Biomechanische Analyse der Bewegungsabläufe an der unteren Extremität*

Zusammenfassung

Nach Einführung eines dreigliedrigen Modells als Schematisierung des menschlichen Körpers konnte der einfache dynamische Bewegungsablauf (Abbremsvorgang nach freiem Fall) untersucht werden, woraus sich die wirkende Gewichtskraft und die Bodenreaktionskraft ermitteln ließen. Sind nun die äußeren Kräfte und der Bewegungsablauf bekannt, so lassen sich bei vereinfacht angenommenen Gelenkstrukturen die Kräfte im Knie- und Hüftgelenk sowohl für die statische Kniebeuge als auch für das dynamische Beispiel des Abbremsvorganges bestimmen. Diese allgemeine Berechnung von inneren Kräften erfolgt nach dem sogenannten Schnittprinzip, da sich bereits damit ein grundsätzlicher Vergleich zwischen den Kraftwirkungen in Ruhe und während der Bewegung durchführen läßt. Die Berechnungen ergeben für den dynamischen Fall hinsichtlich des Hüftgelenkes eine relativ geringe Erhöhung der Gelenkkräfte, während die Lagerkraft im Kniegelenk beim Abbremsvorgang nach freiem Fall aus 1,5 m Höhe bis zu einem Kniewinkel von 100 Grad auf das 21fache des Körpergewichtes anwächst, woraus die enorme Vergrößerung der inneren Kräfte in der Dynamik aufgrund der notwendigen Drehmomentübertragungen im Kniegelenk deutlich wird. Hieraus ergeben sich Rückschlüsse auf die Entwicklung einer Gonarthrose bei relativ geringen Vorschädigungen (z. B. rezidivierende Gelenkergüsse, geringe Beinachsenfehler, leichte Kapselbandinstabilitäten).

Abstract

After the introduction of a tri-sectional schematic model of the human body it was posible to investigate the simple dynamic locomotion pattern (braking process after a free fall); from this, the effective weight force and the ground recoil forces could be calculated. Once the external forces and the locomotion pattern are known the forces in the knee and hip joint can be determined with simplified joint structures, both for static bending of the knee as well as for the braking process during locomotion. This general calculation of internal forces is performed according to the so-called cross-section principle, since even this permits a basic comparison to be made between the forces acting at rest and during movement. The calculations show that during movement there is a relatively slight increase in the forces in the hip joint; on the other hand, following a free fall from 1.5 m and up to a kneebending angle of 100°, the bearing force in the knee joint during braking increases to 21 times body weight. Thus, there is a massive increase in the internal forces during movement owing to the need for transmission of torque. Conclusions can be drawn from this concerning the development o»f gonarthrosis in cases where there has been relatively little previous damage (for example), recurrent effusions, slight defects of the leg axes, slight instabilities of capsular ligaments).