuell besteht weltweit Einigkeit, dass breitbasiges stabiles Rollen unter Belastung und kleinbasiges, winkelvergrößerndes Gleiten in der Schwungphase (3, 5, 20 ,21, 24, 25) das gewebeprotektive Prinzip des Knies beim Stehen, Gehen und Laufen ist und damit den seit Urzeiten herrschenden Hauptbelastungsanforderungen optimal gerecht wird (18). Das Treppenhaus konfrontiert allerdings das Kniegelenk plötzlich (entwicklungsgeschichtlich) mit einer veränderten Belastungssituation. In dieser Arbeit versuchten wir die These meiner phlebologischen Lehrerin, die Treppe sei gelenkschädigend und deshalb nicht als venenheilkundlicher Gesundheitstraining zu gebrauchen, im Sinne der evidenzbasierten Medizin zu erhärten.
Material und Methoden
Wir zeichneten Slow-Motion-Bewegungsstudien beim Treppen auf- und absteigen auf. Die Probanden begingen eine deutsche Normtreppe (DIN 18065) mit einer Stufentiefe von 29 cm und einer Stufenhöhe von 16 cm. Dabei trugen sie Sportschuhe mit einer Sprengung (Höhendifferenz zwischen Vorfuß und Ferse) von 11 mm getragen. Die Sohlendicke im Vorfußbereich betrug 1,5 cm. Die gemessenen Beugungswinkel wurden auf ein Kniemodell übertragen. Da die maximalen Flexionswinkel körpergrößenabhängig sind, wurden die Messwerte zweier Probanden mit der in Deutschland im Jahr 2014 ermittelten Mediangröße von 1,73 m ausgewertet. Zur Berechnung des Verhältnisses von Beugewinkel und Körpergröße durchlief zusätzlich ein 1,25 m großes Kind die Messreihe. Die Abhängigkeit der Beugewinkel von der Treppenstufenhöhe wurde anhand von Stufen, deren Höhe in 1 cm Abständen variiert werden konnten, ermittelt. Die Literaturrecherche wurde mit PubMed und Research Gate durchgeführt.
Ergebnisse
Ein 1,73 m großer Proband setzt beim Hinaufgehen (Abb. 1) einer standardisierten Wohnhaustreppenstufe von 16 cm Höhe das führende Bein mit einer Beugung von 60° auf der höheren Treppenstufe auf. Der Oberkörper wird nach frontal verlagert, wodurch sich der Beugewinkel im führenden Kniegelenk auf 65° erhöht (Abb 1a). Dies entspricht dem sogenannten Hineingehen in die Treppe. Der Musculus quadriceps femoris stemmt in der folgenden Kniestreckung von 65° bis 0° den Körper auf das Niveau der nächsten Stufe.
Am Modell (Abb. 1b) wird ersichtlich, wie bei der Streckung von 65° bis 40° eine mechanisch kritische Belastungssituation an den tibiofemoralen Kontaktflächen hervorgerufen wird. Der Schwungbereich des Gehzyklus wird in der Treppe wiederkehrend unphysiologisch belastet.
Beim Treppe Hinabgehen (Abb. 3 und 5) beugt sich das dorsale Knie von 0° bis 85° unter Maximallast. Dann erfolgt der Lastwechsel auf das ventrale, gestreckte, kontralaterale Bein. Das dorsale Knie wird lastfrei weiter gebeugt, um nachgezogen werden zu können.
Aus diesen regelhaften Zusammenhängen zwischen Beugewinkel, Körpergröße, Stufenhöhe und Gelenkbelastung lässt sich errechnen, dass eine theoretische Zunahme der Körpergröße um 2,4 cm den maximalen Beugewinkel des belasteten Knies um 1° verkleinert, treppauf sowie treppab. Ab einer Körpergröße von 2,33 m kommt das treppauf gehende Knie in den belastungsresistenten <40°-Bereich. Treppabwärts wäre eine theoretische Körpergröße von 2,81 m nötig, um die Treppe nur im belastungsresistenten Beugebereich gehen zu können.
Unsere Stufenhöhenreduktions-Messreihe zeigte, dass eine Verminderung der Stufenhöhe um 1 cm eine Verkleinerung des Beugewinkels im Kniegelenk um 2° bewirkt. Dies gilt für beide Treppen-Gehrichtungen. Die stressresistente <40°- Beugung würde theoretisch ab einer Stufenhöhe von 3,5 cm beim Treppe Hinaufsteigen erreicht werden.
Das Verlassen des vulnerablen Beugebereichs (>40°) ist beim Treppe Hinabgehen über eine Reduktion der Stufenhöhe nicht möglich. Der Beugewinkel des lasttragenden dorsal geführten Beines bleibt immer oberhalb von 40° (Abb. 3, Abb. 5). Jedoch nimmt der femorotibiale Kompressionsstress mit jedem Grad Beugeminderung ab.
Grundsätzlich induziert jedes Gefälle einen Kompressionsstress (Downhill Stress) im empfindlichen Gleitsegment der Kniegelenkbeugung wie auch Kuster et al. 1997 zeigten (14). Bergablaufen ist immer Kniegelenk belastender als Bergauflaufen, da hier die zwangsweise höheren Beugewinkel (immer >40°!) Kompressionsstress induzieren.
Diskussion
Nach Schellenberg et al. 2018 (33), Bersini et al. 2016 (2), Steele et al. 2012 (34), Nagura et al. 2006 (26), Perry et al. 1975 (30) besteht eine lineare Abhängigkeit zwischen Beugewinkelvergrößerung und Anstieg der axialen tibiofemoralen Kontaktkräfte. Steele et al. 2012 (34) geben eine sogar quadratisch ansteigende Beziehung an. Über die absoluten Kraftgrößen liegen uneinheitliche Forschungsergebnisse vor. Unstrittig ist aber, dass mit zunehmender Tiefe der Kniebeuge die axiale Kompressionskraft zunimmt (1,35). Kettelkamp et al. 1972 (13), Marquet et al. 1975 (20), Fukubayashi et al. 1980 (7), Nakagawa et al. 2000 (27), Li et al. 2004 (17) und Thambyah et al. 2005 (38) belegen, dass sich die Kontaktflächen mit zunehmenden Beugewinkeln >30° kontinuierlich verkleinern. Mündermann et al. 2008 (24), Heinlein et al. 2009 (9), Kutzner et al. 2010 (15), Bergmann et al. 2014 (1), Ledet et al. 2018 (16) und Taylor et al. 2018 (36) wiesen nach, dass beim Treppe Hinuntergehen die höchsten durchschnittlichen axialen Kompressionskräfte auftreten. Wie Abbildung 3 und 5 zeigen, liegt das daran, dass beim Treppe Hinabgehen die Knie stärker gebeugt werden müssen als beim Treppe Hinaufgehen.
Heinlein et al. 2009 (9) und Kutzner et al. 2010 (15) zeigten, dass die resultierende Kraft auch bei stärkerer Flexion senkrecht auf das Tibiaplateau wirkt. Analoge Verhältnisse herrschen im Patellofemoral-Gelenk. Nach Perry et al. 1975 (30), Wallace et al. 2002 (42), Steele et al. 2012 (34) und Dion et al. 2016 (4) nimmt die Knorpelkompression im Patellofemoral-Gelenk linear zu, wenn ein belastetes Kniegelenk über 40° gebeugt wird. Auch hier sind evolutionsmedizinisch gesehen repetitive Belastungen in der Regel nur im belastungsresistenten Bereich <40°-Flexion vorgesehen. Da das Knie für die Akkumulation dieser Stresssituationen im Schwungbereich der Beugung evolutionär nicht angepasst ist, führen häufige Wiederholungen zwangsläufig zu Knorpelschäden, zunächst auf der Tibiakonsole (21,43), mit dem Potential die Menisken zusätzlich zu schädigen (26,29,46). Die initialen arthrotischen Veränderungen auf dem zermürbten Tibiaplateau greifen in der Folge sekundär die physiologischen Hauptbelastungszonen in der schwach gekrümmten Femurkondylenregion an (5,21,22). Die Treppen bedingte Gonarthrose weitet sich über die Tibiakonsole hinaus auf die Kondylenrollen aus.
Welche Hinweise erhärten noch die These, dass die Treppe Gelenkschäden induziert?
1939 (39) identifizierte Triendl an Kniegelenk-Präparaten der Alpenbevölkerung anatomisch veränderte, den dort vorherrschenden Belastungssituationen angepasste Variationen. Die Meniskus- und Knorpelstrukturen weisen besonders im dorsalen Gelenksegment gegenüber der Flachlandpopulation deutliche Verbreiterungen und Verstärkungen auf. Offenbar konnte sich in dieser Subpopulation über selektive Vorgänge innerhalb der letzten Jahrtausenden die Knieanatomie an die spezifischen Belastungssituationen beim Berg be- und absteigen anpassen. Aus physiotherapeutischen Behandlungsrichtlinien läßt sich ebenfalls ein Hinweis auf einen grenzwertigen Kompressionsstress beim Treppengehen herauslesen. Eine zentrale Behandlungsdoktrin in der traumatologischen Rehabilitation verbietet eine Belastung des Kniegelenks in über 40°-Beugung (8,19) in der Therapiephase. Die Beübung unter Last ist nur im <40°-Bereich (Rollsegment) der Kniebeugung unschädlich. Der empfindliche Schwungbereich (>40°-Flexion) des Gehzyklus muss in der Rehabilitation ohne Belastung trainiert werden. Die radiologische Frühdiagnostik der Gonarthrose zeigt gleichfalls Anhaltspunkte für den Zusammenhang zwischen “unphysiologischen” Belastungen im empfindlichen >40°-Beugebereich des Knies und der Initiation der Gonarthrose: Nur in der 45°-Kniebeugung (28) lässt sich mit der p.a.-Belastungsaufnahme nach Rosenberg eine Gelenkspaltverschmälerung in den Gelenkbereichen detektieren, die in der Flexion belastet werden und bereits in Frühstadien der Gonarthrose Schäden aufweisen. Diese spezifische Gelenkspaltverschmälerung ist in Streckstellung im klassischen a.p.-Strahlengang oft nicht nachweisbar. Das letzte Verdachtsmoment entspringt der klinischen Beobachtung, dass das klassische Erstsymptom der Gonarthrose der Schmerz beim Treppengehen ist (10,12,22). Abmildernde Momente ergeben sich aus allen Veränderungen (32), die den Beugewinkel des belasteten Kniegelenks näher an die belastungsresistente 0°-40°-Zone bringen (31). Nach unseren Berechnungen lässt sich dies mit einer Reduktion der Treppenstufenhöhe, wie auch Trinler et al. 2016 (40) zeigte, oder theoretisch über eine Zunahme der Körpergröße erreichen. Letzteres könnte eine Erklärungshypothese dafür sein, dass das weibliche Geschlecht bei der Entstehung der Gonarthrose stärker betroffen ist. Auch evolutionäre anatomische Veränderungen, wie z.B. bei der Alpenbevölkerung (39), machen das Kniegelenk im Beugebereich >40° belastungsresistenter.
Evolutionsbiologisch steht fest: Treppen, insbesondere Treppenhäuser, sind eine entwicklungsgeschichtlich sehr junge Erfindung der Menschheit. Das menschliche Kniegelenk des Flachlandbewohners ist für repetitive Belastungen im Beugewinkelbereich > 40° nicht gerüstet (Tibio- und Patellofemoral-Gelenk). Die phlebologischen Vorteile des Treppengehens treten nach unserer Meinung eindeutig hinter den orthopädischen Risiken zurück. Wir raten deswegen unseren Patienten: Meiden der Treppen. Immer die Treppe links liegen lassen und den Aufzug nehmen. Allerdings haben wir eine Technik entwickelt, mit der das Risiko einer Gonarthrose minimiert werden kann. Wir nennen es das sportphlebologische “Stairs Hopping”. Damit ist es möglich, das Treppengehen mit einer gelenkschonenden Auf- und Absteigetechnik zu entschärfen. Abgeschaut beim Treppenlaufen der unbekümmerten Kinder und dem Wadentraining im Laufsport. Nicht mit dem M. quadriceps femoris und einer großen Kniebeugung die Treppe gehend bezwingen, sondern über den Einsatz der Wadenmuskulatur und des Sprunggelenks bei einer maximal 40°-Knieflexion die Treppe springend oder hüpfend meistern. Nach dem Motto: ”A hop not a step”. Das gilt für beide Treppen-Gehrichtungen. Diese Technik ist anstrengend und nicht für jede Altersgruppe geeignet, aber protektiv für Knorpel und Menisken und ein überaus intensives sportphlebologisches Wadentraining. So kann das Treppenhaus wieder zum hauseigenen Fitnesscenter mutieren und das treppauf und treppab Hüpfen (Stairs Hopping) als venenheilkundlicher Gesundheitsrat dienen.
