Der Knochen als Druckstab in einem Seilspannwerk, dargestellt am Beispiel der Hüfte (Langfassung)

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Klinische Anwendung unseres Modells

Beim Knie war schon gesagt worden, dass die Größe des Achsenknicks zwischen Tibia und Femur von der vorgegebenen Ausbildung der lateralen Unterschenkelmuskulatur bestimmt wird. Im Hüftbereich kommt diese Rolle offenbar den Rotatoren zu.

Damit wird der Halsansatz zum kritischen Knotenpunkt im Tragwerk. Den Kräfteumlauf dafür zeigt Abb. 6: Die Femurkraft drückt nach links oben auf den Knoten, während der Trochanter unter dem Druck des Tractus nahezu horizontal nach rechts wirkt. Als stärkste Kraft schiebt der Hals nach links unten (Fall a, gestrichelte Linie). Geschlossen wird der Umlauf durch den Zug der Rotatoren nach rechts.

Wir nehmen jetzt an, dass die Rotatoren nur die Hälfte der geforderten Kraft aufbringen können, halbieren also den Kraftpfeil der Rotatoren (Fall b). Der Kraftpfeil des Halses stellt sich dadurch relativ steil; außerdem verringert sich sein Betrag etwas. Als entgegen gesetzte Möglichkeit verdoppeln wir den Zug der Rotatoren (Fall c). Die Halskraft stellt sich relativ flach und erhöht sich beträchtlich. Letzteres gilt weitgehend auch für die anderen Beckenelemente.

Kräfteumlauf
Abbildung 6: Kräfteumlauf für den Knotenpunkt "Halsansatz" bei unterschiedlichem Zug der Rotatoren
a) Normalfall b) Zug halbiert: Steilhals c) Zug verdoppelt: Flachhals

Die Antwort des Knochens hängt davon ab, ob er sich noch im Wachstum befindet oder nicht. Bei Kindern wird der Hals entsprechend der vorgegebenen Kraftrichtung wachsen, siehe Abb. 7. Stellt sich der Hals steil (coxa valga), kann die Hüftpfanne nur bedingt folgen und ist im Extremfall nicht in der Lage, den Kopf zu halten (angeborene Hüftgelenksverrenkung).

 Anatomische Verhältnisse im Becken gemäß den Kräftevariationen von Abbildung 6
Abbildung 7: Anatomische Verhältnisse im Becken gemäß den Kräftevariationen von Abbildung 6

Als Abhilfe wird operativ der Hals flach gestellt. In den folgenden Jahren richtet er sich wieder auf, da das Kräfteverhältnis nicht verändert wurde. Wird kurz vor Beendigung des Wachstums oder auch später nochmals operiert, bleibt der Hals in der aufgezwungenen Stellung: Der Kopf läuft gegen den oberen Pfannenrand und zerreibt sich, wenn mit zunehmendem Alter die Fähigkeit zur Geweberegeneration nachlässt ("Oberkantenarthrose"). Das gilt auch für den Fall, dass der Zug der Rotatoren im späteren Alter schwächer wird oder die Muskeln langsamer reagieren. Außerdem wird Biegung eingetragen, so dass am Knie verstärkt die medialen Condylen belastet werden. Ihr Verschleiß führt zum O-Bein.

Der umgekehrte Fall, dass die Rotatoren sehr stark ziehen und sich der Hals entsprechend flach stellt, scheint bei Kindern kein Problem zu sein. Setzt diese Veränderung im späteren Leben ein, ergeben sich zwei Möglichkeiten: Der Kopf reibt gegen die Unterkante der Pfanne ("Unterkantenarthrose"), oder er durchdringt auf Grund der gestiegenen Halskraft den Pfannenboden (Protrusion). Am Knie werden verstärkt die lateralen Condylen belastet.

Zur Trabekelstruktur

Bisher nahm man für das Femur an, dass es sich mit seiner Krückstockform um einen Kran handelt, der unter Biegung steht. Der Hals sollte durch seine Trabekel praktisch von innen her verspannt werden, wobei die oberen Trabekel Zug und die unteren Trabekel Druck aufnehmen müssten.

Unser Modell sieht stattdessen in Schaft und Hals des Femurs zwei starr gekoppelte Druckstäbe als Zentrum eines größeren Kransystems, das von außen her verspannt wird. Die Trabekel bilden im Gelenkkopf zunächst eine Kuppel und stützen mit ihren weiterführenden Enden die Gelenkfläche ab. Letzteres sollte für die Ansammlungen von Spongiosa an allen Gelenken gelten. Die Trabekel werden somit grundsätzlich auf Druck belastet

Zusammenfassung

Das Hüftsystem des Menschen lässt sich aus einem Turmkran entwickeln. Es beginnt am Fuß und endet in der Wirbelsäule. Normalerweise ist das System frei von Biegung; die Knochen werden nur auf Druck beansprucht, der Zug läuft über Bänder und Muskeln. Ausgesteuert wird das System im Hüftbereich durch die Rotatoren, im Wesentlichen durch die M. quadratus femoris, M. obturator externus und M. obturator internus. Ein Untersteuern dieser Muskeln führt beim Kind zu einer Steilstellung des Schenkelhalses, beim Erwachsenen zum Zerreiben des Kopfes an der Oberkante der Pfanne und zum Eintrag von Biegung, die das Knie schädigt. Wenn die Rotatoren übersteuern (seltener), stellt sich der Schenkelhals flach bzw. zerreibt sich der Kopf an der Pfannenunterkante. Die Achsenabweichung zwischen Tibia und Femur wird durch die laterale Muskulatur des Unterschenkels bestimmt. Die Ausrichtung des Knochens im Skelett ergibt sich letztlich daraus, wie das Muskelspiel abgestimmt ist.

Literatur

  1. Pauwels F (1965) Gesammelte Abhandlungen zur funktionellen Anatomie des Bewegungsapparates. Springer, Berlin Heidelberg New York
  2. Pauwels F (1973) Atlas zur Biomechanik der gesunden und kranken Hüfte. Springer, Berlin Heidelberg New York
  3. Moeser M, Hein W (1987) Kräfte an der Hüfte - das Untergurtmodell. Beitr Orthop Traumatol 34: 83-92, 179-189

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