Muskelaktivität während des Gehens

Originale Autorin – Wanda van Niekerk basierend auf dem Kurs von Alexandra Kopelovich
Top-Beitragende – Wanda van Niekerk, Jess Bell und Lucinda hampton

Gangkinetik und Gelenkmoment ( edit | edit source )

Die Gangkinetik untersucht die Kräfte und Momente des Gangzyklus. Dazu gehört die Untersuchung der Bodenreaktionskräfte (Ground Reaction Forces – GRFs), des Gelenk(dreh)moments, der plantaren Druckverteilung und der Muskelaktivität.(1) Der Körper sollte sich beim Gehen im Gleichgewicht befinden. Daher sollten die externen Bodenreaktionskräfte (GRFs) (externes Moment) durch die internen Muskelkräfte (internes Moment) ausgeglichen werden.(2) Verschiedene Muskeln führen in jeder Phase unterschiedliche Aktionen aus, um ein internes Moment gegen das externe Gelenkmoment zu erzeugen. Die Vektoren der Bodenreaktionskräfte erzeugen die Richtung des Moments und der Muskel wirkt in die entgegengesetzte Richtung. Wenn die Bodenreaktionskraft vor der Achse des Gelenks liegt, bewegt sich das proximale Segment des Gelenks nach anterior; wenn die Bodenreaktionskraft hinter der Achse des Gelenks liegt, bewegt sich das proximale Segment des Gelenks nach posterior. Die Muskeln können konzentrisch oder exzentrisch arbeiten, um das externe Moment zu überwinden. Bei einer konzentrischen Muskelkontraktion verkürzt sich der Muskel und es kommt zu einer Bewegung im Gelenk; bei einer exzentrischen Konraktion verlängert sich der Muskel und erzeugt dabei Kraft.

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Aufschlüsselung der Kinematik und Kinetik während des Gangzyklus ( edit | edit source )

Standphase ( edit | edit source )

Initialer Kontakt (Fersenauftritt / „heel strike“)

Der Moment, in dem der Fuß den Boden berührt und die erste doppelt unterstützte Standphase beginnt. Die Funktion liegt darin, Kontakt mit dem Untergrund herzustellen und die Gewichtsübernahme einzuleiten.(3)

Sagittalebene:

Kinematik und Kinetik beim Initialen Kontakt(4)
Gelenk Kinematik Kinetik
Externe Kräfte Interne Kräfte / Muskelaktivität
Sprunggelenk Das Sprunggelenk bewegt sich von neutralen 0° beim Initialen Kontakt zu 5° Plantarflexion in der Stoßdämpfungsphase GRF hinter der Drehachse des Sprunggelenks;

es entsteht ein externes Plantarflexionsmoment

 Internes Dorsalextensionsmoment;

exzentrische Kontraktion der Dorsalextensoren (M. tibialis anterior, M. extensor digitorum longus, M. extensor hallucis longus)
Knie Das Knie bewegt sich von 0° Extension beim Initialen Kontakt zu 15° Flexion in der Stoßdämpfungsphase GRF vor der Drehachse des Kniegelenks;

es entsteht ein externes Extensionsmoment

 Internes Flexionsmoment;

konzentrische Kontraktion der Knieflexoren (ischiokrurale Muskulatur/Hamstrings)

Exzentrische Kontraktion der Knieextensoren (M. quadrizeps femoris)

Die Veränderung des Kniegelenkwinkels (0° – 15°) führt zu einer Verlagerung der GRF von vorne nach hinten – dies führt zu einem externen Flexionsmoment, und die Knieextensoren arbeiten exzentrisch, um das Knie zu kontrollieren
Hüfte Die Hüfte bewegt sich von 20° Flexion beim Initialen Kontakt zu 15° Flexion in der Stoßdämpfungsphase GRF vor der Drehachse des Hüftgelenks;

es entsteht ein externes Flexionsmoment

 Internes Extensionsmoment;

konzentrische Kontraktion der Hüftextensoren (M. gluteus maximus)

Frontalebene:

Muskelaktivität und Bewegung in der Frontalebene vom Initialen Kontakt bis zur Stoßdämpfungsphase(5)
Gelenk Bewegung Muskelaktivität
Becken Anteriore Rotation auf der rechten Seite des Beckens beim Initialen Kontakt;

linke Seite des Beckens beginnt, sich nach vorne zu bewegen

*Die rechte untere Extremität wird hier als Referenz verwendet
Hüfte Innenrotation des Femurs im Verhältnis zum Becken
Knie Valgus-Thrust;

Innenrotation der Tibia

 M. gracilis, M. vastus medialis, M. semitendinosus; langer Kopf des M. biceps femoris zur Kontrolle der tibialen Innenrotation
Sprunggelenk Valgus-Thrust mit zunehmender Pronation;

Pronation im Subtalargelenk – Höchstwert wird am Ende der Stoßdämpfungsphase erreicht

Pronation im Chopart-Gelenk (Art. transversa tarsi)

 Exzentrische Kontraktion des M. tibialis posterior zur Kontrolle des Valgus-Thrust am Fuß

Stoßdämpfungsphase („loading response“)

Beginnt mit dem Initialen Kontakt und dauert an, bis der kontralaterale Fuß den Boden verlässt. Der Fuß übernimmt weiterhin das Körpergewicht und absorbiert Stöße durch ein Abrollen in die Pronation.(3)

Sagittalebene:

Kinematik und Kinetik in der Stoßdämpfungsphase(4)
Gelenk Kinematik Kinetik
Externe Kräfte Interne Kräfte / Muskelaktivität
Sprunggelenk Das Sprunggelenk bewegt sich von 5° Plantarflexion in der Stoßdämpfungsphase zu 5° Dorsalextension in der Mittleren Standphase GRF hinter der Drehachse des Sprunggelenks;

es entsteht ein externes Plantarflexionsmoment

 Internes Dorsalextensionsmoment;

Konzentrische Kontraktion der Dorsalextensoren

Exzentrische Kontraktion der Plantarflexoren (M. gastrocnemius, M. soleus)

Die Veränderung des Sprunggelenkwinkels von 5° Plantarflexion zu 5° Dorsalextension führt zu einer Verlagerung der GRF von hinten nach vorne, so dass die posteriore Muskulatur (Plantarflexoren) exzentrisch zur Kontrolle der Dorsalextension eingesetzt wird.
Knie Das Knie bewegt sich von 15° Flexion in der Stoßdämpfungsphase zu 5° Flexion in der Mittleren Standphase GRF hinter der Drehachse des Kniegelenks;

es entsteht ein externes Flexionsmoment

 Internes Extensionsmoment;

konzentrische Kontraktion der Knieextensoren
Hüfte Die Hüfte bewegt sich von 15° Flexion in der Stoßdämpfungsphase zu 0° in der Mittleren Standphase GRF vor der Drehachse des Hüftgelenks;

es entsteht ein externes Flexionsmoment

 Internes Extensionsmoment;

konzentrische Kontraktion der Hüftextensoren

Frontalebene:

Muskelaktivität und Bewegung in der Frontalebene von der Stoßdämpfungsphase bis zur Mittleren Standphase(5)
Gelenk Bewegung Muskelaktivität
Becken Rechte Seite rotiert nach posterior, um in der Mittleren Standphase eine neutrale Stellung zu erreichen;

laterale Kippung (lateral tilt) zum Schwungbein

Die rechte untere Extremität wird hier als Referenz verwendet

 Hüftabduktoren aktiv, um eine übermäßige laterale Kippung (lateral tilt) zu verhindern (M. gluteus medius und M. tensor fascia latae)
Hüfte Die Innenrotation des Femurs im Verhältnis zum Becken setzt sich bis zur Neutralstellung in der Mittleren Standphase fort;

das Adduktionsmoment hält während der gesamten einfach unterstützten Standphase an

 Minimale oder keine Aktivität
Knie Verringerung des Valgus-Thrusts; es beginnt die Außenrotation der Tibia Minimale oder keine Aktivität
Sprunggelenk Der Fuß beginnt sich am Ende der Stoßdämpfungsphase von der Pronation in die Supination zu bewegen;

Fuß in Neutralstellung in der Mittleren Standphase

 M. tibialis posterior hilft bei der Supination

Mittlere Standphase

Beginnt, wenn der kontralaterale Fuß den Boden verlässt und dauert an, bis die ipsilaterale Ferse den Boden verlässt. Der Körper steht im Einbeinstand und beginnt, von der Kraftabsorption beim Auftritt zum Kraftantrieb (Propulsion) nach vorne überzugehen.(3)

Sagittalebene:

Kinematik und Kinetik in der Mittleren Standphase(4)
Gelenk Kinematik Kinetik
Externe Kräfte Interne Kräfte / Muskelaktivität
Sprunggelenk Sprunggelenk bewegt sich von 5° Dorsalextension in der Mittleren Standphase zu 0° Dorsalextension in der Terminalen Standphase („heel off“) GRF vor der Drehachse des Sprunggelenks;

es entsteht ein externes Dorsalextensionsmoment

 Internes Plantarflexionsmoment;

konzentrische Kontraktion der Plantarflexoren
Knie Das Knie bewegt sich von 5° Flexion in der Mittleren Standphase zu 0° Flexion in der Terminalen Standphase GRF vor der Drehachse des Kniegelenks;

es entsteht ein externes Extensionsmoment

 Internes Flexionsmoment;

Exzentrische Kontraktion der Knieflexoren
Hüfte Die Hüfte bewegt sich von 0° Flexion in der Mittleren Standphase zu 10° – 20° Extension in der Terminalen Standphase GRF hinter der Drehachse des Hüftgelenks;

es entsteht ein externes Extensionsmoment

 Internes Flexionsmoment;

exzentrische Kontraktion der Hüftflexoren (M. iliopsoas)

Frontalebene:

Muskelaktivität und Bewegung in der Frontalebene von der Mittleren Standphase bis zum Terminalen Standphase(5)
Gelenk Bewegung Muskelaktivität
Becken Rechte Seite bewegt sich aus der Neutralstellung nach posterior;

*Die rechte untere Extremität wird hier als Referenz verwendet

 Minimale oder keine Muskelaktivität
Hüfte Außenrotation und Adduktion des Femurs Inkonsistente Aktivität der Hüftadduktoren
Knie Außenrotation der Tibia Keine Aktivität
Sprunggelenk Vermehrte Supination des Subtalargelenks Konzentrische Aktivität der Plantarflexoren

Terminale Standphase (Fersenanhebung / „heel off“)

Beginnt, wenn die Ferse den Boden verlässt und dauert an, bis der kontralaterale Fuß den Boden berührt. Diese noch einfach unterstützte Standphase dient der Stabilität und dem Antrieb (Propulsion) des Körpers nach vorne. Das Körpergewicht wird auf die Metatarsalköpfe verteilt.(3)

Sagittalebene:

Kinematik und Kinetik in der Terminalen Standphase(4)
Gelenk Kinematik Kinetik
Externe Kräfte Interne Kräfte / Muskelaktivität
Sprunggelenk Das Sprunggelenk bewegt sich von 0° in der Terminalen Standphase zu 20° Plantarflexion in der Vorschwungphase („toe off“) GRF vor der Drehachse des Sprunggelenks;

es entsteht ein externes Dorsalextensionsmoment

 Internes Plantarflexionsmoment;

konzentrische Kontraktion der Plantarflexoren
Knie Das Knie bewegt sich von 0° in der Terminalen Standphase zu 30° Flexion in der Vorschwungphase GRF vor der Drehachse des Kniegelenks;

es entsteht ein externes Extensionsmoment

 Internes Flexionsmoment;

Konzentrische Kontraktion der Knieflexoren
Hüfte Die Hüfte bewegt sich von 10° Extension in der Terminalen Standphase zu 20° Extension in der Vorschwungphase GRF hinter der Drehachse des Hüftgelenks;

es entsteht ein externes Extensionsmoment

 Internes Flexionsmoment;

exzentrische Kontraktion der Hüftflexoren

Frontalebene:

Muskelaktivität und Bewegung in der Frontalebene von der Terminalen Standphase bis zur Vorschwungphase(5)
Gelenk Bewegung Muskelaktivität
Becken Die linke Seite bewegt sich vorwärts bis zum Initialen Kontakt der linken Ferse (Vorschwungphase rechts);

die laterale Kippung (lateral tilt) zum Schwungbein endet, während das kontralaterale Bein in die Standphase geht und die doppelt unterstützte Standphase beginnt

*Die rechte untere Extremität wird hier als Referenz verwendet

 Exzentrische Kontrolle durch die Adduktoren
Hüfte Abduktion, während das Gewicht auf die kontralaterale Extremität verlagert wird;

Außenrotation des Femurs
Knie Außenrotation der Tibia (inkonsistente Bewegung)
Sprunggelenk Gewicht wird auf die Zehen verlagert;

Supination im Subtalargelenk

 Plantarflexoren

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

Beginnt, wenn der kontralaterale Fuß den Boden berührt und dauert an, bis der ipsilaterale Fuß den Boden verlässt. Sorgt für den letzten Antriebsschub, wenn die Zehen den Boden verlassen.(3)

Sagittalebene:

Kinematik und Kinetik in der Vorschwungphase(4)
Gelenk Kinematik Kinetik
Externe Kräfte Interne Kräfte / Muskelaktivität
Sprunggelenk Das Sprunggelenk bewegt sich von 20° Plantarflexion in der Vorschwungphase zu 10° Plantarflexion in der initialen Schwungphase GRF vor der Drehachse des Sprunggelenks;

es entsteht ein externes Dorsalextensionsmoment

 Internes Plantarflexionsmoment;

exzentrische Kontraktion der Plantarflexoren

Konzentrische Kontraktion der Dorsalextensoren, um den Fuß nach oben zu bringen
Knie Das Knie bewegt sich von 30° Flexion in der Vorschwungphase zu 60° Flexion in der Initialen Schwungphase GRF hinter der Drehachse des Kniegelenks;

es entsteht ein externes Flexionsmoment

 Internes Extensionsmoment;

exzentrische Kontraktion der Knieextensoren

Konzentrische Kontraktion der Knieflexoren
Hüfte Die Hüfte bewegt sich von 10° – 20° Extension in der Vorschwungphase zu 20° Flexion in der Initialen Schwungphase GRF hinter der Drehachse des Hüftgelenks;

es entsteht ein externes Extensionsmoment

 Internes Flexionsmoment;

Konzentrische Kontraktion der Hüftflexoren

Schwungphase ( edit | edit source )

Die Bodenreaktionskräfte gelten nicht für die Schwungphase, da es keinen Bodenkontakt gibt. Die Muskeln arbeiten jedoch weiterhin konzentrisch oder exzentrisch, je nach Bedarf.(2)

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

Beginnt, wenn der Fuß den Boden verlässt, und dauert an, bis er mit dem kontralateralen Sprunggelenk in einer Linie steht. Diese Phase dient dazu, die Extremität nach vorne zu bringen und zu verkürzen, damit sich der Fuß vom Boden lösen kann.(3)

Sagittalebene:

Muskelaktivität in der Initialen Schwungphase(6)
Kinematik/Gelenkbewegung Muskelaktivität
Sprunggelenk Das Sprunggelenk bewegt sich von 20° Plantarflexion in der Vorschwungphase zu 10° Plantarflexion in der Initialen Schwungphase Konzentrische Kontraktion der Dorsalextensoren
Knie Das Knie bewegt sich von 30° Flexion in der Vorschwungphase zu 60° Flexion in der Initialen Schwungphase Exzentrische Kontraktion der Knieextensoren und konzentrische Kontraktion der Knieflexoren
Hüfte Hüfte bewegt sich in die Flexion Konzentrische Kontraktion der Hüftflexoren

Frontalebene:

Muskelaktivität und Bewegung in der Frontalebene von der Initialen Schwungphase bis zur Mittleren Schwungphase(5)
Gelenk Bewegung Muskelaktivität
Becken Laterale Beckenkippung (lateral tilt) nach rechts; rechte Seite bewegt sich nach vorne

*Die rechte untere Extremität wird hier als Referenz verwendet

 Linker M. gluteus medius
Hüfte Von der Außenrotation in die Innenrotation
Knie Von der Außenrotation in die Innenrotation
Sprunggelenk Subtalargelenk (entlastet) kehrt in eine leichte Supination zurück

Mittlere Schwungphase („mid swing“)

Beginnt bei der Ausrichtung von Sprunggelenk und Fuß und setzt sich fort, bis die Tibia des Schwungbeins senkrecht steht. Wie in der Initialen Schwungphase dient diese Phase dazu, die Extremität nach vorne zu bewegen und zu verkürzen, damit der Fuß fern vom Boden bleibt.(3)

Sagittalebene:

Muskelaktivität in der Mittleren Schwungphase(6)
Kinematik/Gelenkbewegung Muskelaktivität
Sprunggelenk Das Sprunggelenk bewegt sich von 10° Plantarflexion in der Initialen Schwungphase zu 0° Plantarflexion in der Mittleren Schwungphase Konzentrische Kontraktion der Dorsalextensoren
Knie Das Knie bewegt sich von 60° Flexion in der Initialen Schwungphase zu 30° Flexion in der Mittleren Schwungphase Exzentrische Kontraktion der Knieflexoren
Hüfte Die Hüfte bewegt sich von 20° Flexion in der Initialen Schwungphase zu 30° Flexion in der Mittleren Schwungphase Konzentrische Kontraktion der Hüftflexoren

Frontalebene:

Muskelaktivität und Bewegung in der Frontalebene von der Mittleren Schwungphase bis zur Terminalen Schwungphase(5)
Gelenk Bewegung Muskelaktivität
Becken Laterale Beckenkippung (lateral tilt) nach rechts; rechte Seite bewegt sich nach vorne

Die rechte untere Extremität wird hier als Referenz verwendet

 Rechter M. gluteus medius
Hüfte Innenrotation
Knie Innenrotation

Terminale Schwungphase (Abbremsphase / „late swing“)

Beginnt, wenn die Tibia des Schwungbeins senkrecht steht und endet mit dem Initialen Kontakt. Die Vorwärtsbewegung der Extremität verlangsamt sich in Vorbereitung auf die Standphase.(3)

Muskelaktivität in der Terminalen Schwungphase(6)
Kinematik/Gelenkbewegung Muskelaktivität
Sprunggelenk Behält eine neutrale Position bei Konzentrische und isometrische Kontraktion der Dorsalextensoren
Knie Das Knie bewegt sich von 30° Flexion in der Mittleren Schwungphase zu 0° Flexion in der Terminalen Schwungphase Exzentrische Kontraktion der Knieflexoren, dann konzentrische Kontraktion der Knieflexoren
Hüfte Die Hüfte bewegt sich von 20°-30° Flexion in der Mittleren Schwungphase zu 30° Flexion in der Terminalen Schwungphase Konzentrische Kontraktion der Hüftflexoren
(7)
(8)

Referenzen(edit | edit source)

  1. ↑ Liu X, Zhao C, Zheng B, Guo Q, Duan X, Wulamu A, Zhang D. Wearable devices for gait analysis in intelligent healthcare. Frontiers in Computer Science. 2021 May 13;3:661676.
  2. ↑ 2.0 2.1 Hazari A, Maiya AG, Nagda TV. Kinematics and Kinetics of Gait. InConceptual Biomechanics and Kinesiology 2021 (pp. 181-196). Springer, Singapore.
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Magee DJ, Manske RC. Orthopedic physical assessment-E-Book. Elsevier Health Sciences; 2020 Dec 11.
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 Webster JB, Darter BJ. Principles of normal and pathologic gait. InAtlas of Orthoses and Assistive Devices 2019 Jan 1 (pp. 49-62). Elsevier.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Levangie, Pamela K., and Cynthia C Norkin. Joint Structure and Function: A Comprehensive Analysis. 4th ed. Philadelphia, PA: F.A. Davis Co, 2005.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 Richie DH. Human Walking: The Gait Cycle. In Pathomechanics of Common Foot Disorders. Springer; 2021.
  7. ↑ Alexandra Kopelovich. Ground Reaction Force During the Gait Cycle. Available from:https://www.youtube.com/watch?v=Y2RHvicAM2o(last accessed 15/09/2022)
  8. ↑ Alexandra Kopelovich. Gait Muscular Activity & Action. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=WuG87mRiY-8(last accessed 15/09/2022)


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