Kräfteverhältnisse an der Hüfte, dargestellt an Modellen aus Holz
und Draht – Frontalebene

Martin Möser und Lothar Meinel


1. Grundlage der Überlegung: Seilfachwerk

Der Leichtbau beruht auf dem Dreieck auf Grund seiner Unverschieblichkeit. Die Elemente des Dreiecks werden axial beansprucht. Die Druckelemente unterliegen der Knickung und müssen steif ausgeführt werden; sie werden als Stäbe oder Sparren (bei Dächern) bezeichnet. Der Zug kann von schlaffen Elementen, also von Seilen, aufgenommen werden. Man spricht dann von einem Seilfachwerk (Bild 1).

Dreieck als Grundlage des Leichtbaus
Bild 1: Dreieck als Grundlage des Leichtbaus; Holz-Draht-Modell unter Belastung:
Druckelemente als Stäbe, Zugelement als Seil

2. Zweibeinstand (innere Verspannung)

2.1 Rhombus

Im Zweibeinstand werden die steifen Elemente von den Knochen der Beine (Femur und Tibia), sowie des Beckens (Collum femoris, Corpus ossis ilii, Os sacrum) gebildet. Der Masseschwerpunkt befindet sich im Zentrum des Kreuzbeines (Basis ossis sacri).
Die Beine treffen sich am Boden in einem Punkt. Es bildet sich somit ein Rhombus aus. Dieser Rhombus balanciert. Wie schon erwähnt, sind die Schenkelhälse zunächst Bestandteile des Beckens. Ihre Ansätze stellen Gelenkpunkte (Knoten) dar.
Das Körpergewicht (G) wirkt als Kraft F auf die Basis des Kreuzbeins. Im weiteren Verlauf wird die Kraft über das Becken und die Beine bis zu den Füßen und dann auf den Boden übertragen bzw. umgekehrt. Durch Einfügen eines "Seiles", welches die Basis der Schenkelhälse miteinander verbindet, entstehen zwei Dreiecke. Das Tragwerk wird als gewichtslos behandelt.
Die Beine wurden in einem Punkt zusammengeführt, weil durch ihre Schiefstellung Horizontalkräfte auftreten, die kompensiert werden müssen.
In Bild 2a wird eine Prinzipdarstellung gegeben. Wenn vom Ansatz der Schenkelhälse zum Fuß jeweils eine gerade Linie durchgezogen wird, wird die Länge der Beine richtig wieder gegeben. Man kann aber auch einfach die Femora verlängern, bis sie die Linie der äußeren Last schneiden, dann ist der Winkel zwischen Schaft und Hals des Femurs (CCD-Winkel) korrekt. Im letzteren Fall wird das Zugband, hier als Beckenboden bezeichnet, etwas höher belastet. Die Höhe der jeweiligen Kräfte ist eingetragen; sie wurden graphisch bestimmt.
Das entsprechende Holz-Draht-Modell findet sich in Bild 2b.
Der Kraftverlauf wurde in ein Skelettmodell eingezeichnet (Bild 2c).

Zweibeinstand als Kopplung von zwei Dreiecken
Bild 2: Zweibeinstand als Kopplung von zwei Dreiecken; ein Seil verbindet die Halsansätze
a) Kräfteschema: Belastung F als Körpergewicht (G), Verlauf der Femora gepunktet, Kraftwerte eingetragen
b) Holz-Draht-Modell (grob maßstäblich)
c) Kraftverlauf in ein aufrechtes Skelett eingezeichnet, S = Schwerpunkt

2.2 Hüftgelenk eingeführt

In den Beckenträger wird der Knotenpunkt für das Hüftgelenk (Art. coxae) gelegt. Der genauere Ort ist der Gelenkspalt.
Das Gelenk wird durch das Sitzbein (Os ischii) abgestützt. Von wesentlicher Bedeutung sind die Rotatoren, u. a. der M. quadratus femoris, die vom Ansatz des Schenkelhalses zum Sitzbein ziehen und dort ein Biegemoment erzeugen. Um dieses zu kompensieren, wird das Sitzbein durch das Lig. sacrotuberale zurückgespannt, hier auf das Zentrum des Kreuzbeines. In der Horizontalen wird das Becken durch das Lig. sacrospinale zusammen gehalten. Aufgeteilt in zwei Stränge, zieht es waagerecht vom Hüftgelenk zum Kreuzbein und dann weiter zum gegenüber liegenden Hüftgelenk.
Die Rotatoren sorgen für eine lastabhängige Aussteuerung der Spannungen im Schenkelhals. Als Ergebnis wird Biegung vom ihm ferngehalten.
Das berechnete Kräfteschema findet sich in Bild 3a. Das Holz-Draht-Modell ist in Bild 3b zu sehen. Der Kraftverlauf wurde in ein Röntgenbild eingezeichnet (Bild 3c).

Bild 3:
Hüftgelenk eingeführt; Sitzbein als Stütze
Bild 2: Hüftgelenk eingeführt; Sitzbein als Stütze
a) schematische Darstellung mit Angabe der Kräfte. Die beiden Femora wurden bis zur Linie der Lasteinleitung durchgezogen. Die Rotatoren verbinden jeweils den Ansatz des Schenkelhalses mit dem Sitzbein.
b) Holz-Draht-Modell: Bänder durch blauen Draht, Muskeln durch roten Draht dargestellt
c) Darstellung des Kraftverlaufes am Röntgenbild (Frau, ca. 50 Jahre alt)

2.3 Iliosacralgelenk eingeführt

Das Kreuzbein ist ein breiter Knochen; seine horizontalen Äste werden als "Pars lateralis" oder "Ala ossis sacri" bezeichnet. Die Oberfläche des Iliosacralgelenks (Art. sacroiliaca) ist relativ ausgedehnt. Der Knotenpunkt für das Iliosacralgelenk wird wiederum in den Gelenkspalt gelegt. Vom Hüftgelenk steigt die Kraft steil auf und folgt nun streng dem Corpus ossis ilii. Die Kraft verläuft dann horizontal durch die Ala ossis sacri zum Zentrum des Kreuzbeines. Vom Iliosacralgelenk her wird das Kreuzbein durch Bänder gehalten, die zum unteren Bereich des Kreuzbeines ziehen und stark aufgefächert sind (Ligg. sacroiliaca). Das Kreuzbein hängt gewissermaßen in einer Schlaufe. Das Kräfteschema findet sich in Bild 4a. Das Holz-Draht-Modell ist in Bild 4b zu sehen. Der Kraftverlauf wird wiederum in ein Röntgenbild eingezeichnet (Bild 4c).

zweibein_iliosacralgelenk
Bild 4: Iliosacralgelenk
a) schematische Darstellung mit Angabe der Kräfte; Bänder als Schlaufe, in denen das Kreuzbein hängt.
b) Holz-Draht-Modell: Muskeln rot, Bänder blau
c) Darstellung des Kraftverlaufes am Röntgenbild

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