In den letzten Jahrzehnten ist die Zahl der Erwachsenen und Jugendlichen, die an nicht organisierten oder wettbewerbsorientierten Sportarten teilnehmen, gestiegen. In der Pubertät beeinflussen sowohl hormonelle Veränderungen als auch mechanische Belastungen die Entwicklung von Muskeln und Sehnen. Derzeit gibt es keine Informationen über die Interaktion dieser beiden Stimuli, aber es besteht die Vermutung, dass im Zuge der Pubertät bei Athleten und Nicht-Athleten im Vergleich zu Muskelkraft und Sehnensteifigkeit ungleiche Verhältnisse auftreten können. Die Folge dieses Ungleichgewichts könnte eine höhere mechanische Belastung für die Sehnen sein, was weiter zu Verletzungen führen kann. Angesichts der unzureichenden Beweise für die Entwicklung des muskulotendinösen Gewebes während der Pubertät und des Mangels an Kenntnissen darüber, wie die Reifung die Muskel-Sehnen-Einheit, insbesondere die Interaktion mit überlagerten mechanischen Belastungen, beeinflusst, untersucht diese Arbeit die morphologische und mechanische Entwicklung von Knieextensoren und Patellasehne, indem Nicht-Athleten und Athleten aus drei Altersgruppen verglichen werden (frühe Pubertät: 12–14 Jahre, engl.:EA; späte Pubertät: 16–18 Jahre, engl.: LA; Erwachsene: 20–35 Jahre, engl.: YA). Athleten erreichten häufiger Dehnungsgrößen von mehr als 9% Dehnung im Vergleich zu Nicht-Athleten, was auf einen erhöhten mechanischen Bedarf an der Sehne hinweist. Obwohl das Training die Eigenschaften der M. quadriceps femoris-Sehnen-Einheit verbessert, bleibt ihre Entwicklung von früher Pubertät bis zum Erwachsenenalter bei Athleten und Nicht-Athleten ähnlich, mit dem Hauptunterschied zwischen früher Pubertät und später Pubertät. Alter und sportliches Training waren jedoch mit einer höheren Prävalenz von Ungleichgewichten innerhalb der Muskel-Sehnen-Einheit und einer damit einhergehenden erhöhten mechanischen Belastung oder Beanspruchung für die Patellasehne verbunden. / In recent decades, the number of adults and especially adolescents who participate in some kind of non-organized or competitive sports has been increasing. During adolescence, the development of muscle and tendons is affected both by maturation, due to hormonal changes, and by mechanical loading. However, there is no information currently on the interaction of this double fold stimulus although there is reason to believe that during adolescence in athletes and non-athletes there may be imbalances developing between muscle strength capacity and tendon stiffness. The result of this imbalance could be the tendon exposure to high mechanical demand by the associated working muscles, which might further lead to tendon injury. Considering the not satisfactory evidence of the musculotendinous tissue development during adolescence, and the lack of knowledge about how maturation affects the muscle-tendon unity, especially in interaction with superimposed mechanical loading, this thesis investigates the morphological and mechanical development of the knee extensors and patellar tendon, by comparing non-athletes and athletes in three different age groups (i.e., early adolescents: EA 12–14 years; late adolescents: LA 16–18 years, and young adults: YA 20–35 years). Athletes were more likely to reach strain magnitudes higher than 9% strain compared to non-athlete controls indicating an increased mechanical demand for the tendon. Although athletic training enhances the properties of the quadriceps femoris muscle-tendon unit, their development from early-adolescence to adulthood remains similar in athletes and non-athletes with the major alterations between early and LA. However, both age and athletic training were associated with a higher prevalence of imbalances within the muscle-tendon unit and a resultant increased mechanical demand for the patellar tendon.

In der Präadoleszenz verbessert sportliches Training die Muskelkraftkapazität, die Belege für Auswirkungen auf Muskel- und Sehnenplastizität sind jedoch begrenzt. Jedoch könnte es, ähnlich wie bei jugendlichen Sportler:innen, bei präadoleszenten Athlet:innen zu Dysbalancen zwischen Muskelkraft und Sehnensteifigkeit kommen, insbesondere bei häufigen plyometrischen Belastungen. Dadurch wird die Sehne stärker mechanisch beansprucht, was zu einem erhöhten Verletzungsrisiko der Sehne führen kann. Aufgrund des Forschungsmangels über die Auswirkungen sportlichen Trainings auf die Muskel- und Sehnenplastizität in der Präadoleszenz untersucht die vorliegende Arbeit die Entwicklung der morphologischen und mechanischen Eigenschaften der Plantarflexoren und der Achillessehne bei präadoleszenten Athlet:innen mittels Ultraschall- und Dynamometrie. Es wurden zwei Vergleichsstudien zwischen Turner:innen mit mehrjähriger Trainingserfahrung und untrainierten Personen ähnlichen Alters durchgeführt. Die Studien zeigten eine höhere Muskelkraft der Plantarflexoren bei den Athlet:innen, jedoch keine Anpassungen der Achillessehnensteifigkeit, was zu einem höheren Anteil von Athlet:innen mit stark erhöhter Sehnendehnung führte. Zudem gab es keine Hinweise auf eine trainingsbedingte Muskelhypertrophie der Plantarflexoren. Die Auswirkungen von Training und Reifung auf die Muskel-Sehnen-Einheit wurden zusätzlich über ein Jahr untersucht. Die Muskelkraft der Athlet:innen entwickelte sich im Vergleich zu Nichtathlet:innen ähnlich, war jedoch durch größere Schwankungen und eine unausgewogene Adaptation zwischen Muskelkraft und Sehnensteifigkeit gekennzeichnet. Dies führte zu einer höheren Häufigkeit von Sportler:innen mit erhöhter Sehnendehnung und größeren Schwankungen der Sehnendehnung über die Zeit. Die Ergebnisse deuten auf eine erhöhte mechanische Beanspruchung der Sehne bei präadoleszenten Athlet:innen hin, was Auswirkungen auf das Risiko von Überlastungsbeschwerden der Sehne haben könnte. / In preadolescence, physical exercise and athletic training improve muscle strength capacity, yet the evidence on the effects of long-term athletic training on muscle-tendon plasticity is limited. Similar to adolescent athletes, preadolescents might develop imbalances between muscle strength and tendon stiffness, particularly with high-frequency plyometric loading. This imbalance exposes the tendon to an increased mechanical demand, potentially leading to an increased risk of tendon injury. Despite limited evidence on preadolescence research about the effects of athletic training on muscle-tendon plasticity, the thesis investigates the development of morphological and mechanical properties of the plantar flexors and Achilles tendon in preadolescent athletes via ultrasonography and dynamometry procedures. Two comparison studies were initially performed between artistic gymnastic athletes, with extensive training history, against untrained peers of similar age. The studies demonstrated higher plantar flexor muscle strength in the athletes, yet the gymnastic-specific training did not cause adaptations of Achilles tendon stiffness, resulting in a higher percentage of athletes with high-level tendon strain. Moreover, there was no evidence of training-induced muscle hypertrophy in the plantar flexors. The effects of athletic training and maturation on the triceps surae muscle-tendon unit were investigated over one year during preadolescence. The development of muscle strength in athletes, even though it was similar compared to non-athletes, was characterised by significantly greater fluctuations and a non-uniform adaptation between muscle strength and tendon stiffness. These two facts together resulted in a higher frequency of athletes with a high level of tendon strain and greater strain fluctuations over time. The findings indicate an increased mechanical demand for the tendon in preadolescent athletes that could have implications for the risk of tendon overuse injury.

Aktuelle In-vivo-Methoden zur Bewertung der Belastung und Dehnung der Achillessehne (AT) in der biomechanischen Literatur haben bestimmte Einschränkungen, die sorgfältig berücksichtigt werden müssen. Daher hatte die erste Studie zum Ziel, die AT-Dehnung und -Kraft während der Fortbewegung mithilfe einer genauen, nicht-invasiven Methode zu messen. Die Länge der AT wurde unter Berücksichtigung ihrer Krümmung mit reflektierenden Folienmarkern von der Insertion am Fersenbein bis zum Übergang zwischen der Muskel-Sehnen-Verbindung des Musculus gastrocnemius medialis (GM-MTJ) gemessen. Die Kraft der AT wurde durch Anpassung einer quadratischen Funktion an die experimentelle Kraft-Längen-Kurve der Sehne ermittelt, die aus maximalen freiwilligen isometrischen Kontraktionen (MVC) gewonnen wurde. Die Ergebnisse der zweiten Studie zeigen, dass eine Erhöhung der Gehgeschwindigkeit zu einer 21%igen Abnahme der maximalen AT-Kraft bei höheren Geschwindigkeiten im Vergleich zur bevorzugten Geschwindigkeit führt, während die Nettobelastung der AT-Kraft am Sprunggelenk (ATF-Arbeit) in Abhängigkeit von der Gehgeschwindigkeit zunimmt. Darüber hinaus trugen eine frühere Plantarflexion, erhöhte elektromyografische Aktivität der Muskeln Sol und GM sowie der Energieübertrag von Knie- zu Sprunggelenk durch die biartikulären Musculi gastrocnemii zu einer 1,7- bzw. 2,4-fachen Zunahme der netto ATF-Mechanik-Arbeit bei Übergangs- und maximalen Gehgeschwindigkeiten bei. Das Ziel der dritten Studie war es, die in der ersten Studie vorgeschlagene Methode zu vereinfachen, indem die Anzahl der reflektierenden Folienmarker reduziert wurde, jedoch die hohe Genauigkeit beibehalten wurde. Die Krümmung der AT wurde mithilfe von reflektierenden Folienmarkern zwischen dem Ursprung des GM-MTJ und dem Einführungsmarker am Fersenbein beurteilt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Reduzierung der Anzahl der Folienmarker um 70% beim Gehen und um 50% beim Laufen zu einem marginalen Fehler führen würde und somit einen vernachlässigbaren Effekt auf die Länge der AT und die maximale Dehnungsmessung hätte. / Current in vivo methods to assess the Achilles tendon (AT) strain and loading in the biomechanics literature have certain limitations that require careful consideration. Therefore, the first study was to measure the AT strain and quantify AT force during locomotion with an accurate non-invasive method. AT length was measured considering its curvature using reflective foil markers from AT insertion at calcaneus to gastrocnemius medialis muscle-tendon junction (GM-MTJ). The force of the AT was calculated by fitting a quadratic function to the experimental tendon force-length curve obtained from maximum voluntary isometric contractions (MVC). The findings in second study indicate that an increase in walking speed leads to a 21% decrease in maximum AT force at higher speeds compared to the preferred speed, yet the net work of the AT force at the ankle joint (ATF-work) increased as a function of walking speed. Additionally, an earlier plantar flexion, increased electromyographic activity of the Sol and GM muscles, and knee-to-ankle joint energy transfer via the biarticular gastrocnemii contributed to a 1.7 and 2.4-fold increase in the net ATF-mechanical work in the transition and maximum walking speeds. The objective of the third study was to simplify the proposed method in the first study by reducing the number of foil reflective markers while preserving high accuracy. The AT curvature was assessed using reflective foil markers between the GM-MTJ origin and the calcaneal insertion marker. Our results indicate that reducing the number of foil markers by 70% during walking and 50% during running would result in a marginal error and, thus, a negligible effect on the AT length and maximum strain measurement.