VL 2.2 Gelenke und Gelenkmechanik, Muskelfunktion

• einfaches Gelenk

• vielgestaltiges Gelenk

• zusammengesetztes Gelenk

(Synovial bedeutet diskontinuierlich)

• Nach Grad der Komplexizität nach den elementaren morphologischen Unterscheidungen

• Nach einer Funktionalität der Achsen

  • unterteilt Gelenke in

    • monoaxial

    • biaxial

    • multiaxiale

• nach Funktionalität der Freiheitsgrade (1,2,3 DOF)

  • zeigt die Beweglichkeit an, wenn Gelenkflächen gegeneinander stehen

  • indirekt mit der Form der Gelenke verbunden (zeigt Morphologie

Gelenkbewegung wird über Rotation und Translation über 3 orthogonale Achsen beschrieben

Es gibt

• 3 mögliche Rotationen

  • axial

  • abduction-adduction

  • flexion-exxtension

• 3 mögliche Translationen

  • proximal-distal

  • mediolateral

  • anteroposterior

Translationen für die meisten Gelenke vernachlässigbar, da nur wenige Gelenke geringfügige

reine Translationsbewegungen

Die meisten Gelenkbewegungen erfolgen nur durch Rotation.

• loose-packed position ( gelockerte, nicht kongruente Gelenkformation)

  • größerer Bewegungsumfang aber auch anfälliger ggü. Verletzungen

  • Bsp. Schultergelenk bei Beugung und Außenrotation

• close-packed position (geschlossnen, voll kongruente Gelenkformation)

  • umliegende Bänder und Muskeln maximal angespannt->verleiht Gelenk größere Stabilität, weniger anfällig für Schäden/Verletzungen

  • Bsp. Schultergelenk in voller Abduktion und Außenrotation

Gelenk loose-packed close-packed

• Muskelspannung erzeugt Biegemomente und Drehmomente üm die Gelenke.

• Momente und Drehmomente hängen von Hebelarmen und Muskelkräften ab.

• Unterscheidung nach 3 Arten der Muskelhebel

• Wichtig ist die Länge des Hebelarmes (= senkrechter Abstand zwischen Muskel)

  • Kurzer Hebelarm = Muskelkontraktion bewegt Gelenk um einen großen Winkel

    (= Hebelsystem am besten für große &/oder schnelle Bewegungen des Gelenks)

  • Langer Hebelarm = führt zu kleinen und/oder langsamen Bewegungen, aber größerer

    Momentenbildung.

-Punkt um den der Hebel rotiert

-Drehachse

Part des Helbes zwischen Fulcrum und Punkt der Kraftapplikation

Part des Hebels zwischen Fulcrum und Punkt der Lastapplikation

1. Klasse Hebel

   • Fulcrum zw. Last- und Kraftarm

2. Klasse Hebel

   • Fulcrum an einem Ende und Kraftapplikation am anderen

   • Last ist dazwischen positioniert

3. Klasse Hebel

   • Fulcrum an einem Ende und Last am anderen

   • Kraft ist dazwischen positioniert

   
   

• fulcrum sind meistens die Gelenke

• Last ist das Körpergewicht oder eine externer Widerstand

• Kraft ist normalerweise durch die Muskelkraft erzeugt

Es ist die komplexe Anordnung aller drei Klassen von Hebeln im menschlichen Körper, die die Bewegung erzeugt.

wird verwendet, um Gewicht auszugleichen und/oder die Zugrichtung zu ändern. Da ist normalerweise kein Gewinn am mechanischem Vorbild.

Relativ wenige Hebel dieser Art im menschlichen Körper.

Bsp.

Erzeugt die Kraft des Musculus triceps brachii auf das Olekranon der Elle eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn (Extension) um das Ellenbogengelenk (Achse), die die resultierende äußere Kraft (Last) auf der Elle der Gegenseite „überwindet“.

Der Hebel zweiter Klasse (das Prinzip, mit dem das Gewicht in einer Schubkarre angehoben wird) gewinnt mechanischen Vorteil, wodurch große Lasten bewegt werden können, allerdings mit einem Verlust an Geschwindigkeit.

Beispiel:

Aufstehen auf die Zehen → Mittelfußköpfe = Drehpunkt;

das Körpergewicht wirkt nach unten durch das Schienbein (= Last), während die Kontraktion der Wadenmuskeln die erforderliche Kraft erzeugt.

Lastarm = Abstand zwischen Schienbein und Mittelfußköpfen

Kraftarm = Abstand zwischen dem Ansatz der Wadenmuskeln am Fersenbein und den Mittelfußköpfen

Hebel dritter Klasse = am häufigsten im Körper zu finden. Er arbeitet mit einem mechanischen Nachteil und bewegt weniger Gewicht, aber oft mit großer Geschwindigkeit.

Beispiel:

Muskel Biceps brachii, der über den Ellbogen wirkt:

Ellenbogen = Drehpunkt; Gewicht (oder Last) = Unterarm + Hand, die abgestützt wird; Kraft = erzeugt durch den Musculus biceps brachii.

Lastarm = Abstand zwischen Ellenbogen und Massenschwerpunkt von Unterarm + Hand

Kraftarm = Abstand zwischen Ellenbogengelenk und Ansatz des Musculus biceps brachii

Sesambeine erhöhen den Hebelarm des Muskels und wirken als Umlenkrolle, die eine leichte Änderung der Richtung des Muskelzugs ermöglicht.

Bsp.: Kniescheibe und Musculus quadrizeps femoris

• Vom Muskel wird ein Drehmoment auf den Hebel ausgeübt.

• Der Momentenarm einer Kraft ändert sich je nach dem Winkel in dem der Kraftvektor angreift ( Hebelarm hat festen Abstand)

  • damit ändert sich auch die Länge des Momentenarms

• Die Optimierung des Drehmoments bedeutet, einen Kraftangriffswinkel zu erreichen, der so nahe wie möglich bei 90° liegt

funktionelle Wirkung der Muskelarchitektur bedeutet:

• Muskelkraft = proportional zur physiologischen Querschnittsfläche (PCSA)

  +

• Muskelgeschwindigkeit = proportional zur Muskelfaserlänge

PCSA = Summe der Flächen der einzelnen Muskelfasern, anatomische Querschnittsfläche nur bei fusiformen Muskeln, d.h. Kontraktion erfplgt über eine größere Strecke

PCSA=physiologische Querschnittfläche

Fusiformer Muskel

• kontrahiert schneller aber entwickelt weniger Kraft

Pennant-shaped Muscle

• Die durch diese Architektur ermöglichte Vergrößerung der effektiven Querschnittsfläche

  überwiegt die geringfügige Verringerung der in Richtung der Sehne wirkenden Kraftkomponente