Bedeutung des Zusammenspiels und der Wechselwirkung von Biomechanik und muskulärer Koordination für die muskuloskelettale Modellbildung

Kleiber, Tim; Dißelhorst-Klug, Catherine; Kraus, Thomas

doi:HT019015763

Bedeutung des Zusammenspiels und der Wechselwirkung von Biomechanik und muskulärer Koordination für die muskuloskelettale Modellbildung = Relevance of interaction between biomechanics and muscular coordination for musculoskeletal modeling

Kleiber, Tim

2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Tim Markus Kleiber

ImpressumAachen 2016

Umfang58 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen, 2016, Kumulative Dissertation

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Dißelhorst-Klug, Catherine (Thesis advisor) ; Kraus, Thomas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-06-07

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-044849
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/658901/files/658901.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/658901/files/658901.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehr- und Forschungsgebiet Rehabilitations- und Präventionstechnik (811001-3)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
biomechanics (frei) ; muscular coordination (frei) ; musculoskeletal modeling (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Aufgrund der Synergien und Funktionsredundanzen der menschlichen Skelettmuskulatur und des resultierenden “Degrees of Freedom Problem” gibt es viele unterschiedliche muskuläre Koordinationsmuster die eine identische Bewegungsausführung erzeugen. Bei der Interpretation der zugrundeliegenden muskulären Aktivität einer jeden Bewegung muss eine Berücksichtigung der inneren und äußeren einflussnehmenden Faktoren, biomechanisch sowie muskulär, und des vorliegenden kinematischen Kontexts vorgenommen werden. Um die wechselseitigen Einflüsse von Biomechanik und muskulärer Koordination während einer Bewegungsausführung zu verstehen ist eine ganzheitliche Analyse beider Komponenten notwendig und für eine valide Abbildung durch ein Modell zu berücksichtigen.Die vorgestellten Originalarbeiten zeigen exemplarisch anhand von Bewegungen in der oberen Extremität unter anderem einen signifikanten Einfluss der Gelenkstellung von proximalen und distalen Gelenken auf die muskulären Koordinationsmuster. Während der Ellbogenflexion hat die Handgelenksstellung einen deutlichen Einfluss auf die muskuläre Koordination von M. biceps brachii und M. brachioradialis. Außerdem werden pathologisch veränderte Gelenkskräfte als Auswirkung einer durch muskuläre Dysbalancen induzierte Gelenksfehlstellung während der Bewegungsausführung präsentiert. Am Beispiel der Innenrotation der Schulter bei Jugendlichen mit geburtstraumatischer Plexus brachialis Parese konnten erhöhte Gelenkskräfte im Schultergelenk nachgewiesen werden. Beide Originalarbeiten stellen die jeweiligen wechselseitigen Einflüsse des Ursprungs und der Auswirkung der menschlichen Bewegung dar und unterstreichen die Relevanz ihrer Berücksichtigung in der muskuloskelettalen Modellbildung. Diese Ergebnisse verdeutlichen somit die Relevanz einer konsequenten Überprüfung und Berücksichtigung aller möglichen Einflüsse auf eine Bewegung für die muskuloskelettale Modellbildung.

Based on synergies and redundancies in the human musculoskeletal system and the resulting degrees of freedom problem there are several muscular coordination strategies leading to the same movement. For a proper interpretation of the underlying muscular activation and the performed movement all based relationships and interactions, inner and outer, have to be considered with their influence and relevance for the interaction of biomechanics and muscular coordination. To reveal the interaction between biomechanics and muscular coordination during movement an integrated analysis of both is necessary, whereas additionally the kinematical context must also be considered to implement a valid musculoskeletal model.The presented publications show a significant influence of the joint position of proximal and distal joints on muscular coordination pattern in upper extremities. During elbow flexion the position of the wrist has a significant impact on the muscular coordination between M. biceps brachii and M. brachioradialis. Additionally pathological joint reaction forces are presented as the result from joint malposition during movement induced by muscular dysbalance. Taking to example inner shoulder rotation in children suffering from obstetric brachial plexus palsy, increased joint reaction forces in the shoulder joint have been shown.Both publications show the relevance of the consideration of the impact of biomechanics and muscular coordination on specific movement and vice versa. These results elucidate the necessity of a consequent validation and consideration of all possible influences on the performed movement for a proper musculoskeletal modeling approach.

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