Stossübertragung über das Knie und muskuläre Gelenkkopplung (PDF)

Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
In der biomechanischen Forschung besteht ein Kenntnisdefizit im Bezug auf die Weiterleitung von Stössen über die untere Extremität. Es kann davon ausgegangen werden, dass passive Strukturen wie Gelenkknorpel, Menisken, Knochenmaterial oder Gelenkkapselgewebe ¿ zumindest in vitro - eine stossmodulierende Wirkung haben. Auch aktiven Mechanismen, wie z.B. veränderter Beinsteifigkeit in Folge von Gelenkwinkelvariationen, wird ein Einfluss auf die Stosstransmission zugeschrieben. Wie jedoch Veränderungen in der Muskelaktivität in unterschiedlichen Gelenkwinkeln die Stossübertragung beeinflussen, ist ungeklärt. Weiterhin ist nicht bekannt, ob passive Strukturen auch in vivo eine relevante Rolle bei der Stossweiterleitung spielen.
Biologische Strukturen können auf stossförmige Belastungen sowohl mit Materialversagen, d.h. Verletzungen oder Schädigungen, als auch mit Materialverbesserung, d.h. biopositiven Adaptationsprozessen, reagieren. Die Ausprägung dieser Reaktionen ist jedoch von den strukturinternen Belastungs- und Beanspruchungssituationen abhängig. Diese sind massgeblich von der Weiterleitung externer Stösse abhängig. Einem detaillierten Verständnis bezüglich der Übertragung stossförmiger Belastungen kommt also besondere Forschungsrelevanz zu.
Ziel der Arbeit war es, ursächliche Zusammenhänge zwischen Stossweiterleitung und Muskelaktivität bzw. Gelenkwinkel zu erkennen und damit zu einem verbesserten Verständnis der Stosstransmission beizutragen. Die Arbeit konzentrierte sich dabei auf den Übertrag über das vitale menschliche Kniegelenk.
Menschliche Fortbewegungssituationen ermöglichen es nur bedingt, aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung von Kniewinkel und Muskelaktivität, die Stossweiterleitung auf ihre Abhängigkeit von diesen Grössen zu studieren. Deshalb wurden unter kontrollierten Bedingungen mit einem pneumatisch getriebenen Impacter Stösse plantar in die Fersen von vier männlichen freiwilligen Probanden eingeleitet. Die experimentellen Interventionen bestanden einerseits in Variationen des Kniewinkels von 0°, 20° und 40°. Andererseits wurde in jeder dieser Positionen die Muskelaktivität der gelenkumspannenden Muskulatur gezielt zwischen 0%, 30% und 60%, bezogen auf maximale willkürliche Kontraktionen, verändert. Als abhängige Variablen wurden die Beschleunigungen von Tibia und Femur mit Beschleunigungssensoren, die an Knochenschrauben montiert waren, dreidimensional erfasst. Die Orientierung der Sensorenachsen wurde [...]