Bewegungsausmaß der Gelenke beim Gehen

Originale Autorin Rachel Celentano basierend auf dem Kurs von Alexandra Kopelovich

Top-Beitragende Rachel Celentano, Wanda van Niekerk und Jess Bell

Einleitung(edit | edit source)

Das Merriam-Webster-Wörterbuch definiert Gehen als „eine Art der Fortbewegung zu Fuß“.(1) Es erfordert eine Interaktion zwischen dem Nerven-, dem muskuloskelettalen und dem kardiorespiratorischen System, die stark von Alter, Persönlichkeit, Stimmung und soziokulturellen Faktoren beeinflusst wird.(2)(3) Die normale Gangfunktion wird durch die optimale Aktivität der folgenden Bereiche bestimmt: „Lokomotorische Funktion (zur Einleitung und Aufrechterhaltung des rhythmischen Gangs), Gleichgewicht, Haltungsreflexe, sensorische Funktion und sensomotorische Integration, motorische Kontrolle, Bewegungsapparat und kardiopulmonale Funktionen.“(2)(4)

Standphase versus Schwungphase ( edit | edit source )

Der typische Doppelschritt vorwärts besteht aus zwei Phasen: der Standphase und der Schwungphase.(5)

  • Die Standphase macht 0-60 % des Gangzyklus aus. In der Standphase tragen ein Bein und ein Fuß den Großteil oder das gesamte Körpergewicht.(6)
  • Die Schwungphase nimmt 60-100% (insgesamt 40%) des Gangzyklus ein. In der Schwungphase berührt der Fuß die Lauffläche nicht und das Körpergewicht wird vom anderen Bein und Fuß getragen.(7)
  • Bei einem vollständigen Doppelschrittzyklus haben beide Füße in etwa 25 % der Zeit gleichzeitigen Kontakt mit dem Boden. Dieser Teil des Zyklus wird als doppelt unterstützte Phase bezeichnet.(6)
  • Phasen des Gangzyklus: die Standphase und die Schwungphase beinhalten eine Kombination von Aktivitäten in der offenen und der geschlossenen Kette.(8)(9)

Lesen Sie hier mehr: The Gait Cycle

Phasen des Gehens ( edit | edit source )

Die Stand- und Schwungphase des Gangs können in acht Unterphasen unterteilt werden.(6)(9)

  1. Initialer Kontakt (Fersenauftritt / „heel strike“)
  2. Stoßdämpfungsphase („loading response“)
  3. Mittlere Standphase (einbeiniger Stand / „mid stance“)
  4. Terminale Standphase (Fersenanhebung / „heel off“)
  5. Vorschwungphase („toe off“ / „pre-swing“)
  6. Initiale Schwungphase (Beschleunigungsphase / „initial swing“, „early swing“)
  7. Mittlere Schwungphase („mid swing“)
  8. Terminale Schwungphase (Abbremsphase / „late swing“)

Unten finden Sie ein Diagramm des Gangzyklus:

Im folgenden Video werden in 90 Sekunden die Grundlagen des Gangzyklus beschrieben:

(10)

Bewegungsausmaß während der Gangphasen ( edit | edit source )

Initialer Kontakt (Fersenauftritt / „heel strike“)

  • Findet am Punkt von 0% des Gangzyklus statt
  • Früher als „Fersenauftritt“ oder „Fersenaufprall“ („heel strike“) bezeichnet, aber bei einigen pathologischen Gangmuster geschieht der initiale Kontakt möglicherweise nicht durch die Ferse(6)
  • Funktion:
    • Herstellen des Kontakts mit der Oberfläche und Einleitung der Gewichtsübernahme(11)
Anforderungen an das Bewegungsausmaß während des initialen Kontakts
Körperteil Anforderungen an das Bewegungsausmaß
Sprunggelenk 0° (Neutralstellung)
Knie 0° (volle Extension)
Hüfte durchschnittlich 20° Flexion

Stoßdämpfungsphase („loading response“)

  • Findet von 8 bis 10 % des Gangzyklus statt
  • Funktion:
    • Gewichtsübernahme und Stoßdämpfung
Anforderungen an das Bewegungsausmaß während der Stoßdämpfungsphase
Körperteil Anforderungen an das Bewegungsausmaß
Sprunggelenk 0-5° Plantarflexion
Knie 15° Flexion
Hüfte 15° Flexion (die Hüfte bewegt sich in die Extension)

Mittlere Standphase (einbeiniger Stand / „mid stance“)

  • Der Trochanter major befindet sich senkrecht über dem Mittelpunkt des Fußes
  • Funktion:
    • Unterstützung und Stabilität im einbeinigen Stand
Anforderungen an das Bewegungsausmaß während der mittleren Standphase
Körperteil Anforderungen an das Bewegungsausmaß
Sprunggelenk 5° Dorsalextension
Knie 5° Flexion
Hüfte 0° Flexion (Neutralstellung)

Terminale Standphase (Fersenanhebung / „heel off“)

  • Findet von 30 bis 40 % des Gangzyklus statt
  • Funktion
    • Unterstützung, Stabilität und Vortrieb (Propulsion) für den einbeinigen Stand
Anforderungen an das Bewegungsausmaß während der terminalen Standphase
Körperteil Anforderungen an das Bewegungsausmaß
Sprunggelenk 0° (Neutralstellung)
Knie 0° Flexion (vollständige Extension)
Hüfte 10-20° Hyperextension

Vorschwungphase („toe off“ / „pre-swing“)

  • Findet am Punkt von 60 % des Gangzyklus statt (letzte Unterphase der Standphase)
  • Funktion
    • Letzter Schub, um den Körper vorwärts zu treiben
Anforderungen an das Bewegungsausmaß während der Vorschwungphase
Körperteil Anforderungen an das Bewegungsausmaß
Sprunggelenk 20° Plantarflexion
Knie 30° Flexion
Hüfte 10-20° Hyperextension

Initiale Schwungphase (Beschleunigungsphase / „initial swing“, „early swing“)

  • Findet von 60 bis 75 % des Gangzyklus statt (Beginn der Schwungphase)
  • Von der Zehenanhebung bis zum Punkt, an dem sich das Schwungbein auf gleicher Höhe des Standbeins befindet
  • Funktion
    • Vortrieb der unteren Extremität nach vorne und Verkürzung des Beins, um Bodenfreiheit für den Fuß zu gewährleisten
Anforderungen an das Bewegungsausmaß während der initialen Schwungphase
Körperteil Anforderungen an das Bewegungsausmaß
Sprunggelenk 10° Plantarflexion
Knie 60° Flexion
Hüfte bewegt sich in 20° Flexion

Mittlere Schwungphase („mid swing“)

  • Findet von 75 bis 85% des Gangzyklus statt
  • Das Schwungbein befindet sich gegenüber dem Standbein
  • Funktion
    • Die unteren Extremität wird vom Boden gelöst, um den initialen Kontakt vorzubereiten
Anforderungen an das Bewegungsausmaß während der mittleren Schwungphase
Körperteil Anforderungen an das Bewegungsausmaß
Sprunggelenk 0° (Neutralstellung)
Knie bewegt sich in 30° Flexion
Hüfte 30° Flexion (die Hüfte bewegt sich in die Extension)

Terminale Schwungphase (Abbremsphase / „late swing“)

  • Findet von 85 bis 100 % des Gangzyklus statt
  • Tibia senkrecht zum initialen Kontakt
  • Funktion
    • Abbremsen der unteren Extremität, um den Kontakt mit dem Boden herzustellen
Anforderungen an das Bewegungsausmaß während der terminalen Schwungphase
Körperteil Anforderungen an das Bewegungsausmaß
Sprunggelenk 0° (Neutralstellung)
Knie 0° (volle Extension)
Hüfte 30° Flexion

Das folgende Video beschreibt die Anforderungen an das Bewegungsausmaß in den verschiedenen Gangphasen:

Bewegungsausmaß beim Gehen (12)

Höchstwerte ( edit | edit source )

Für Kliniker ist es wichtig, die Bewegungsausmaße zu kennen, die als Mindestvoraussetzung für ein normales Gangmuster erforderlich sind.(13) Es ist auch wichtig zu wissen, in welcher Unterphase des Gangzyklus diese Bewegungsausmaße auftreten, da dies bei der Ganganalyse hilfreich ist und es Klinikern ermöglicht, auf spezifische Gangpathologien zu achten.

Maximales Bewegungsausmaß (Range of Motion – ROM) der Gelenke der unteren Extremitäten während des Gangzyklus
Körperteil Maximales Bewegungsausmaß
Hüfte 20° Extension; 20° Flexion
Knie 0° (volle Extension); 60° Flexion
Sprunggelenk 5° Dorsalextension; 20° Plantarflexion

Kinetik des Gehens ( edit | edit source )

Definitionen(edit | edit source)

  • Bodenreaktionskraft (Ground Reaction Force – GRF) = Kräfte, die der Boden auf den Fuß ausübt, wenn der Fuß den Boden berührt(14)
    • Erzeugt ein externes Plantarflexions- oder Dorsalextensionsmoment
    • Wenn die Bodenreaktionskraft vor der Gelenkachse liegt, führt dies zu einer anterioren Bewegung des proximalen Segments.
    • Wenn die Bodenreaktionskraft hinter der Gelenkachse liegt, führt dies zu einer posterioren Bewegung des proximalen Segments.
    • Lesen Sie mehr: Bodenreaktionskräfte
  • Gangmuskulatur der unteren Extremitäten – erzeugt ein internes Drehmoment
  • Druckmittelpunkt (Center of Pressure – COP) = Angriffspunkt der Bodenreaktionskraft auf das Fußsegment
  • Lesen Sie mehr: Gang – Definitionen

Initialer Kontakt (Fersenauftritt / „heel strike“) ( edit | edit source )

  • Sprunggelenk
    • Beim initialen Kontakt – der laterale Kalkaneus trifft zuerst auf den Boden.
    • Die Bodenreaktionskräfte liegen leicht posterior zur Drehachse des Fußes und des Sprunggelenks. Dadurch entsteht ein Plantarflexionsmoment im Sprunggelenk.(9)
    • Die Dorsalextensoren des Sprunggelenks wirken diesem Plantarflexionsdrehmoment entgegen – das interne Drehmoment wird von M. tibialis anterior, M. extensor digitorum longus und M. extensor hallucis kontrolliert.(6)
  • Knie
    • Beim initialen Kontakt befindet sich die Bodenreaktionskraft vor dem Kniegelenk, was zu einer anterioren Rotation des Oberschenkels führt.(9)
    • Die Bodenreaktionskraft will in die Extension gehen.
    • Die Flexoren – die ischiokrurale Muskulatur – werden eingesetzt, um diese Progression zu kontrollieren.
  • Hüfte
    • Die Bodenreaktionskraft befindet sich vor dem Hüftgelenk – dadurch entsteht ein externes Drehmoment (anteriore Rotation) am Becken.(9)
    • Die Extensoren – Gesäßmuskulatur – werden eingesetzt, um der Progression oder dem externen Drehmoment entgegenzuwirken / diese zu kontrollieren.

Stoßdämpfungsphase („foot flat“ / „loading response“) ( edit | edit source )

  • Sprunggelenk
    • Der Druckmittelpunkt bleibt am posterioren Kalkaneus – die Bodenreaktionskraft bleibt posterior zum Sprunggelenk.(9)
    • Die Dorsalextensoren werden genutzt, um eine Plantarflexion im Sprunggelenk zu verhindern.
  • Hüfte
    • Der Druckmittelpunkt und die Bodenreaktionskraft bleiben gleich – anterior der Drehachse.(9)
    • Die Beckenkippung nach anterior erzeugt ein Flexionsmoment.
    • Die Extensoren werden eingesetzt, um dieses Drehmoment zu kontrollieren.
  • Knie
    • Das Bewegungsausmaß reicht von 0-15°.
    • Bodenreaktionskraft posterior zur der Drehachse des Kniegelenks – erzeugt ein Flexionsmoment.(9)
    • Die Extensoren werden eingesetzt, um zu verhindern, dass das Knie in die Flexion geht.

Mittlere Standphase (einbeiniger Stand / „mid stance“) ( edit | edit source )

  • Sprunggelenk
    • Die Bodenreaktionskraft erzeugt ein Drehmoment im Uhrzeigersinn des proximalen Segments (über dem distalen Segment), wodurch ein Dorsalflexionsmoment im talokruralen Gelenk entsteht.(9)
    • Die Plantarflexoren werden eingesetzt, um dem externen Drehmoment entgegenzuwirken.
  • Knie
    • Die Bodenreaktionskraft erzeugt ein anteriores (im Uhrzeigersinn) Drehmoment des proximalen Segments (über dem distalen Segment) – es will sich in die Extension bewegen, indem sich der Femur über der Tibia nach anterior bewegt.(9)
    • Die Flexoren werden eingesetzt, um diesem Drehmoment entgegenzuwirken – dies aktiviert die ischiokrurale Muskulatur.
  • Hüfte
    • Die Bodenreaktionskraft befindet sich posterior der Rotationsachse – will das Becken in eine posteriore Beckenkippung (Extension) bringen.(9)
    • Die Flexoren werden eingesetzt, um dem Extensionsmoment entgegenzuwirken.

Terminale Standphase (Fersenanhebung / „heel off“) ( edit | edit source )

  • Sprunggelenk
    • Die Bodenreaktionskraft befindet sich anterior der Drehachse des Sprunggelenks – will die Tibia über den Talus flektieren.(9)
    • Erzeugt ein externes Dorsalextensionsmoment am talokruralen Gelenk.
    • Die Plantarflexoren werden eingesetzt, um diesem Moment entgegenzuwirken.
  • Knie
    • Die Bodenreaktionskraft befindet sich anterior des Kniegelenks – dadurch wird der Femur in die Extension gezogen, wodurch ein externes Extensionsmoment entsteht.(9)
    • Dem wird durch ein internes Flexionsdrehmoment entgegengewirkt.
  • Hüfte
    • Die Bodenreaktionskraft befindet sich posterior des Hüftgelenks – dadurch entsteht ein externes Extensionsmoment.(9)
    • Dem wirkt ein internes Flexionsmoment entgegen.

Vorschwungphase („toe off“ / „pre-swing“) ( edit | edit source )

  • Sprunggelenk
    • Der Druckmittelpunkt und die Bodenreaktionskraft liegen vor der Drehachse des Sprunggelenks.(9)
    • Dies erzeugt ein externes Dorsalextensionsmoment.
    • Dem wird ein internes Plantarflexionsmoment entgegengesetzt.
  • Knie
    • Die Bodenreaktionskraft befindet sich posterior der Drehachse des Kniegelenks, wenn sich das Knie in Flexion befindet.(9)
    • Erzeugt ein externes Flexionsmoment.
    • Dem entgegen wirkt ein internes Extensionsmoment (M. quadriceps).
  • Hüfte
    • Die Bodenreaktionskraft befindet sich posterior der Drehachse des Hüftgelenks, während die Hüfte sich in die Extension bewegt.(9)
    • Erzeugt eine posteriore Beckenkippung.
    • Die Flexoren (M. iliopsoas) werden eingesetzt, um diesem Moment entgegenzuwirken.

Interne Drehmomentspitzen ( edit | edit source )

Die internen sagittalen Drehmomentspitzen an Hüfte, Knie und Sprunggelenk sind(15):

Hüfte:

  • Stoßdämpfungsphase – Extensionsmoment
  • Terminale Standphase – Flexionsmoment

Knie:

  • Initialer Kontakt – Flexionsmoment (ischiokrurale Muskulatur aktiv)
  • Stoßdämpfungsphase – Extensionsmoment (M. quadriceps aktiv)
  • Terminale Standphase – Flexionsmoment (ischiokrurale Muskulatur aktiv)

Sprunggelenk:

  • Initialer Kontakt/Stoßdämpfungsphase – Dorsalextensionsmoment
  • Terminale Standphase – Plantarflexionsmoment (M. gastrocnemius/M. soleus aktiv)

Referenzen(edit | edit source)

  1. Merriam-Webster. Gait. Available from: https://www.merriam-webster.com/dictionary/gait (last accessed 23.6.2022)
  2. 2.0 2.1 Pirker W, Katzenschlager R. Gait disorders in adults and the elderly. Wiener Klinische Wochenschrift. 2017 Feb 1;129(3-4):81-95. Available from:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5318488/ (last accessed 25.6.2022)
  3. Das R, Paul S, Mourya GK, Kumar N, Hussain M. Recent Trends and Practices Toward Assessment and Rehabilitation of Neurodegenerative Disorders: Insights From Human Gait. Frontiers in Neuroscience. 2022;16.
  4. Mirelman A, Shema S, Maidan I, Hausdorff JM. Gait. Handbook of clinical neurology. 2018 Jan 1;159:119-34.
  5. Cicirelli G, Impedovo D, Dentamaro V, Marani R, Pirlo G, D’Orazio TR. Human gait analysis in neurodegenerative diseases: a review. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics. 2021 Jun 28;26(1):229-42.
  6. 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 Magee DJ, Manske RC. Orthopedic physical assessment-E-Book. Elsevier Health Sciences; 2020 Dec 11.
  7. Loudon J, et al. The clinical orthopedic assessment guide. 2nd ed. Kansas: Human Kinetics, 2008. p.395-408.
  8. Shultz SJ et al. Examination of musculoskeletal injuries. 2nd ed, North Carolina: Human Kinetics, 2005. p55-60.
  9. 9.00 9.01 9.02 9.03 9.04 9.05 9.06 9.07 9.08 9.09 9.10 9.11 9.12 9.13 9.14 9.15 9.16 Hazari A, Maiya AG, Nagda TV. Kinematics and Kinetics of Gait. InConceptual Biomechanics and Kinesiology 2021 (pp. 181-196). Springer, Singapore.
  10. Nicole Comninellis. The Gait Cycle Animation. Available from: https://www.youtube.com/watch?time_continue=35&v=DP5-um6SvQI (last accessed 19.7.2022)
  11. Webster JB, Darter BJ. Principles of normal and pathologic gait. InAtlas of Orthoses and Assistive Devices 2019 Jan 1 (pp. 49-62). Elsevier.
  12. Alexandra Kopelovich. Gait Range of Motion. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=5Z6shSu96CM (last accessed 19.7.2022)
  13. Kopelovich, A. Joint Range of Motion during Gait. Course. Plus. 2022
  14. Elhafez SM, Ashour AA, Elhafez NM, Elhafez GM, Abdelmohsen AM. Percentage contribution of lower limb moments to vertical ground reaction force in normal gait. Journal of Chiropractic Medicine. 2019 Jun 1;18(2):90-6.
  15. Neumann DA. Neumann Kinesiology of the musculoskeletal system: Foundations for Rehabilitation. St Louis: Mosby: 2010.


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