Biomechanische Grundlagen sportlicher ... - Spitta

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70 Biomechanik des menschlichen Bewegungsapparates System sowie das Nervensystem ausgeblendet, obwohl sie durchaus eine wesentliche Bedeutung für Bewegungen haben. Donskoi (1975, S. 32) schreibt dem Bewegungsapparat nachfolgende Funktionen zu: • Energieursprung • Mechanismus der Übertragung von Kräften • Bewegungsobjekt • Steuerungssystem 5.1 Passiver Bewegungsapparat Zum passiven Bewegungsapparat zählen das axiale Knochensystem, das Knorpelgewebe, Sehnen und Bänder. In der anatomischen Verbindung bilden sie die kinematischen Ketten, die unter Wirkung der Muskulatur statische (Halte-) und dynamische (Bewegungs-) Funktionen zu erfüllen haben. Auf diese Systeme wirken zum einen von außen und zum anderen von innen, von den Muskeln selbst, Belastungen, die entsprechende Beanspruchungen hervorrufen. Unter dem Aspekt der Bewegung bilden die langen Röhrenknochen mit ihren gelenkigen Verbindungen Hebelsysteme, die die Muskelzugkraft übertragen. 5.1.1 Axiales Knochenskelett Um ihre Aufgabe als Stütz-, Halte- und Bewegungssystem zu erfüllen, sind die Knochen aus zwei Bausteinen zusammengesetzt, die scheinbar gegensätzliche mechanische Eigenschaften repräsentieren. Die anorganischen Bestandteile (etwa 56 % sind Salze) geben den Knochen seine große Festigkeit und Härte, die organischen Anteile (etwa 27 %) seine Elastizität. Knochen besitzen die gleiche Elastizität wie Eichenholz (130.000 kg/cm 2 ), dieselbe Zugfestigkeit wie Kupfer oder Duraluminium (1.700 kg/cm 2 ), ihre Druckfestigkeit ist mit 1.500 kg/cm 2 größer als die des Baumaterials unserer höchsten Dome, Sand- bzw. Kalkstein, und ihre statische Biegefestigkeit entspricht sogar der des besten Flussstahls (1.800 kg/cm 2 ).Trotz dieser hohen Werte für die verschiedenen mechanischen Eigenschaften können deutlich geringere Werte bei ungünstigen Belastungsrichtungen bzw. in Kombinationen zur Zerstörung der Knochen führen. Knochenmineralgehalt Menopause 100% Altersatrophie (alterüblich) 50% postklimakterische Osteoporose (pathologisch) 20 30 40 50 60 70 80 Lebensjahre Abb. 5.1: Der Knochenmineralgehalt im Altersgang (nach Weineck 1994a)
Biomechanik des menschlichen Bewegungsapparates 71 Abb. 5.2: Richtungsänderung beim alpinen Skifahren und typischer Spiralbruch der Tibia Die Abbildung 5.2 zeigt eine typische Verletzung beim Skifahren, wenn bei einem Schwung die Ski in eine Schneewehe rutschen. Es entstehen Biege- und Torsionsbelastungen, die zu einem Spiralbruch des Schienbeins (Tibia) führen können. Entsprechend der Lage und der Funktion der Knochen variiert die Zusammensetzung der organischen und anorganischen Bestandteile. Grob lassen sich zwei Typen bilden: die platten Knochen und die Röhrenknochen. 2 Aus mechanischer Sicht haben die platten Knochen vor allem Schutz-, Halte- und Tragefunktion. Typisches Beispiel dafür ist das Becken. Es schützt die Eingeweide, trägt den Torso mit Kopf,Wirbelsäule,Armen usw. und bietet große Flächen für Muskelansätze (u.a. für den Musculus gluteus maximus, den Gesäßmuskel) (Abb. 5.3). Dieser Knochen hat eine hohe Dichte mit einer festen kompakten Struktur (hoher Anteil an Salzen), um den statischen Kraftwirkungen zu widerstehen. Von den 206 bis 212 Knochen des Skelettsystems des Menschen sind etwa 180 direkt an Bewegungen beteiligt. Dabei sind besonders 2 Daneben werden noch kurze (z.B. Fingerknochen) und unregelmäßige (z.B. Wirbelkörper) Knochen unterschieden. Sitzbein Kreuzbein Abb. 5.3: Das Becken Darmbein die Röhrenknochen für die Kraftübertragung und als Bewegungsorgane tätig. Für diese Funktion sollten sie nicht zu träge sein, also nur eine geringe Masse besitzen, und dabei doch fest und elastisch sein. Diese Anforderungen werden durch ihren Aufbau und ihre Zusammensetzung erfüllt. Der Röhrenaufbau garantiert eine geringe Dichte (geringe Trägheit) und die Konstruktion der Knochenbälkchen (Spongiosa), verbunden mit höheren Anteilen organischer Substanzen, ist die Grundlage für die Festigkeit und die Elastizität. Knochen sind entwicklungsgeschichtlich (phylogenetisch) durch Anpassung optimierte Gebilde. Das äußert sich in einem optimalen
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