Wir­kung der Zehen­spren­gung im Schuh auf die Bio­me­cha­nik des mensch­li­chen Gangs

F. Sich­t­ing, N. B. Holow­ka, O. B. Han­sen, D. E. Lieberman
Obwohl die meis­ten kon­struk­ti­ven Merk­ma­le heu­ti­ger Schu­he inten­siv erforscht wur­den, ist die Wir­kung der Zehen­spren­gung bis­her kaum unter­sucht. Als Zehen­spren­gung wird der Win­kel zwi­schen der hori­zon­ta­len Boden­ebe­ne und einer Linie vom Abroll­punkt zur vor­de­ren Spit­ze der Schuh­soh­le defi­niert. Die­se bei fast allen Schu­hen vor­han­de­ne Auf­wärts­wöl­bung der Soh­le hebt die Zehen­box vom Boden ab und hält so die Zehen dau­er­haft in einer dor­sal­flek­tier­ten Posi­ti­on. Es ist bekannt, dass die Zehen­spren­gung die Abroll­be­we­gung des Vor­fu­ßes aus der mitt­le­ren Stand­pha­se her­aus erleich­tert, jedoch kann die Zehen­spren­gung auch Aus­wir­kun­gen auf die phy­sio­lo­gi­sche Fuß­funk­ti­on haben. Im Rah­men der vor­ge­stell­ten Stu­die wur­de in einem kon­trol­lier­ten Expe­ri­ment die Aus­wir­kung der Zehen­spren­gung auf die Bio­me­cha­nik des Fußes unter­sucht. Dabei lie­fen die Teil­neh­men­den in spe­zi­ell kon­stru­ier­ten San­da­len mit unter­schied­lich stark gewölb­tem Zehen­be­reich, wodurch Zehen­spren­gun­gen von 10 bis 40 Grad simu­liert wur­den. Mit­tels Tech­ni­ken der inver­sen Dyna­mik konn­te fest­ge­stellt wer­den, dass die Zehen­spren­gung die Gelenk­mo­men­te und die Arbeit an den Zehen in der Form beein­flusst, dass grö­ße­re Gra­de der Zehen­spren­gung zu einem gerin­ge­ren mecha­ni­schen Arbeits­auf­wand beim Gehen füh­ren. Die­se Ergeb­nis­se bie­ten eine Erklä­rung dafür, war­um die Zehen­spren­gung seit Jahr­hun­der­ten ein weit­ver­brei­te­tes Merk­mal von Schu­hen ist, deu­ten aber auch dar­auf hin, dass die Zehen­spren­gung zu einer Schwä­chung der Fuß­mus­ku­la­tur und mög­li­cher­wei­se zu einer erhöh­ten Anfäl­lig­keit für patho­lo­gi­sche Zustän­de wie Plan­t­ar­fas­zii­tis bei­tra­gen kann.

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Dyna­mi­sche Belas­tung von Pro­the­sen wäh­rend des Gehens – Berech­nung mit Hil­fe eines vir­tu­el­len Menschmodells

E. Rama­sa­my, B. Dorow, U. Schnei­der, O. Röhrle
Mit einem opti­schen Bewe­gungs­er­fas­sungs­sys­tem der Fir­ma Qua­li­sys wur­de der Gang eines unter­schen­kel­am­pu­tier­ten Pro­ban­den auf­ge­zeich­net. Zur Model­lie­rung des Pro­ban­den wur­de der 50-Per­zen­til­D­um­my „LSTC Hybrid III” ver­wen­det. Er wur­de durch „Ampu­ta­ti­on” an die Ana­to­mie des Pro­ban­den ange­passt, mit der zu unter­su­chen­den Pro­the­se „ver­sorgt” und anschlie­ßend mit den auf­ge­zeich­ne­ten Bewe­gungs­da­ten ani­miert. Eine mit LS-DYNA durch­ge­führ­te nicht­li­nea­re Fini­te-Ele­men­te-Ana­ly­se gab Ein­bli­cke in die in der Pro­the­se auf­tre­ten­den Span­nun­gen wäh­rend des Gehens. Sich wie­der­ho­len­de, arbeits- und zeit­auf­wen­di­ge Arbeits­schrit­te wur­den mit Hil­fe eines im Rah­men die­ser Arbeit ent­wi­ckel­ten Work­flows automatisiert.

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