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Stehen, klingt so einfach, aber ist es das? Wie bringt der Körper es fertig, es so einfach aussehen zu lassen? Was haben Momente damit zu tun und wie hilft uns dieses Wissen in der Orthopädietechnik? Heute werden wir das herausfinden, und deshalb: Willkommen bei gOt it! Gelenkmomente beim Stehen, was genau bedeutet das eigentlich? Okay, schauen wir mal. Zuerst betrachten wir den Begriff Moment. Okay, meine Freunde, habt ihr einen Taschenrechner dabei? Ein kürzlich geschärftes Geodreieck? Dann passt gut auf, denn jetzt wird es sehr kompliziert! Nein, Spaß! Wir packen das Schritt für Schritt an. Wir brauchen nur eine kleine Formel, nämlich M = f x l. Das Moment M ist gleich der Kraft F mal einem Hebelarm l. Sieht nicht allzu kompliziert aus, oder? Keine Sorge, und wenn doch, dann finden wir das heraus!
Wo manifestiert sich das Prinzip des Moments im Alltag eines Handwerkers? Zum Beispiel, wenn wir einen Reifen wechseln müssen. Also ab in die Werkstatt! Ein Reifenwechsel, jedes Jahr aufs Neue ein Spaß. Kein Problem! Unser zuverlässiger Mechaniker macht das schnell. Das sollte nicht allzu lange dauern. Großartig! Wir haben nur ein Problem. Die Radmuttern sitzen fest! Zum Lösen oder Anziehen einer Radmutter ist ein bestimmtes Drehmoment erforderlich. Schauen wir uns die Formel des Moments an, die wird uns sicherlich helfen! Ha, Mathematik ist doch für etwas im Alltag gut. Das Drehmoment resultiert aus der aufgebrachten Kraft multipliziert mit dem Hebelarm. Um ein höheres Drehmoment zu erzeugen, brauchen wir entweder eine größere Kraft, einen längeren Hebelarm oder beides. Versuchen wir es mit dem gleichen Schraubenschlüssel, also gleichem Hebelarm, aber mehr Kraft. Wenn Sie mehr Körpergewicht einsetzen oder sich stärker anstrengen, sollte das funktionieren. Funktioniert! Aber andererseits ist unser Mechaniker nicht sehr glücklich mit der zusätzlichen Übung. Schließlich ist das nicht der einzige Reifen für heute. Hier kommt der zweite Teil der Formel ins Spiel. Der Hebelarm! Mit der gleichen Kraft können wir mit einem größeren Hebelarm ein größeres Drehmoment erzeugen! Genau das, was unser Mechaniker gerade braucht. Es macht jedoch keinen Sinn, den längeren Schraubenschlüssel zu verwenden und ihn auf der anderen Seite in der Nähe der Spitze an der Schraube zu greifen. Aber wenn Sie die gesamte Länge des größeren Schraubenschlüssels nutzen, wird der Hebelarm wie beabsichtigt verlängert. So können wir die Schraube mit der gleichen Kraft doch lösen.
Fassen wir zusammen. Das Drehmoment resultiert aus der Kraft multipliziert mit dem Hebelarm. Das Drehmoment hat die Einheit Newtonmeter und setzt sich aus der Kraft mit der Einheit Newton und dem Hebelarm mit der Einheit Meter zusammen. Selbsterklärend, oder? Das M steht für Moment, das F für Kraft und das l für Länge. Der Hebelarm ist somit der Abstand zwischen dem Drehpunkt, der eine Schraube oder ein Punkt eines gebogenen Stabes sein kann, und dem Angriffspunkt der aufgebrachten Kraft. In diesem Beispiel ist l1 kleiner als l2, und daher können wir mit dem größeren Schraubenschlüssel ein größeres Drehmoment erzeugen. Eine wichtige Eigenschaft der aufgebrachten Kraft ist die Richtung, in der diese Kraft wirkt. Das größte Drehmoment wird erzeugt, wenn die Kraft in 90 [Grad] und senkrecht zum verwendeten Schraubenschlüssel steht, wie im Beispiel. Auf der anderen Seite wird überhaupt kein Drehmoment erzeugt, wenn diese Kraft genau parallel zur Richtung des Drehpunkts verläuft, also wenn Sie mit dem Schraubenschlüssel in Richtung der Schraube drücken, passiert nichts. Aber wenn Sie die Kraft in 90 [Grad] zum Schraubenschlüssel nach oben oder unten anwenden, funktioniert es am besten. Hmm … was hat das genau mit Stehen zu tun? Um das beantworten zu können, müssen wir zunächst klären, was Stehen ist. Sie denken vielleicht an die Kunst, nicht umzufallen, aber Stehen ist etwas komplexer. Aber keine Panik, wir werden es Schritt für Schritt herausfinden, wie immer. Nicht umfallen, um das zu vermeiden, müssen Sie Ihr Gleichgewicht halten. Logisch! Nur welches? Ja, Sie haben richtig gehört, es gibt verschiedene Arten von Gleichgewichten. Aber welches haben wir beim Stehen? Welche gibt es überhaupt? 3, um genau zu sein. Ein stabiles, neutrales oder auch indifferentes und ein instabiles. Grundsätzlich befinden sich alle Körper, die sich in einem der Gleichgewichtszustände befinden, in Ruhe. Das heißt, sie bewegen sich nicht. Die Gleichgewichte unterscheiden sich darin, wie Körper in diesem Zustand auf äußere mechanische Einflüsse wie Drücken, Schieben oder andere Reize reagieren.
Wenn das Gleichgewicht stabil ist, kehrt beispielsweise eine Kugel immer wieder in ihre ursprüngliche Position zurück. Sie stupsen ihn an, und am Ende ist er genau dort, wo er vorher war. Wie eine Kugel in einer Schale. Beim neutralen Gleichgewicht lässt sich am besten eine Kugel auf ebenem Boden vorstellen. Wenn Sie die Kugel anstoßen, ist die Endposition anders als ihre ursprüngliche Position am Anfang. Er verlangsamt sich jedoch auf dem Weg aufgrund von Reibungseffekten. Das instabile Gleichgewicht ist etwas wackeliger. Die Kugel wird nun genau auf die Spitze eines Hügels gelegt. Solange er genau oben ist, bewegt er sich nicht. Wenn die Kugel jedoch von einer kleinen Windböe gestoßen wird oder wenn die Kugel ein wenig geschoben wird, rollt sie den Hügel hinunter. Welcher dieser Gleichgewichtszustände herrscht nun bei uns beim Stehen vor? Die Kugel in der Schale, auf der Ebene oder oben auf dem Hügel? Beim Stehen befindet man sich ständig in einem instabilen Gleichgewicht. Ohne jegliche Korrekturen Ihrerseits, durch Ausfallschritte oder kleine Anpassungen durch den Fuß würden Sie sofort umfallen, wenn Sie durch äußere Kräfte irritiert werden. Was bedeutet das jetzt für uns? Wir stoßen die Kugel über den Hügel, und sie rollt herunter. Wir stoßen unseren Heinrich an, und er wird wütend, aber er steht weiter. Aber er in einem instabilen Gleichgewicht?! Wie funktioniert das? Damit Sie beim Stehen nicht auf die Nase fallen, müssen Sie den äußeren Störungen ständig entgegenwirken. Selbst den kleinsten. Deshalb wackeln Sie beim Stehen immer ein bisschen. Manchmal mehr nach dem zehnten Bier, manchmal weniger, wenn man ausgeruht ist. Wie funktioniert das Balancieren eigentlich? Jeder von Ihnen hat schon einmal einen Stock auf seinem Finger balanciert. Wie beim Stehen befindet sich der Stock in einem instabilen Gleichgewicht. Dies ist gewährleistet, wenn sich der Schwerpunkt des Stocks genau über der Fingerspitze befindet. Der Finger erfüllt die gleiche Rolle wie die Bodenreaktionskraft. Wenn keine Störungen auf den Stock im Gleichgewicht wirken oder anders gesagt, wenn kein Wind weht und Sie stillhalten können, kippt der Stock nicht. Wenn Sie etwas wackeln, neigt sich der Stock immer ein wenig. Indem Sie den Finger vor oder hinter den Schwerpunkt des Stocks setzen, erzeugen Sie ein Drehmoment, das verhindert, dass der Stock vom Finger fällt. Der Finger bewegt sich beim erfolgreichen Balancieren immer mehr als der Schwerpunkt des Objekts. Wenn Sie den Schwerpunkt des Objekts mit Ihrem Finger nicht einholen können, fällt der Stock von Ihrem Finger. Das müssen wir beim Stehen genauso machen, Sie balancieren es immer ein bisschen aus. Der Finger wird nur durch die Bodenreaktionskraft funktional ersetzt.
Wir wissen jetzt, was Momente sind, worum es beim Stehen geht und was ein instabiles Gleichgewicht ist. Aber wie hängt das alles zusammen? Jetzt müssen Sie nur noch die Puzzleteile zusammensetzen! Sie wandern. Ein steiler Berg! Ein Schritt anstrengender als der andere. Der gesamte Bewegungsapparat muss sich sehr anstrengen. Andererseits wirken auch viele äußere Kräfte und Momente auf den Körper ein. Zur Wiederholung: Ein Moment wird durch eine Kraft multipliziert mit einem Hebelarm erzeugt. Wenn Sie unseren Wanderer betrachten, befindet sich der Angriffspunkt der Bodenreaktionskraft derzeit im Vorfuß. Hier haben wir unsere Kraft F. Der Drehpunkt kann jeder Gelenkdrehpukt sein. In diesem Fall das Knie. Jetzt haben wir alles, was Sie für ein Gelenkmoment benötigen. Je nachdem, wo sich die Bodenreaktionskraft befindet, wird das Gelenk gebeugt oder gestreckt. Alle Gelenke unseres Körpers sind die meiste Zeit von mehr oder weniger starken Gelenkmomenten betroffen. Die Richtung und Position der Bodenreaktionskraft auf dem Fuß beeinflusst also nicht nur den Fuß oder das Knie, sondern auch jedes andere proximale Gelenk und Strukturen. Schauen wir uns die Momente des Fußes genauer an. Wenn Sie sich nach vorne lehnen, verschiebt sich der Angriffspunkt der Bodenreaktionskraft ventral und wirkt dorsalflexierend. Beim Zurücklehnen ist es umgekehrt. Das Moment wirkt plantarflexierend. Je nach aufgebrachtem Drehmoment wirken andere Muskeln dem entgegen und halten uns im Gleichgewicht. Aber wie wirkt sich das auf die proximalen Gelenke aus? Schauen wir uns die Extremfälle an, um ein besseres Gefühl dafür zu bekommen, wann welche Gelenkmomente erzeugt werden. An wem könnten Sie das am besten demonstrieren? Soll es die rote oder die blaue Pille sein? Ha, natürlich Neo! Perfekt nach hinten gelehnt! Seine Füße bilden eine Auflagefläche, und er lehnt sich unrealistisch weit nach hinten. Aber warum eigentlich unrealistisch? Neos Schwerpunkt liegt außerhalb seiner Stützfläche, und er würde ohne einen ausgleichenden Schritt umfallen! Ha, das ist nur in der Matrix möglich?! Haben Sie schon darüber nachgedacht, welche Momente in den distalen Gelenken erzeugt werden? Sein Schwerpunkt liegt dorsal von den Fuß-, Knie- und Hüftgelenken. Welches Moment wirkt nun auf jedes einzelne Gelenk? Beugung oder Streckung? Also? Haben Sie es gOT? Welches Moment wird also in der Hüfte erzeugt, wenn man sich nach hinten lehnt? Der Schwerpunkt des Körpers liegt dorsal zum Hüftdrehpunkt. Und deshalb ist das Moment in der Hüfte streckend! Welches Moment wird also am Knie erzeugt? Hier müssen wir vorsichtig sein! Je distaler das Gelenk, desto größer der direkte Einfluss der Bodenreaktionskraft. Die Hüfte wird auch von der Position des Oberkörpers beeinflusst. Mehr als das Knie oder der Fuß. Welches Moment wirkt also auf das Knie, wenn man sich nach hinten lehnt? Die Bodenreaktionskraft und der Schwerpunkt liegen dorsal vom Kniescheiben-Drehpunkt. Das Moment wirkt also beugend! Wie beim Bergabgehen zum Beispiel. Man spürt es im Brennen der Oberschenkel, die ständig gegen das Beugemoment arbeiten müssen. Wie sieht es mit dem Fuß aus? Die Bodenreaktionskraft befindet sich hinter dem OSG im Fersenbereich. Und daher wirkt das erzeugte Moment in … Plantarflexion! Wie bei einem Schraubenschlüssel. Der Drehpunkt ist nicht die Schraube, sondern das Gelenk. Die Kraft wird nicht von Hand aufgebracht, sondern durch die Bodenreaktionskraft, und der Hebelarm wird nicht durch die Länge des Schraubenschlüssels bestimmt, sondern durch den Abstand der Bodenreaktionskraft zum Drehpunkt des Gelenks. So wird der Fuß in die eine oder andere Richtung gedrückt, wie ein Schraubenschlüssel in der Werkstatt.
So, jetzt machen wir das noch einmal, aber dieses Mal lehnen wir uns nach vorne. Auch wenn Momente und Drehpunkte die letzten Themen sind, die auf Partys besprochen werden, schauen wir uns für dieses Thema Michael Jackson an. Eine kurze Anmerkung, sich so weit nach vorne zu lehnen, ohne umzufallen, ist, wie ich gerade erwähnt habe, nur mit ein paar Tricks möglich. Sobald sich der Körperschwerpunkt außerhalb der Stützfläche befindet und Sie keinen Ausgleichsschritt machen, fallen Sie um. Haben Sie also schon eine Idee? Welche Momente wirken nun auf Fuß, Knie und Hüfte, wenn man sich nach vorne lehnt? Beginnen wir wieder an den Hüften. Eine Kraftkurve ventral zum Hüftdrehpunkt bedeutet? Richtig! Ein Beugemoment. Und am Knie? Eine Bodenreaktionskraft, die vor dem Drehpunkt des Knies verläuft, erzeugt ein Streckmoment. Schließlich der Fuß. Sie lehnen sich nach vorne – die Bodenreaktionskraft verschiebt sich ventral und drückt den Fuß in Dorsalextension. Wir haben jetzt beide Extreme besprochen. Aber wo befindet sich die Position der Bodenreaktionskraft beim normalen Stehen? Welche Momente wirken auf die Gelenke, wenn wir einfach ganz normal da stehen, ohne uns nach vorne oder hinten zu lehnen? Was schätzen Sie, wie die Bodenreaktionskraft sagittal liegt? Haben Sie das eigentlich in Ihrer Ausbildung oder während Ihres Studiums gelernt? Lassen Sie es uns in den Kommentaren wissen. Wir wissen, wie unterschiedlich der Unterricht sein kann. Also besprechen wir die Unterschiede im Unterricht! Beginnen wir mit den Hüften. Beim Stehen verläuft die Bodenreaktionskraft sagittal direkt hinter dem Hüftdrehpunkt. Welche Art von Moment wirkt dann auf das Hüftgelenk? Richtig! Ein streckendes! Kleiner Exkurs in die Anatomie. Welche Struktur sichert den Femurkopf bei der Streckbewegung? Die Ligamentum-Schraube! Das sichert den Femurkopf umso stärker, je weiter man sich streckt. Daher müssen keine Muskeln dem streckenden Moment in der Hüfte entgegenwirken. Das heißt, die Hüften sind passiv stabil! Wie ist es mit dem Knie? Beim physiologischen Stehen befindet sich die Bodenreaktionskraft vor dem Knie. Um genau zu sein, etwa 15 mm vor dem Kniescheiben-Drehpunkt. Wie sichert sich also das Knie in der Streckung? Passiv! Die Seitenbänder und die hinteren Bänder verhindern eine Überstreckung des Knies. Beim Stehen müssen Sie Ihre Muskeln nicht anspannen, um das Knie stabil zu halten. Der Fuß ist etwas anders. Die Bodenreaktionskraft befindet sich ziemlich weit ventral vom Fuß. Etwa 60 Millimeter vor dem OSG-Drehpunkt. Aber bitte nehmen Sie diese Werte nicht genau, das sind Mittelwerte. Das heißt, was in diesem Bereich ist, plus minus ein paar Millimeter, gilt immer noch als physiologisch. Das bedeutet, der Fuß würde ohne Stabilisierung dorsalflexieren. Was wirkt dem entgegen? Bänder? Andere passive Strukturen? Nein! Die Wadenmuskeln! Oder in der wissenschaftlichen Sprache: der Musculus triceps surae. Der sich aus dem Soleus und dem Gastrocnemius zusammensetzt. Das heißt, das OSG ist aktiv stabil! Ohne das ständige Ziehen der Wadenmuskeln würde der Fuß durch das ständig von der Bodenreaktionskraft ausgeübte Drehmoment dorsalflexieren. Und man würde umfallen. Somit sind die Wadenmuskeln bzw. der Soleus-Muskel essentiell für das Stehen! Der Soleus ist daher eine der hauptverantwortlichen Strukturen für das Stehen. Der Gastrocnemius hingegen erstreckt sich über drei statt zwei Gelenke und hat noch weitere Aufgaben. Aber dieses Thema besprechen wir ein anderes Mal! Sagittal sind wir jetzt Experten dafür, wie sich die Momente darstellen. Aber wie sieht es mit der Frontalebene aus? Beim Stehen ist immer ein Adduktionsmoment in der Hüfte vorhanden. Das heißt, die Hüfte wird durch die medial positionierte Bodenreaktionskraft adduziert. (Aktive Hüftabduktoren). Aufgrund der Tatsache, dass der Schwerpunkt einer Person beim Stehen etwa um den Bauchnabel und damit medial zum Hüftgelenk positioniert ist. Um stabil zu stehen, müssen die Hüftabduktoren dem entgegenwirken. Was denken Sie, wie die GRF am Knie positioniert ist? Ähnlich, oder? Der Schwerpunkt liegt ziemlich in der Mitte des Körpers. Deshalb leitet die Bodenreaktion auch die meiste Kraft durch das mediale Kompartiment der Knie. Sie befindet sich etwa acht Millimeter medial von der Mitte des Knies. Und wie hilft uns das jetzt? Ganz einfach! Das erklärt zum Beispiel, warum mediale Gonarthrosen viel häufiger vorkommen als laterale! Und am Fuß? Die Bodenreaktionskraft verläuft lateral vom OSG-Drehpunkt. Wenn Sie gut kombiniert haben, können Sie herausfinden, dass die Bodenreaktionskraft schräg verläuft. In der Frontalebene. Und sie ist bei jedem von uns etwas anders positioniert, aber Sie können diese Werte sehr gut zur Orientierung verwenden. Und bildet die Grundlage für das Verständnis der Biomechanik des Stehens.
Ist Ihnen aufgefallen, dass die Bodenreaktionskraft nicht genau durch den Drehpunkt eines gegebenen Gelenks verläuft?! Das wäre praktisch, oder? Einfach zu lernen, einfach eine Linie ziehen, und Sie wissen schon, wo die Momente liegen. Oder gibt es einen Grund dafür? Ich vermute das Zweite! Es wäre extrem ineffizient, wenn die Bodenreaktionskraft durch die Gelenkdrehpunkte verlaufen würde. Wir haben vorhin besprochen, dass wir beim Stehen immer ein wenig wackeln. Was würde passieren, wenn die Bodenreaktionskraft genau durch den Kniescheiben-Drehpunkt verläuft und Sie anfangen zu wackeln? Unterschiedliche Momente würden auf das Knie wirken, manchmal beugend, manchmal streckend. Daher müssten verschiedene Muskeln den verschiedenen Momenten entgegenwirken. Manchmal die Beuger, manchmal die Strecker. Das kostet Zeit und Energie! Leider haben wir das nicht. Dies würde zu einem sehr instabilen, wackeligen Stehen führen. Zu viele Köche verderben den Brei. Also kümmert sich jemand darum. Ein Chef, der sagt, wie stark Sie dem aufgebrachten Drehmoment entgegenwirken müssen. Er ist immer da und muss nicht warten, bis sein Kollege auf der anderen Seite merkt, dass das Gelenk von ihm gesichert werden muss. Denken Sie also daran: Eine Bodenreaktionskraft, die genau durch die Gelenkdrehpunkte verläuft, wäre keine gute Lösung! Ha, das war jetzt ziemlich viel Input. Aber warum brauche ich das? Wie hilft mir das in meinem Beruf? Wenn Sie das verinnerlicht haben, können Sie die Ursachen orthopädischer Erkrankungen besser erklären. Wissen Sie, warum einige Krankheiten mit einfachen Orthesen leicht behandelt werden können. Kennt die Grundlagen des Prothesenbaus. Wissen Sie, warum manche Rollstühle Antikipper brauchen oder warum man manchmal einen Dorsalflexionsanschlag oder ein hinteres Kniegelenk in einer Orthese braucht. Wenn Sie die Grundlagen beherrschen, erhalten Sie die notwendigen Werkzeuge, um Probleme selbstständig zu lösen und neue Lösungen zu finden. Vielen Dank fürs Zuschauen! Wir hoffen, dass Ihnen das Video geholfen hat! Und wenn Sie Fragen oder Anregungen haben, hinterlassen Sie einen Kommentar! Und in diesem Sinne einen schönen Tag! Wir freuen uns darauf, Sie im nächsten Video von gOt it! begrüßen zu dürfen!