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Die Woche in der Biomechnanik #KW21

Lasse Hansen 0

Die wöchentliche Zusammenfassung von dem, was in der Welt der Biomechanik so abgeht.

Im heutigen Update zu kürzlich veröffentlichten Papern werfen wir gemeinsam einen Blick auf einen Pre-Proof-Artikel zur aktiven Regulierung der Steifheit von Fuß und Knöchel. Viel Spaß beim Lesen!

Regulierung der Quasi-Steifheit von Fuß und Knöchel beim menschlichen Hüpfen über einen Frequenzbereich:

Die Forschergruppe aus Australien und Kanada hat das Verhalten der Fußsteifigkeit beim Hüpfen unter die Lupe genommen. Grundsätzlich verhalten sich die menschlichen Beine bei der Fortbewegung wie Federn mit einstellbarer Steifigkeit. In der Modellierung wird dies oft durch ein Rigid-Foot-Segment dargestellt. Das bedeutet, dass alle Berechnungen so durchgeführt werden, als ob der Unterschenkel direkt mit einem komplett steifen Fuß verbunden wäre. Wir wissen zwar, dass der Fuß nicht völlig steifist, aber wenn wir ein Modell verwenden arbeiten wir grundsätzlich mit Vereinfachungen der Realität.

Die Gruppe wollte jedenfalls herausfinden, ob die Steifheit des Fusses aktiv reguliert werden kann, zum Beispiel durch die intrinsischen Fussmuskeln (das sind diejenigen, die sich nur in den Füssen befinden, im Gegensatz zu den extrinsischen Fussmuskeln, die bis zum Knie reichen können). Um genauer zu sein, untersuchte die Gruppe die „Quasi-Steifheit“ des Fusses, die als Mass für die Gelenkverformung unter einer angewandten Belastung verwendet wurde. Die Gruppe lud 22 Personen ein und nahm eine einbeinige Sprungaufgabe bei drei verschiedenen Frequenzen auf. Zu den verwendeten Methoden gehörten die Kinematik der unteren Gliedmaßen, die Kinetik und das EMG. Wenn du dir über die Unterschiede zwischen Kinetik und Kinematik unsicher bist, wirf mal einen Blick in unseren Abschnitt Grundlagen der Physik.

Zurück zum Artikel: Die Gruppe berechnete die Kinetik und Kinematik erstmal mit dem erwähnten Rigid-Foot-Modell und dann noch einmal, diesmal mit einem Multisegment-Foot-Modell. Das letztere Modell nimmt ein anatomisches Knöchelgelenk an, d.h. der Unterschenkel ist mit dem Calcaneus verbunden.
Während des Sprungs nahm die Quasi-Steifheit des Mittelfusses mit der Sprungfrequenz zu und die Muskelaktivierung der intrinsischen Fussmuskulatur während der Kontaktphase nahm ab. Warum dies geschieht, ist noch nicht klar. Aber interessanterweise überschätzte das häufig verwendete Rigid-Foot-Modell den Bewegungsumfang des Knöchels (ROM) um etwa 10% und unterschätzte die Quasi-Steifheit des Knöchels um 45-60%! Das ist eine eindrucksvolle Demonstration der Notwendigkeit, die Verwendung des Rigid-Foot-Modells einmal zu überdenken.

Da wir im letzten Monat ziemlich besessen von neuen Methoden waren, möchten wir gerne zeigen, wie auch etablierte Methoden angepasst werden und sich weiterentwickeln. Wie immer empfehlen wir die Lektüre des originalen Abstracts oder des Artikels, wenn du an weiteren Details interessiert bist!

Sarah E. Kessler, Glen A. Lichtwark, Lauren K.M. Welte, Michael J. Rainbow, Luke A. Kelly,
Regulation of foot and ankle quasi-stiffness during human hopping across a range of frequencies, Journal of Biomechanics, 2020, 109853, ISSN 0021-9290, https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2020.109853

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