Geben Gelenkmomente die innere Beanspruchung an?

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Ein „Moment“ (genauer. „Drehmoment“, M = r x F) ist das Produkt aus einer Kraft (F), die auf ein Gelenk wirkt, und dem Kraftarm (r), unter dem die Kraft auf das Gelenk einwirkt. Dabei ist der Kraftarm der senkrechte Abstand des Kraftvektors von der Gelenkachse (A). Das „Kniestreckermoment“ ist demnach das Produkt aus der Kraft des Quadrizeps und dem senkrechten Abstand des Kraftvektors von der Kniegelenkachse. Im Bild habe ich das mit Rot deutlich gemacht. In der Regel wird der Kraftarm durch den Verlauf der Sehne bestimmt. Meistens verändert sich der Kraftarm in den verschiedenen Gelenkwinkelstellungen, in einer Mittelstellung ist der Kraftarm größer als in extremen Streck- oder Beugestellungen. Im vorliegenden Fall bestimmt der Verlauf der Patellasehne den Kraftarm. Da die Patellasehne über die Kniescheibe (Patella) umgelenkt wird, ist gewährleistet, dass der Kraftarm in den unterschiedlichen Gelenkwinkelstellungen relativ konstant ist. Das ist bei den Kniebeugemuskeln(Bild, grün) nicht in gleichen Maße gewährleistet. Hier ist in einer Kniestreckstellung der Kraftarm relativ klein. Wenn in der Studie, die du gelesen hast, also von einem großen Gelenkmoment gesprochen wird, müsste dies bedeuten, dass die vom Quadrizeps geliefert Kraft entsprechend groß ist. Denn ist der Quadrizeps inaktiv, ist zwangsläufig das Kniestreckermoment gleich Null und die Patellasehnenbelastung auch gleich Null. Ich hoffe, du kannst damit etwas anfangen.

 - (Gelenkmomente, Kniebelastung, Kniemoment)

Vielen Dank Wiprodo, sehr nett, dass du mir so hilfst! Tut mir, leid, da habe ich mich bei meiner ersten Frage wohl nicht genau genug ausgedrückt…

Also: In der Studie werden Probanden die ehemals eine Patellasehnenentzündung hatten und Probanden, die gesund sind hinsichtlich ihres Volleyballabsprungs und ihrer Landung verglichen. Man nimmt an, dass die ehemals Verletzten ihre Technik nicht geändert haben! (Da Patellsehnenentzündungen ja auch häufig wiederkehren). Die Probanden (ehemals verletzt und unverletzt) springen von einer Messplatte ab und landen auch wieder auf einer Messplatte (Volleyball-Angriffsschlag). Gleichzeitig werden Gelenkbewegungen mit einem Optotrak-System gemessen, so dass über inverse Dynamik das Gelenkmoment (bzw. auch speziell das Kniestreckmoment) berechnet werden konnte.

Nun zu dem was ich vielleicht unschön als „Rate der Kniestreckermoment-Entwicklung“ übersetzt habe. Im Text heißt es: „The loading rate of knee extensor moment was calculated for the eccentric phase preceding the push-off phase and for the landing. These loading rates were defined as the peak value of the first derivative of the regarding moment curve.“

Nun kommt Folgendes heraus: “Players with previous patellar tendinopathy showed higher values of the rate of knee extensor moment development”. Und hier hapert es bei mir an der Interpretation. Das heißt doch nun, dass das Maximum der ersten Ableitung der Momentkurve bei ihnen höher ist, oder? D.h. das die Momentkurve (unabgeleitet) einen steilen Anstieg besitzt. Und das heißt doch, dass in kurzer Zeit bei ihnen viel Moment entwickelt wird. Wenn in kurzer Zeit viel Moment entwickelt wird, dann heißt das doch (da M = F x r, und wir annehmen, dass r relativ konstant ist), dass F (also die Kraft des Quadrizeps) in kurzer Zeit stark ansteigt. Kann ich das jetzt also so interpretieren, dass bei ihnen sehr viel Zug in kurzer Zeit auf die Sehne kommt? Oder ist das falsch? Du hast in deiner Erklärung gemeint, dass es eher die Beschleunigung ist. Das habe ich nicht richtig verstanden… Würdest Du mir hier bitte noch mal auf die Sprünge helfen?

Und zu meiner 2. Frage: Bei der Untersuchung kam leider heraus, dass die ehemals Patellasehnen-Verletzten, KLEINERE und nicht größere Winkle in Knie und Fuß bei der Landung hatten. Das heißt, dass die ehemals Verletzten hart landen und somit eigentlich ihre Patellasehne schonen würden. Nach deiner Erklärung, die mir sehr einleuchtend scheint, müsste es ja gerade andersrum sein! Komisch, oder?

Herzliche Grüße und nochmals vielen Dank für die Hilfe!! Harald

Wow, super, herzlichen Dank! Das war mein erster Beitrag hier und direkt solch eine tolle Antwort! Vielen vielen Dank!

Eine kleine Rückfrage habe ich zu: „In der Regel wird der Kraftarm durch den Verlauf der Sehne bestimmt.“ Weil der Kraftarm in der Regel orthogonal zur Sehen verläuft, oder? Bzw. auch orthogonal zum Muskel, wenn die Sehne nicht umgeleitet wird, oder?

Inzwischen sind mir zu der Studie noch weitere Fragen gekommen. Wäre super, wenn du (oder natürlich auch jemand anderes) mir noch mal helfen könntest!:

In der von mir gelesenen Studie werden Personen, die Patellasehnenprobleme haben mit Personen, die keine solchen Probleme haben verglichen. 1. Es zeigt sich, dass bei den Personen, die Patellasehenprobleme haben, die Rate der Kniestreckmoment-Entwicklung in den exzentrischen Phasen vor Absprung und nach Landung größer ist, als bei den anderen. Das heißt ja, so wie ich das nun verstehe, dass in den exzentrischen Phasen bei diesen Personen mit höherer Geschwindigkeit Zug auf die Sehne kommt, weil der Quadrizeps „schneller“ zieht. Kann man denn sagen, dass ein schneller Zug auf eine Sehne belastender für die Sehne ist, als der gleiche Zug aber langsamer? Leider wird dieses Studienergebnis in der Studie nämlich nicht interpretiert. 2. Ein weiteres Studienergebnis ist, dass sowohl Sprunggelenks- als auch Kniegelenks- Bewegungsumfang von der Zeit des Bodenkontakts bei der Landung bis zur höchsten Bodenreaktionskraft (Proband springt auf Messplatte) bei den Personen mit Patellasehnenproblemen geringer ist. Das heißt dann doch, dass die Verletzten Probanden „härter“ landen, weil sie in Knie und Fußgelenk nicht so sehr nachgeben, wie die anderen. Auch hier geht es mir um die Interpretation: Ist es einfach klar, dass eine harte Landung die Sehne mehr belastet als eine weiche Landung? Oder wie kann man das anatomisch/ biomechanisch erklären? Habe schon mal in die Richtung überlegt, dass bei größerem Kniewinkel (den die Unverletzten zur Zeit der höchsten Bodenreaktionskraft ja haben) die Patellaauflagekraft gestiegen ist (weil Patella ja da gegen Femur gedrückt wird) und dadurch vielleicht etwas von der Spannung der Patella-Sehne „abgegeben“ werden kann… Die Überlegung kann aber auch totaler Schwachsinn sein…

Über noch eine Antwort wäre ich sehr sehr dankbar!! Herzliche Grüße, Harald.

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