Die meisten Kinder mit infantiler Zerebralparese (IZP) entwickeln eine spastische Parese, was zu Schwäche, erhöhtem Muskel-Dehnungswiderstand und Kontrakturen führt. Der Spitzfuß ist eines ihrer häufigsten Defizite. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit war es, nicht-invasive Behandlungsstrategien für diese Pathologie näher zu untersuchen. In der ersten Studie wurden die Effekte einer Unterschenkel-Lagerungsorthese auf die Muskelmorphometrie des Gastrocnemius unter zu Hilfenahme von Ultraschall und 3D Bewegungsanalyse untersucht. Lagerungsorthesen konnten das Gangbild verbessern, führten gleichzeitig aber zu Atrophie. Um eine alternative Therapieform zu finden, wurde in der zweiten Studie die kontraktile Aktivität des Gastrocnemius mittels Ultraschall, Bewegungsanalyse und EMG während des Gehens, Vorwärts-Bergauf, bzw. Rückwärts-Bergab, sowie in der Ebene untersucht. Das Bergaufgehen steigerte die konzentrische Exkursion der Faszikel, wohingegen das Rückwärts-Bergabgehen zu vermehrter Exzentrik führte. Da sich exzentrisches Training positiv auf Faszikellängenwachstum auswirken kann, wurde in der dritten Studie das Rückwärts-Bergabgehen mit statischem Dehnen als traditionelle Therapieform verglichen. Ultraschall, Bewegungsanalyse und handgesteuerte Dynamometrie wurden verwendet, um die Plantarflexorenkraft, die passive Sprunggelenksbeweglichkeit, die Gastrocnemius Morphometrie sowie die Steifigkeit und Dehnbarkeit auf Muskel-Sehnen und Gelenkebene zu untersuchen. Dehnen zeigte keinerlei Benefits gegenüber dem Laufbandtraining. Rückwärts-Bergabgehen war dagegen ein effektives Gangtraining und setzt vermutlich neuronale und koordinative Reize. In der Zusammenschau scheinen positive Änderungen im Gangbild bei IZP Kindern sowohl durch Unterschenkelorthesen, als auch durch Rückwärts-Bergabgehen erreichbar zu sein. Beides führte aber nicht zu Muskelwachstum. Funktionelle Verbesserungen scheinen daher auch stark von neuronal, koordinativen Aspekten abhängig zu sein. / Most children with Cerebral Palsy (CP) develop spastic paresis, which leads to muscle weakness, increased stretch-resistance and joint contractures. The gastrocnemius muscle is frequently targeted to alleviate a common deficiency known as equinus. The overall objective of this thesis was to investigate several non-invasive treatment strategies for this pathology. The first study investigated the effects of ankle foot orthotics on spastic gastrocnemius morphometrics as well as on gait by using ultrasound and motion capturing. We concluded that braces improved walking function but also lead to atrophy. During the second study, we searched for a readily available, substituting stimulus and compared the contractile activity of the gastrocnemius on treadmills, namely during flat-forward, forward-uphill and backward-downhill gait using ultrasound, motion capturing and EMG. Uphill gait promoted concentric fascicle action, while backward-downhill gait increased eccentric fascicle action. Since eccentric training had been previously shown to increase fascicle length in controls, during the third study, we compared backward-downhill walking versus static, manual stretching. Ultrasound, motion analysis and handheld dynamometry were used to test plantarflexor strength, passive ankle joint flexibility, as well as gastrocnemius morphometrics, stiffness and strain on muscle-tendon and joint level. Backward-downhill walking led to larger single stance dorsiflexion and faster achievable walking velocities while stretching aggravated knee flexion in swing. Strength, joint flexibility, as well as stiffness on muscle-tendon and joint level were not altered. Backward-downhill walking can be an effective gait treatment, probably improving coordination. Nevertheless, more intense training might be necessary to alter muscle-tendon properties. In sum, backward-downhill walking and bracing increased function without promoting or even by harming muscle growth.

Sehnen übertragen die Muskelkräfte und ihre Eigenschaften beeinflussen unsere Bewegungsleistungen. Infolge mechanischer Belastungen adaptieren Sehnen. Die Effekte spezifischer Parameter des mechanischen Dehnungsstimulus sowie allgemeiner Belastungsbedingungen auf die Anpassung sind bisher ungeklärt und sollen durch die vorliegende Arbeit beleuchtet werden. Das adaptive Potential wurde durch einen Vergleich der Sehneneigenschaften zwischen beiden Beinen, in Bezug auf seitenabhängige Belastungen, experimentell untersucht. Um den Effekt verschiedener interventionsinduzierter Belastungen auf die Anpassung zu bestimmen, wurde ein systematischer Review nebst Metaanalyse durchgeführt. Der Einfluss spezifischer Parameter des Dehnungsstimulus (Rate und Dauer) wurde mittels zweier Trainingsinterventionen untersucht. Der Vergleich zwischen den Achillessehneneigenschaften des dominanten und nicht dominanten Beins zeigte einen signifikanten Unterschied des Young''s Modulus (Materialeigenschaften), mutmaßlich eine Folge seitenabhängiger Alltagsbelastungen. Die Metaanalyse ermittelte hohe Effektgrößen auf die mechanischen und Materialeigenschaften sowie eine niedrige Effektgröße auf die Morphologie, mit einem signifikanten Einfluss der unterschiedlichen Belastungen. Die beiden Interventionen belegten, dass eine hohe Rate der Dehnung und eine lange Dauer keinen übergeordneten Stimulus zur Sehnenanpassung im Vergleich zu einer hohen Magnitude und niedrigen Frequenz darstellen. Die Ergebnisse zeigen, dass Materialeigenschaften sensitiver gegenüber Belastungsänderungen sind und im Vergleich zur Morphologie zeitiger adaptieren. Die Interventionsresultate lassen den Schluss zu, dass eine hohe Dehnungsmagnitude, eine adäquate Dauer und repetitive Belastung essentiell für einen effektiven Stimulus sind. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse bezüglich einer Verbesserung von Sehneneigenschaften im Kontext der athletischen Leistung sowie Verletzungsprävention und -rehabilitation. / Tendons transmit the force exerted by a muscle and their properties influence human locomotor performance. Furthermore, tendons adapt to mechanical loading. The effect of specific parameters of the mechanical strain stimulus as well as general loading conditions on tendon adaptation is not completely understood and, therefore, the focus of research in the present thesis. Adaptive responses were investigated by means of a comparison of tendon properties between both legs to assess the effect of side-dependent loading pattern. A systematic review and meta-analysis was applied to examine the influence of various intervention-induced loading conditions on the magnitude of adaption. To investigate specific parameters of the mechanical strain stimulus (rate and duration), two controlled exercise interventions were conducted. The comparison of the Achilles tendon properties between the non-dominant and dominant leg revealed a significant difference of the Young''s modulus (i.e. material properties), likely a result of side-dependent daily loading pattern. The meta-analysis revealed high intervention effect sizes on the tendon mechanical and material properties and a low effect size on the morphology, with a notable effect of the various loading conditions. The two exercise interventions showed that a higher rate of strain and longer duration did not provide a superimposed effect for tendon adaptation compared to high magnitude and low frequency. The findings indicate that the material properties seem to be more sensitive and quicker in response to changes in the loading conditions compared to the morphological properties. The results of the two interventions suggest that a high strain magnitude, an appropriate strain duration and repetitive loading are essential for an effective stimulus. These findings provide valuable information with regard to the improvement of tendon properties in the context of athletic performance as well as injury prevention and rehabilitation.

Background: Multipotent mesenchymal stromal cells (MSC) can be recovered from a variety of tissues in the body. Yet, their functional properties were shown to vary depending on tissue origin. While MSC have emerged as a favoured cell type for tendon regenerative therapies, very little is known about the influence of the MSC source on their properties relevant to tendon regeneration. The aim of this study was to assess and compare the expression of tendon extracellular matrix proteins and tendon differentiation markers in MSC derived from different sources as well as in native tendon tissue. MSC isolated from equine bone marrow, adipose tissue, umbilical cord tissue, umbilical cord blood and tendon tissue were characterized and then subjected to mRNA analysis by real-time polymerase chain reaction. Results: MSC derived from adipose tissue displayed the highest expression of collagen 1A2, collagen 3A1 and decorin compared to MSC from all other sources and native tendon tissue (p < 0.01). Tenascin-C and scleraxis expressions were highest in MSC derived from cord blood compared to MSC derived from other sources, though both tenascin-C and scleraxis were expressed at significantly lower levels in all MSC compared to native tendon tissue (p < 0.01). Conclusions: These findings demonstrate that the MSC source impacts the cell properties relevant to tendon regeneration. Adipose derived MSC might be superior regarding their potential to positively influence tendon matrix reorganization.

Background: Multipotent mesenchymal stromal cells (MSC) can be recovered from a variety of tissues in the body. Yet, their functional properties were shown to vary depending on tissue origin. While MSC have emerged as a favoured cell type for tendon regenerative therapies, very little is known about the influence of the MSC source on their properties relevant to tendon regeneration. The aim of this study was to assess and compare the expression of tendon extracellular matrix proteins and tendon differentiation markers in MSC derived from different sources as well as in native tendon tissue. MSC isolated from equine bone marrow, adipose tissue, umbilical cord tissue, umbilical cord blood and tendon tissue were characterized and then subjected to mRNA analysis by real-time polymerase chain reaction. Results: MSC derived from adipose tissue displayed the highest expression of collagen 1A2, collagen 3A1 and decorin compared to MSC from all other sources and native tendon tissue (p < 0.01). Tenascin-C and scleraxis expressions were highest in MSC derived from cord blood compared to MSC derived from other sources, though both tenascin-C and scleraxis were expressed at significantly lower levels in all MSC compared to native tendon tissue (p < 0.01). Conclusions: These findings demonstrate that the MSC source impacts the cell properties relevant to tendon regeneration. Adipose derived MSC might be superior regarding their potential to positively influence tendon matrix reorganization.

Körperliche Aktivität während der Schwangerschaft wirkt sich positiv auf die Gesundheit von Mutter und Kind aus. Trotzdem werden Schwangere häufig gewarnt, sich aufgrund der abnehmenden Muskelkraft, den nachgiebigeren Bändern und Sehnen sowie der verschlechterten Stabilität beim Sport verletzen zu können. Um Verletzungen während der Schwangerschaft vorbeugen zu können, wird in dieser Arbeit erstmalig der Einfluss von Schwangerschaft auf den Muskel-Sehnen-Komplex der unteren Extremitäten untersucht. Weiterhin werden der Effekt auf das statische Gleichgewicht und der Einsatz eines Schwangerschaftsgurtes als potentielle Präventionsmaßnahme gegen Sturzunfälle überprüft. Zur Untersuchung des Muskel-Sehnen-Komplexes wurde die Morphologie des m. vastus lateralis, die Muskelkraft der Knieextensoren und die Eigenschaften der Patellasehne am Anfang und am Ende der Schwangerschaft sowie ein halbes Jahr nach der Entbindung mittels Ultraschall und Dynamometrie analysiert. Das Gleichgewicht wurde anhand der Grenzen der Stabilität nach anterior und posterior und anhand des Körperschwankens im ruhigen Stand auf einer Kraftmessplatte bei Schwangeren in den unterschiedlichen Schwangerschaftstrimestern und bei Nicht-Schwangeren mit und ohne Schwangerschaftsgurt beurteilt. Diese Arbeit liefert relevante Erkenntnisse, die für die Beurteilung des Verletzungsrisikos von Schwangeren und für die Entwicklung geeigneter präventiver Maßnahmen nützlich sind. Es wurde zum wiederholten Male bestätigt, dass Schwangerschaft zu einer Verschlechterung der posturalen Stabilität führt. Ein Schwangerschaftsgurt stellt jedoch keine geeignete Methode zur Verbesserung der Stabilität dar. Während Muskelmorphologie und Sehnensteifigkeit keinen negativen Einfluss zeigen, könnte die zunehmende Sehnenruhelänge zu einer vergrößerten Gelenkbeweglichkeit beitragen und das Risiko für Verletzungen und Stürze erhöhen. / Physical activity during pregnancy has beneficial effects on maternal and fetal health. However, pregnant women are frequently cautioned when exercising since a loss in muscle strength, an increased compliance of ligaments and tendons as well as impairments in postural stability are assumed to lead to injuries in pregnant women. This thesis investigates for the first time the effect of pregnancy on the muscle-tendon unit of the lower extremities for the prevention of injuries during pregnancy. Furthermore, this thesis analyzes the effect of pregnancy on static postural stability and examines whether a maternity support belt is an appropriate method for fall prevention in pregnant women. To investigate the muscle-tendon unit, the morphology of the vastus lateralis muscle, muscle strength of the knee extensors and the properties of the patellar tendon were analyzed in the early and late stage of pregnancy as well as six months after delivery by means of ultrasound and dynamometry. Balance ability was assessed determining the limits of stability in the anterior and posterior directions and the postural sway during motionless upright standing on a force plate in pregnant women in different trimesters of pregnancy and in non-pregnant women with and without maternity support belt. This thesis provides relevant evidence for the assessment of the risk of injury in pregnant women and the development of appropriate prevention strategies. It confirmed that pregnancy is accompanied by impaired postural stability. However, a maternity support belt is not an appropriate method to improve stability. While muscle morphology and tendon stiffness were not negatively affected during pregnancy, the increase in tendon rest length might contribute to an increased joint mobility that may increase the fall and injury risk.