Einführung in die Biomechanik des Hüftgelenks

138 Pages·1985·2.381 MB·German

by  Prof. Dr. Benno Kummer (auth.)

Kliniktaschenbucher
B.Kummer
Einfuhrung
in die Biomechanik
des Huftgelenks
Mit 68 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo
Prof. Dr_Benno Kummer
Anatomisches Institut
der Universitat
loseph-Stelzmann-Str. 9
5000 K61n 41
ISBN-I 3:978-3-540-1 5371-9 e-ISBN-13:978-3-642-95473-3
DOl: 10.1007/978-3-642-95473-3
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©Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1985
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Satz-und Bindearbeiten: G.Appl, Wemding,
Druck: aprinta, Wemding
2124/3130-543210
Vorwort
Seit vor rund 50 Jahren durch die richtungweisenden
Arbeiten von F. Pauwels eine Renaissance der Bio
mechanik des Bewegungsapparats eingeleitet wurde,
ist eine modeme wissenschaftliche Orthopadie ohne
solide biomechanische Grundlage nicht mehr denk
bar. Allerdings ist es fUr den Arzt nicht ganz leicht,
sich in das trockene und reichlich mit Mathematik
durchsetzte Gebiet der Mechanik einzuarbeiten. Da
zu fehlt vielfach die Zeit. Andererseits mangelt es
auch oft an den notwendigen physikalischen und
mathematischen Grundkenntnissen, und es ist iiber
dies recht schwierig, aus der FiiHe des Stoffes die fUr
die jeweilige Problemlosung relevanten physikali
schen Grundlagen in der richtigen Weise herauszu
filtem.
Aus diesem Grund wird hier der Versuch unter
nommen, die fUr die Biomechanik des Hiiftgelenks
wichtigen Zusammenhange in einer auch fUr den
nicht mathematisch Vorgebildeten verstandlichen
Weise zu erklaren, ohne daB jedoch darunter die Ex
aktheit der DarsteHung leiden soH. Da es sich urn
Krafte, Momente und Gleichgewichtsbedingungen
handelt, miissen diese Begriffe in ihrer gegenseitigen
Abhiingigkeit beschrieben werden. Dazu eignet sich
die bereits von Pauwels in meisterhafter Weise einge
setzte Methode der graphischen Statik ganz beson
ders, weil sie es gestattet, die entscheidenden physi
kalischen GroBen auch ohne mathematische For
meln anschaulich wiederzugeben. An verschiedenen
v
Stell en werden zwar die grundlegenden Beziehun
gen auch in Form einfacher mathematischer Funk
tionen dargesteIlt, der dadurch beschriebene Zusam
menhang kann aber in jedem Fall ebenso gut allein
aus den Abbildungen und dem zugehorigen Text ver
standen werden.
Besonderer Wert wurde auf eine ausgiebige Illu
stration gelegt. Die Bilder, deren technische AusfUh
rung ich zum groBten Teil Frau I. Schreiber zu ver
danken habe, werden seit Jahren in der Vorlesung
tiber Biomechanik verwendet. Sie enthalten aIle we
sentlichen Informationen. Der bewuBt knapp gehal
tene Text solI lediglich das Verstandnis erleichtem
oder hier und da Erganzungen liefem.
Ganz besonders danke ich Herm Dr. Heinz Got
ze sowie den Mitarbeitem des Springer-Verlags, die
so bereitwillig auf die Wtinsche bezliglich des Lay
out eingingen und fUr ein schnelles Erscheinen ge
sorgt haben.
Wie der Titel des Buches bereits ausdruckt, wird
hier nicht der Anspruch erhoben, die Biomechanik
des Htiftgelenks vollstandig im Detail darzustellen.
Dazu waren u. a. eine ausfUhrlichere mathematische
Beschreibung sowie eine eingehende Diskussion der
Materialkonstanten der am Gelenkaufbau beteilig
ten Gewebe erforderlich. An dieser Stelle kommt es
vielmehr darauf an, den an der Problematik Interes
sierten in die Grundlagen der Mechanik eines Ku
gelgelenks, speziell des Htiftgelenks, einzufUhren
und damit die Voraussetzungen fUr ein tieferes Ein
dringen in die Gelenkmechanik und vielleicht auch
fUr eigene weiterftihrende Untersuchungen zu schaf
fen.
Koln, im Oktober 1984 B.KuMMER
VI
Inhaltsverzeichnis
Einleitung . . . . . . . . . . . 1
Geometrie des Hiiftgelenks . 2
Kinematik des Hiiftgelenks . 18
Einige Grundbegriffe der Dynamik 26
Statik des Hiiftgelenks. . . . . . . . 42
Der EinfluB von Formabweichungen auf die
Statik des Hiiftgelenks. . . 112
Bemerkungen zur Kinetik . 120
Literatur . . . . 126
Sachverzeichnis 128
VII
Einleitung
Hier sollen ausschlieBlich die wichtigsten physikalischen
Grundlagen dargestellt werden, die zum Verstandnis der Me
chanik eines Kugelgelenks - speziell des Hiiftgelenks - uner
laBlich sind.
Nach der Gliederung von S. Falk (1967) wird die Mecha
nik in Kinematik(Bewegungsgeometrie) und Dynamik(Lehre
von den Massen und Kraften) eingeteilt. In der Dynamik
konnen wiederum Statik (Lehre von den ruhenden Massen
und Kraften) und Kinetik (Lehre von den bewegten Massen
und Kraften) unterschieden werden.
Demzufolge werden im AnschluB an die Geometrie des
Hiiftgelenks seine Kinematik, Statik und Kinetik beschrie
ben.
Funktionelle Anatomie des HOftgelenks
Morphologie
Biomechanik
/"'"
Dynamik Kinematik
/""
Statik Kinetik
1
Geometrie des Huftgelenks
FUr die folgenden Betrachtungen so11 das Huftgelenk zu
nachst als ideales Kugelgelenk angesehen werden. Die mogli
chen Konsequenzen einer Abweichung von der idealen Ku
gelgestalt werden S.116ff. diskutiert.
Fur die genaue Lokalisation von Kraftangriffspunkten,
gegenseitiger Ste11ung der Gelenkpartner und von Merkma
len an den Gelenkoberflachen mussen fUr Kopf und Pfanne
Koordinatensysteme vereinbart werden, die eiq.e eindeutige
Beschreibung der Lage von Punkten auf beiden Oberflachen
gestatten.
Wegen der Kugelform beider Gelenkflachen liegt es nahe,
ein geographisches Koordinatennetz zu verwenden, analog
der Einteilung auf einem Erdglobus. Dabei sind, der besseren
Verstandigung wegen, die Koordinatensysteme von Kopfund
Pfanne auch durch ihre sprachlichen Bezeiehnungen deutlieh
voneinander zu unterscheiden.
Weil beide Gelenkflachen keine vollstandigen Kugelfla
chen sind, kann jeweils nur ein Pol festgelegt werden. Der zu
gehorige ;{quator ist dann als GroBkreis im 90° -Abstand ein
deutig definiert. Der Nu11meridian und die Zahlrichtung der
Meridiane mussen auf jeder Gelenkflache per conventionem
bestimmt werden.
Wenn man dem Femurkopf das terrestrische Koordina
tensystem zuordnet, konnte man in das Azetabulum zur bes
seren Unterscheidung die ekliptikalen Koordinaten legen. Es
ist aber sieher verstandlicher, einfach die Bezeiehnungen
"Kopfpol", "Kopfaquator", "Pfannenpol", "Pfannenaqua
tor" usw. zu verwenden, nur muB der eindeutigen Verstandi
gung wegen darauf geachtet werden, daB die Prafixe " Kopf-"
bzw. "Pfannen-" niemals weggelassen werden.
2
Polarachse
Das Kugelgelenk kann mit einem Globus vergli
chen werden. Ein entsprechendes Koordinatensy
stem erlaubt eine exakte Orientierung.
3
Geometrie des Hliftgelenks
Am Caput femoris wird der Pol F in das Zentrum der Fovea
capitis gelegt.
Der Nullmeridian verlaufe durch den oberen DurchstoB
punkt der mechanischen Achse1 des Femurs durch den Kopf.
Dies ist zugleich der hochste Punkt des Femurkopfes beim
aufrechten Stehen mit vollstandig gestreckten Htift- und
Kniegelenken. Die Zahlrichtung der Meridiane lauft bei bei
den Femora von oben (0°) tiber vom (90°) nach unten (180°)
und hinten (270°).
Die Polarachse des Femurkopfes ist durch seinen Pol F
und den Kugelmittelpunkt C festgelegt.
1 Die "mechanische Achse" des Femurs ist eine Gerade durch den Kopfmit
telpunkt C und den Mittelpunkt des Kniegelenks.
4