Stoßübertragung über das Knie und muskuläre Gelenkkopplung

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 [...]