Biomechanik 1 Flashcards
Wie beeinflussen kapsuloligamentäre Strukturen die Bewegung in einem Gelenk?
Über Spannungen und den Hebelarm
Wie entfalten Muskeln ihre Kräfte auf ein Gelenk?
- Eigenspannung des Muskelgewebes
- aktive Muskelaktion
- Moto- Control ( Bewegungssteuerung)
Wie lautet die Definition der Kinematik?
Kinematik untersucht das Bewegungsverhalten von Körpern, ohne die Kräfte zu berücksichtigen, die diese Bewegung verursachen und beeinflussen.
Wie lautet die biomechanische Definition von Bewegung?
= eine Verlagerung eines Körpers im Raum
Welche 2 Formen der Bewegung werden kinematisch unterschieden?
- Rotation —> physiologisch, Vektoren verlaufen schräg, bestimmbares Rotationszentrum
- Translation —> unphysiologisch, Vektoren verlaufen parallel, Rotationszentrum liegt im Unendlichen
Was versteht man unter dem Rotationszentrum?
Jener Punkt, wo der Geschwindigkeitsvektor Null wird und keine Bewegung mehr stattfindet. Dieser Punkt kann auch außerhalb des rotierenden Systems liegen.
Was versteht man unter dem Begriff Gelenkspiel/ joint-Play/ loose packed Position?
Gelenkspiel ist gegeben wenn bei entspannter Muskulatur die Gelenkflächen von einander getrennt werden können und eine Dekoaptation möglich ist
Was versteht man unter Dekoaptation?
Vorgang der stattfindet, wenn es im Rahmen einer Traktion in Längsrichtung der Gelenkpartner zu einer tatsächlichen Entfernung der beiden Gelenkpartner voneinander kommt.
Was versteht man unter einem diskreten Rotationszentrum? Welche Probleme wirft es auf?
Rotationszentrum das geometrisch mittels der Reuleaux- Methode bestimmt werden kann, über Referenzpunkte aus der Momentaufnahme zweier Positionen heraus.
Es berücksichtigt keine eventuelle Verlagerung des CR und beschreibt nicht was zwischen den Momentaufnahmen mit dem CR passiert.
Was versteht man unter dem momentanen Rotationszentrum ( ICR)?
= Lösung zur Problemstellung des diskreten Rotationszentrums, beschreibt das CR während eines bestimmten Zeitpunktes einer Bewegung
- nur mathematisch bestimmbar
Nenne eine Lösung der Problemstellung des diskreten CR?
Mittelwert der Streuungszone diskreter Rotationszentren, bzw. Anschmiegen der diskreten Rotationszentren an eine Kurve. Dazu müssen möglichst viele diskrete Rotationszentren bestimmt werden, die bis ins Unendliche gehen und nur für einen bestimmten Bewegungsbereichs des Gelenk gelten.
Wie lautet die Definition der Freiheitsgrade?
Kinematisch —> Anzahl der benötigten Parameter, um eine Bewegung eindeutig beschreiben zu können
Biomechanisch —> Anzahl der Bewegungen, die einem Körper zugewiesen werden können
Was versteht man unter einer heliokoidalen Achse?
= Konzept zur Ermittlung einer Bewegung im 3D- Raum, sie beschreibt die Bewegung in Form einer Rotation um eine Achse, sowie einer Translationsbewegung entlang der selben Achse.
Zwischen welchen Ebenen werden der Abweichungswinkel Beta und der Neigungswinkel Alpha bestimmt und welches Problem ergibt sich daraus?
- Abweichungswinkel Beta —> zwischen Heliokodaler Achse und Frontalebene
- Neigungswinkel Alpha —> zwischen Heliokodalen und Transversalebene
- Problem: Bezug muss zum Sagittal-Frontal-Transversal- System stattfinden und die Orientierung verändert sich während der Bewegung
Wann spricht man von assoziierten bzw. Gekoppelten Bewegungen?
- 3D- Bewegung entlang einer schräg verlaufenden Achse in Bezug auf die Koordinatenachsen des Sagittal-Frontal-Transversal- Systems.
Wovon ist die Stärke der assoziierten Bewegung abhängig?
- Wahl des Bezugsystems
- Gelenkspiel, nahe der Verriegelung werden assoziierte Bewegungen maximal
- Reduktion durch Instabilitäten
Was für Referenzsysteme sind dir bekannt und was ist ihre Aufgabe?
= Bezugssystem, durch das Bewegungen beschrieben werden können
- äußeres Referenzsystem:
Raum in dem sich der beobachtete Körper befindet. Bewegungen des beobachteten Körpers, die dieser in Bezug zu diesem Raum durchführt - inneres Referenzsystem:
Raum innerhalb eines beobachteten Körpers. Bewegungen eines beobachteten Segments in Bezug zu einem anderen Segment des Körpers
Mithilfe welcher Parameter kann die Krümmung von Gelenkflächen beschrieben werden?
- Krümmungszentrum
- Krümmungsradius
Welche Grundformen 3D-gekrümmter Flächen gibt es?
- Ovoid oder synklastisch
- Plan oder zylindrisch
- Sattelförmig oder antiklastisch
Welche arthrokinematischen Bewegungen unterscheidet man in der Biomechanik?
- Rollen
- Gleiten
- Rollgleiten
- Translation
- Koaptation
- Dekoaptation
Versuche das Charakteristische einer reinen Rollbewegung zu beschreiben.
- Rollen ist Rotation
- CR liegt im Kontaktpunkt
- beide Gelenkpartner werden gleich stark beansprucht
- Abstände zwischen den Kontaktpunkten sind auf beiden Gelenkflächen stets gleich groß
Versuche das Charakteristische einer reinen Gleitbewegung zu beschreiben.
Der konvexe Partner:
- dreht im Stand und legt keinen Weg zurück
- wird gleichmäßig beansprucht
Der konkave Partner:
- während der Bewegung nur in einem Kontaktpunkt berührt und wird somit punktförmig beansprucht
- es handelt sich um eine Rotationsbewegung mit CR im Radmittelpunkt, dies entspricht dem Krümmungszentrum
Versuche das Charakteristische einer Translationsbewegung zu beschreiben.
Der konvexe Partner:
- rutscht am konkaven entlang
- legt einen Weg zurück
- wird punktförmig beansprucht
Der Konkave Partner:
- wird gleichförmig beansprucht
—> Der CR liegt im Unendlichen
Was wird verwendet um eine Roll-Gleit-Bewegung zu beschreiben?
- Roll-Gleit-Index über 2 Möglichkeiten:
—> diskret, über den Vergleich der Kontaktpunktabstände am konkaven und konvexen Gelenkpartner
—> momentan, über die Beziehung zwischen CR, Krümmungszentrum und Kontaktpunkt
Wo liegt das Rotationszentrum beim Roll-Gleiten?
- zwischen Kontaktpunkt und Krümmungszentrum
Somit gilt:
—> Nähert sich das CR dem Kontaktpunkt, nimmt die Rollkomponente zu
—> Nähert sich das CR dem Krümmungszentrum ( CC), nimmt die Gleitkomponente zu
Wie verhält sich die Beziehung von CR, CC und KP bei einer Dysfunktion?
CR kommt nicht auf der von CC und KP definierten Geraden zu liegen. Dies ist zum Beispiel der Fall bei Koaptation und Dekoaptation, es kommt zur erhöhten Knorpelbelastung, Instabilitäten und erhöhter ligamentärer Belastung.
Wie ist der Hebelarm in der Biomechanik definiert?
= kürzester Abstand zwischen CR und Wirkungslinie der Kraft (senkrechter Abstand auf die Wirkungslinie)
Ohne Hebelarm keine Bewegung möglich in Rotation.
Die Größe des Hebelarms bestimmt die Kraft bei gleichem Drehmoment, je länger der Hebelarm, desto kleiner die Kraft.
Welche Kriterien müssen erfüllt sein, damit sich ein Körper im Gleichgewicht befindet?
- Die Resultierende aller einwirkenden Kräfte muss Null sein
- Die Summe aller Drehmomente muss Null
Mit welchen 3 Kriterien wird die Viskoelastizität beschrieben?
- Kriechverhalten = Deformierung bei konstanter Krafteinwirkung über längere Zeit
- Relaxationsphänomen = Kraftabfall bei konstanter Dehnung über längere Zeit
- Hysteresis- Phänomen = Restdeformation, Ausdruck der Anisitropie (= Reaktion auf Änderungen des Sinns und der Richtung einwirkender Kräfte)
Wovon ist das viskoelastische Verhalten von Gewebe abhängig?
- Gewebeaufbau ( Kollagenstruktur)
- einwirkende Kraft
- einwirkende Zeit
- Anspannungsgeschwindigkeit
- Vorgeschichte ( Zyklische Beanspruchungen)
- Immobilisation
- Trainingszustand
- Alter
- Temperatur
- hormonelle Faktoren
- Medikamente
Wie lautet die Definition der verriegelten Position?
- Ligamente sind maximal gespannt
- Kontaktflächen sind maximal
- es ist keine Dekoaptation möglich
- Krümmungsradius der konvexen Gelenkfläche ist maximal
- Nockenwellenphänomen findet statt
- assoziierte Bewegungen werden deutlich
- Zerrungen spürbar
- es können keine Manipulationen durchgeführt werden
Welche biomechanischen Funktionseinheiten für die Beckenregion gibt es?
- Lumbosakraler Übergang
- ISG
- Sakrococygealgelenk
- Intercocygealgelenk
- Pubisgelenk
- Coxofemoralgelenk
Welche Funktion haben die sakrotuberalen und sakrospinalen Bänder?
Sakrotuberal:
- Unterstützung der intrinsischen Bänder
- Nutationsbremse
- Verschluss des Beckenbodens
- Insertionsareal des M. Gluteus maximus
Sakrospinal:
- Stabilisation in der Frontalebende des Os coccygis
- Nutationsbremse
- Verschluss des Beckenbodens
Definiere Nutation und Kontranutation im biomechanischen Sinne.
Nutation und Kontranutation beschreiben eine gleichzeitige Bewegung von Os coxae und Sacrum in Bezug auf ein inneres Referenzsystem.
In Bezug auf ein äußeres Referenzsystem bedeutet Nutation für das Sacrum eine Flexion ( Sagittalebene), für das Ilium eine Retroversion ( Frontalebene).
Kontranutation bedeutet für das Sacrum eine Extension (Sagittalebene), für das Ilium eine Anteversion ( Frontalebene).
Wo liegen die Bewegungsachsen des Beckens?
- im Bereich der Tuberositas iliaca
Was versteht man unter dem Modell der Lenden-Becken-Schere?
Funktionelles Modell für die Bewegungen des Beckengürtels unter dem Einfluss verschiedener Kräfte.
Sie stellt ein wichtiges Stoßdämpfersystem des Körpers dar.
Funktionsweise:
- im Stand einwirkende Kräfte bringen das System in Nutation
- Federungssystem fungiert als Nutationsbremse ( Lig. Sacrospinale und Sacrotuberal
- Hebelelemente sind hier Sakrum und Becken
- gelenkige Verbindungen ISG, Hüftgelenk und LSÜ
Worin unterscheiden sich Kollagen Typ 1 und 2 biomechanisch?
- Kollagen Typ 1 besser für Traktion
- Kollagen Typ 2 besser für Kompression
Beschreibe die biomechanisch wichtigen Bänder des Hüftgelenks und ihre Funktion.
- Lig. Transversum acetabuli —> faserknorpelige Gelenkflächenergänzung
- Lig. Capitis femoris —> Schutz für vaskuläre Strukturen
- Zona orbicularis —> Kapselverstärkung
- Lig. Iliofemorale —> hemmt im Gesamten die Extension und Außenrotation, Pars transversa hemmt die ADD, Pars descendens hemmt die ABD
- Lig. Pubofemorale —> hemmt Extension, Innenrotation, ABD
- Lig. Ischiofemorale —> hemmt Extension, Innenrotation, ADD und ABD
—> Allgemein:
- alle Bänder sind in EX mehr gespannt
- alle Bänder in Nullstellung entspannt
Wie groß sind die für das Hüftgelenk wichtige Winkel?
- äußerer Überdeckungswinkel: 25-30°
- innerer Überdeckungswinkel: 35-40°
- vorderer Überdeckungswinkel: 30-35° ( Verkleinerung bei Retroversion)
- hinterer Überdeckungswinkel: > 90°
- Collum-Diaphysen-Winkel: ca. 125°
- Dachwinkel: ca. 7°
- Neigungswinkel Acetabulum: ca. 40°
- Anteversionswinkel des Acetabulums: ca.40°
- Anteversionswinkel des Femurs: 10-15°
Wodurch kann der Überdeckungswinkel beeinflusst werden?
Über die Veränderung der Beinlänge:
- Verkürzt sich das Bein, so verringert sich auch der Überdeckungswinkel
- innerer/ äußerer Winkel beeinflussbar durch Coxa Valga und Coxa Vara
- vorderer Winkel beeinflussbar durch Coxa Valga
Welche mechanischen Parameter wären im Hinblick auf die Wirkung eines Muskels auf ein Gelenk interessant?
- Drehmoment
- Bewegungskomponente
- Koaptationskomponente
Wie müsste der Muskel verlaufen, damit sein Hebelarm Null wird?
Die Komponente muss durch das Rotationszentrum verlaufen
Wie müsste der Muskel verlaufen damit sein Hebelarm maximal wird?
Die Komponente muss auf einer Geraden liegen, die vom Insertionspunkt ausgehend im rechten Winkel zur Koaptationskomponente verläuft.
Wie verändern die Muskeln des Hüftgelenks die Koaptationskomponente C und die Bewegungskomponente B?
Adduktoren:
- Zunahme von C in ADD
Abduktoren:
- Abnahme von B in ADD
Psoas:
- Zunahme von C in Extension
Wie verändert sich die Funktion der Hüftgelenksmuskeln bei veränderter Ausgangstellung/ Fehlstellung?
- Adduktoren ( außer ADD.Magnus) wirken in 0-Stellung als Flexoren
- in Flexion werden dorsalsten Muskeln zu Extensoren
- M. Rectus femoris ABD in 0-Stellung
- Abduktoren werden in Flexion alle zu Innenrotatoren
- Extensoren werden in Flexion alle zu Innenrotatoren
- Außenrotatoren: kranial gelegen—> ABD, kaudal gelegen —> ADD
- Rotatoren allgemein: Funktionsumkehr von Außenrotatoren bei zunehmender Flexion
Was wird mit dem gekreuzten Pleuelstangenmodell verglichen? Welche Schwächen hat dieses Modell?
- Kreuzbänder
- nur 2D
- Kreuzbänder kreuzen sich auch in der Frontalebene
- die Stangen sind starr
Wie verhalten sich die Kreuzbänder bei Bewegung biomechanisch?
—> in Extension steht das LCA steil zum Tibiaplateau, das LCP flach zum Tibiaplateau
—> in Flexion steht das LCA flach zum Tibiaplateau, das LCP steil zum Tibiaplateau
Beschreibe die spezifische Kinematik des Rollgleitens bei Flexion für das Knie.
- Am Beginn der Flexion mehr Rollen —> CR näher zum KP als zum CC
- CR bewegt sich nach dorsal und nähert sich dem KP
- CC nähert sich deutlich dem CR
- trotz Annäherung des CR an den KP überwiegt am Ende die Gleitkomponente, da die Annäherung des CC an den CR viel größer ist —> Krümmungspunkt ändert sich und wandert zum Kontaktpunkt
- in den ersten 30° schnelle Verlagerung aufgrund der Rollkomponente, mit zunehmender Flexion weniger Verlagerung aufgrund der Gleitkomponente
Warum kommt es am Ende der Extensionsbewegung zu einer Schlussrotation?
Im extensionsnahen Bereich findet lateral am Ende mehr Rollen statt, aufgrund des anterior weniger stark gekrümmten lateralen Kondylus. Somit liegt CR im extensionsnahen Bereich lateral näher beim Kontaktpunkt als medial
Welche biomechanische Folge hat eine Verkürzung des LCA?
- es kommt zum Nockenwellenphänomen, da die Beweglichkeit eingeschränkt ist ( Extensions-/Flexionsdefizit)
- Lokale Druckerhöhung —> Gefahr der Knorpelschädigung
- Hohe Bandbelastung —> Gefahr der Ruptur
Welche biomechanischen Folgen hat eine Verlängerung des LCA?
- Instabilität
- vergrößertes Schubladenphänomen
- es kommt zu Translation
- Verletzungsgefahr bei Koordination anspruchsvollen Bewegungskombinationen
- Gefahr von Meniskuschäden
- Gefahr von kombinierten Kapsel-Band- Verletzungen
Welche Faktoren können die Spannung der Kreuzbänder beeinflussen?
- Gelenkstellung
- Form des Femurkondyls
- das Roll-Gleit-Verhalten
- andere ligamentäre Kräfte
- die Menisken
- Externe Kräfte
- Muskuläre Kräfte
Wie unterstützen die Muskeln die Kreuzbänder?
- M. Quadriceps femoris: unterstützt LCP indem es LCA spannt
- Ischios: Unterstützen das LCA, spannen das LCP ab ca. 70° Flexion
- Mm. Gastrocnemii: Wirkung aufs LCA unklar, Anspannung des LCP ab ca. 40° Flexion
Wieso sollte bei Kreuzbandruptur immer in der geschlossenen Kette trainiert werden?
Durch Kokontraktur des Quadriceps, der Ischios und des Gastrocnemius, sind beide Kreuzbänder bei 20° Flexion entspannt
Welche Aufgabe haben die Kollateralbänder?
- Erhöhen die Stabilität in der Frontalebene ( ADD/ABD/Valgus/Varus)
- Bremsen Bewegungskomponenten in der Frontalebene
- Lig. Collaterale mediale unterstützt das LCA
- Lig. Collaterale laterale unterstützt das LCP
Wo müssen die Kollateralbänder des Knies inserieren um die Bewegung nicht zu behindern? Was ergibt sich daraus für die Klinik?
Im Rotationszentrum, bzw. Krümmungsmittelpunkt, somit kommt es oft zu Verletzungen der Seitenbänder im extensionsnahen Bereich. Außerdem verschlimmern sich häufig die Schmerzen der Verletzungen in Extension und es kommt bei der Extension häufig zu Meniskusverletzungen
Welche muskulären Verbindungen haben die Kollateralbänder des Knies?
- mediales Seitenband zum Pes anserinus
- laterales Seitenband zum Biceps femoris, Tractus iliotibialis
Beschreibe das Phänomen der Schlussrotation bei einer Extensionsbewegung im Knie. Was bedeutet das für die Klinik?
- Extensionsnah kommen alle kapsuloligamentären Strukturen auf Spannung
- das Gelenk bewegt sich in Richtung der verriegelten Position und alle assoziierten Bewegungen ( kombinierte Bewegungen) werden maximal
- im Rahmen der assoziierten Bewegung findet eine deutliche Rotation statt —> bei Extension ARO, bei Flexion IRO = Schlussrotation, das Knie folgt einer 3D- Kinematik innerhalb derer die Rotationskomponente relativ groß ist.
Klinische Relevanz:
- Bei Mobi im extensionsnahen Bereich die Dreidimensionalität berücksichtigen
- Ein Extensionsdefizit kann die Folge eines Außenrotationsdefizit sein
Nenne die Ursachen die es gibt für die Schlussrotation im Knie.
- Spannung LCA
- Unterschiedlicher Roll-Gleit-Index medial und lateral, da medial größer als lateral
- Kapsel
- übrige Ligamente
- Muskuläre Faktoren
- externe Kräfte
Welche assoziierten Bewegungen gibt es im Kniegelenk?
Flexion: - ADD - IRO Extension: - ABD - ARO
Beschreibe den Einfluss der 4 Hauptligamente am Knie.
- gemeinsam Gewährleistung Stabilität in beiden Rotationsphasen
- ligamentäre Spannung führt zu einer Erhöhung des Kontaktflächendrucks
- Seitenbänder bremsen die ARO
- Kreuzbänder hemmen die IRO
Welcher Zusammenahng besteht zwischen LCA und der Konvexität des lateralen Tibiaplateaus?
- LCA in Rotationsneutralstellung bereits leicht angespannt, ebenfalls in der Flexion um Rollen zu hemmen
- da dadurch kaum IRO möglich wäre, ermöglicht die Konvexität des lateralen Tibiaplateaus eine Entspannung des LCA durch Induzierung einer assoziierten Bewegung in der Frontalebene
Wie lassen sich die Rotatoren des Kniegelenk biomechanisch unterteilen?
Direkte Rotatoren:
- überqueren das Gelenk
- haben in der Transversalebene einen Hebelarm im Bezug zum Rotationszentrum
- Direkte Außenrotatoren: M. Biceps femoris, Tractus iliotibialis, M. Tensor Fascia latae, M. Gluteus maximus
- Direkte Innenrotatoren: Muskeln des Pes anserinus, M. Popliteus
Indirekte Rotatoren:
- Überqueren nicht das Gelenk
- Üben eine rotatorische Wirkung auf Femur oder Tibia aus
- bei belastetem Bein gilt dies besonders für die Muskeln des USG
—> Inversion USG: ARO Tibia
—> Eversion USG: IRO der Tibia
- indirekte Außenrotatoren: M. Tibialis posterior, M. Flexor hallucis longus, Innenrotatoren des Hüftgelenks
- indirekte Innenrotatoren: Mm. Peronaeus longus und brevis, Außenrotatoren des Hüftgelenks
Welche biomechanischen Aufgaben haben die Menisken?
- Kraftübertragung
- Kontaktflächenvergrößerung
- Druckverminderung
- Kraftverteilung
- Stoßdämpfung
- Schmierung
- Stabilisationsfaktor für die axiale Rotation
Wie sind die Menisken im Knie aufgebaut?
- 75% Wasser
- 20% Kollagenfasern (v.a. Typ 1), zirkuläre Fasern im Inneren, radiale an der Oberfläche
- 5% Proteoglykane, Glykoproteine, Elastin
- Vaskularisation über periphere Anteile der Cornua und aus der Kapsel für den medialen Meniskus
Wie verlagern sich die Menisken bei Bewegungen im Knie?
Flexion:
Femur rollt nach posterior —> Meniskusverlagerung nach posterior
Extension:
Femur rollt nach anterior —> Meniskusverlagerung nach anterior
Außenrotation:
Lateraler Femurkondylus nach posterior —> lateraler Meniskus nach anterior
Medialer Femurkondylus nach anterior —> medialer Meniskus nach posterior
Innenrotation umgekehrt
Beschreibe wie sich eine Arthrose biomechanisch auf das Knie auswirken kann?
Präarthrose:
- vermehrte Varisierung
- CR wandert nach medial
- Kraftarm wird größer
- Dadurch muss neues Gleichgewicht gefunden werden
Arthrose:
- weitere Varisierung
- Lastarm wird größer
- Gleichgewicht kann nicht mehr aufrecht erhalten werden
- es entsteht ein Teufelskreis
Welche Bewegungen mach die Patella?
- Sagittalebene: Flexion/ Extension
- Transversalebene: mediale und laterale Neigung
- Frontalebene: IRO/ARO
- Translationskomponenten
Welche Komponenten haben Einfluss auf den femoropatellaren Druck?
- Quadricepskraft
- Kraft der Patellarsehne
- ASTE des Knies
Welche Funktion hat die Patella?
- Verlängerung des Hebelarms des M. Quadriceps femoris
- günstige Beeinflussung der Beanspruchung der Patellarsehne
Was versteht man unter dem Q-Winkel?
- gibt den Winkel zwischen dem Verlauf des M. Quadriceps femoris und dem Lig. Patellae an
- wird in Extension bestimmt, da in dieser Position der retropatellare Druck nicht sehr hoch ist
