E4 Gelenke Hebel

Thema

Dieses Gelenk fungiert im Allgemeinen als Hebel und verändert das Verhältnis zwischen der Muskelkraft – derselben Muskelkraft, die ein anderes Modell dieses Systems beschreibt – und der resultierenden Kraft auf einen externen Körper.

Innerhalb der Biomechanik wird dieses Gelenk je nach Lage des Drehpunktes, der Muskelkraft und des äußeren Lastwiderstands als Hebel erster, zweiter oder dritter Klasse klassifiziert. Die meisten Gelenke des menschlichen Körpers stellen daher einen Hebel dritter Klasse dar, bei dem der Muskel nahe am Drehpunkt ansetzt. Dies verringert die maximale Hebelwirkung des Gelenks zugunsten höherer Geschwindigkeit und eines größeren Bewegungsumfangs am distalen Ende.

Die maximale Hebelwirkung dieses Gelenks entspricht dem Verhältnis zwischen dem Hebelarm der Muskelkraft und dem Hebelarm des äußeren Lastwiderstands – demselben Hebelarm der Muskelkraft, der ein anderes Modell dieses Systems an einem bestimmten Knochen beschreibt. Die Tatsache, dass der Hebelarm dieser Muskelkraft im Vergleich zum Hebelarm dieses äußeren Widerstands noch kürzer ist, bedeutet, dass die resultierende mechanische Übersetzung dieses Gelenks folglich noch geringer ausfällt.

Das resultierende Drehmoment in diesem Gelenk bestimmt jedoch die resultierende mechanische Beanspruchung sowohl des Gelenkknorpels als auch des umgebenden periartikulären Gewebes. In einem Gelenk wie diesem Knie kann die Kompressionskraft daher bei der Landung nach einem Sprung das gesamte Körpergewicht des Individuums übersteigen und den Gelenkknorpel außergewöhnlich stark beanspruchen – sogar noch stärker als die außergewöhnliche Spannung, die ein anderes Modell dieses Gelenks auf eine Achillessehne ausübt.

Daher führt dieses Modell, in dem das Gelenk als Hebel fungiert, der die Muskelkraft auf den Knorpel überträgt, mit dem es geöffnet wurde, dazu, dass dieser hyaline Knorpel als zweiphasiges Material modelliert wird: mit einer festen Phase und eigener interstitieller Flüssigkeit – genau derselbe Gelenkknorpel, den ein anderes Modell dieser Anordnung hinsichtlich des Verschleißes beschreibt. Die endgültige effektive Steifigkeit dieses hyalinen Knorpels erhöht sich folglich mit der Geschwindigkeit der einwirkenden Last, und zwar genau aufgrund des resultierenden hydrostatischen Drucks der interstitiellen Flüssigkeit im Knorpel. Eine höhere Geschwindigkeit der einwirkenden Last führt zu einer noch größeren endgültigen effektiven Steifigkeit und bietet somit einen stärkeren Schutz des Gelenks, mit dem dieses Modell geöffnet wurde, vor einem plötzlichen Aufprall.

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