Thema: Anatomie und Biomechanik

Liebe Kolleginnen und Kollegen

Nachdem wir uns mit der Wirbelsäule beschäftigt haben, kommen wir nun zum Kniegelenk. 

Das Kniegelenk

Das Articulatio genus ist das grösste Gelenk des menschlichen Körpers. Es ist ein Drehscharniergelenk, d.h. man kann das Gelenk beugen, strecken und im gebeugten Zustand sogar rotieren. 

Die Gelenksflächen befinden sich am unteren Teil des Oberschenkelknochens (Condyli femoris) und am oberen Teil des Schienbeins (Condyli tibiae), zusätzlich besitzt das Kniegelenk ein scheibenförmiger Knochen, die Kniescheibe (Patella). Sie wirkt als Verlängerung des Hebelarms der vorderen Oberschenkelmuskulatur und schützt den Gelenksspalt von vorne einwirkenden Kräften, Gewalteinwirkungen oder Fremdkörpern.

Das Kniegelenk besitzt zwei Menisci, um die kraftübertragende Fläche zu vergrössern und die Höhe des Druckes zu begrenzen, wie die Bandscheiben bei der Wirbelsäule.

Zu den wichtigsten Strukturen zählen auch die Bänder, ein Aussenband, ein Innenband und zwei Kreuzbänder. Einerseits limitieren sie die Bewegungen im Knie und verhindern somit schädliche Bewegungen für das Kniegelenk. Andererseits und insbesondere die Kreuzbänder verhindern das Wegrutschen des Unterschenkels bei Krafteinwirkung, das sogenannte Schubladenphänomen.

Beanspruchung des Kniegelenks im Airsoft

Airsoft ist ein vielseitiger Sport mit vielen Bewegungselementen, wie Rennen, Hinknien, Klettern und Ähnliches. Aus diesem Grund müssen unsere Gelenke viele Belastungen aushalten, insbesondere unser Kniegelenk. 

Stosskräfte auf das Knie

Wenn man zum Beispiel von einer Mauer hinunterspringt, muss man die Geschwindigkeit des Sprungs auf null abbremsen, dadurch entstehen enorme Kräfte im Kniegelenk, die bis zum 20-fachen der Gewichtskraft im Stehen ansteigen können.

Bei einer Landung mit einem über 75° gebeugten oder rotierenden Knie werden die Kräfte von den Sehnen und Bändern abgefangen. Ladet man in der Hocke, werden die Bänder und Sehnen sogar maximal gedehnt, kommt es dabei zu einer Verdrehung vom Unterschenkel gegenüber dem Oberschenkel, ist das vordere Kreuzband oft der leidende Faktor. 

Potentiell gesundheitsschädliche Scherkräfte können auch beim Landen mit nicht gerader Fussposition entstehen. 

Kraftverlauf bei verschiedenen Landungsarten

Um die Kräfte, welche beim Landen auf das Knie einwirken, zu veranschaulichen, wurde am Institut für Didaktik der Physik der Goethe-Universität in Frankfurt am Main ein Schülerexperiment mit einer Kraftmessplatte gemacht. 

Beim Experiment sprang ein Schüler, mit einer Gewichtskraft von 660N beim Stehen, von einer Anhöhe von 40 cm auf die Kraftmessplatte. 

 

Bei der Landung mit festen Knien (rote Linie) wird eine durchschnittliche Kraft von 1650N und eine maximale Kraft von 3890N erreicht, was durchschnittlich 2.5 mal und maximal ca. 5.9 mal die Gewichtskraft im Stehen ausmacht.

Bei der Landung mit «normalen» Abfedern (lila) beträgt die durchschnittliche Kraft 1210N und die maximale Kraft 2380N, was durchschnittlich 1.8 mal und maximal 3.6 mal der Gewichtskraft ausmacht.

Bei der tiefen Landung (Frog-Landung) wurde eine durchschnittliche Kraft von 910N und eine maximale Kraft von 1420N gemessen, was durchschnittlich 1.3 mal und maximal 2.2 mal ausmacht.

Knien oder Hocken

Im Airsoft ist es wichtig, die Fläche zu reduzieren, bei der man getroffen werden könnte und macht sich dementsprechend klein, indem man hinkniend oder in die Hocke geht. 

Glitsch et al. (2009) untersuchten in einer wissenschaftlichen Arbeit, ob regelmässige Tätigkeiten im Hocken oder Knien oder vergleichbare Kniebelastungen Gonarthrose (Arthrose im Knie) verursachen bzw. begünstigen könnten. 

In der Studie wurden drei gesunde Probanden (Alter: 26 -36 J.) sowie fünf erfahrene Fliesenleger (Alter: 21 – 56 J.) und fünf erfahrene Heizungsinstallateure (Alter: 28 – 52 J.) beim Einnehmen und Verweilen in den Haltungen Hocke, beidbeiniges Knien (ohne Oberkörperabstützung) und Fersensitz sowie beim Stehen und Gehen analysiert.

Die Gelenkkräfte zwischen Kniescheibe und Oberschenkelknochen lagen bei den statischen Haltungen im Hocken und Knien aller 13 Probanden bei rund 50 ± 15% BW (%body weight). Der Verlauf des Hinknieens bzw. Aufstehens erreichte demgegenüber deutlich höhere Kräfte und zwar 250 ± 60% BW (vgl. Glitsch et al. 2009).

Beim Stehen und gehen betrugen die Gelenkskräfte zwischen Unterschenkel- und Oberschenkelknochen am belasteten Bein im Mittel etwas 150 ± 70% BW (Glitsch et al. 2009).

Die EMG-Aufzeichnung zeigte eine nur geringe Aktivität der Kniestrecker- bzw. Kniebeugemuskulatur, was erklärt, wieso es sich beim Airsoft auch mal wohlwollend anfühlt, auf den Knien zu sein.

Glitsch et al. (2009) kam zum Ergebnis, dass die Druckkräfte noch im Rahmen typischer Belastungen des alltäglichen Lebens wie Treppensteigen, Heben oder Kniebeugen liegen. Jedoch könnte Ungeschicklichkeit beim Hinknien oder Aufstehen eventuell kleinste Verletzungen verursachen, was aber auch bei anderen Freizeitaktivitäten passieren könnte (vgl. Glitsch et al. 2009).

Knien im Airsoft

Wie man nun weiss, gehen die Kräfte beim Hinknien nicht über die normale Alltagsbelastung hinaus. Jedoch können ein ungeschicktes Hinknien bzw. Aufstehen und/oder eine ungünstige Bewegung in der knienden Position zu Abnutzung bzw. Verletzungen führen.

Der Spieler im Bild ist hinter einer Deckung in kniender Position und hat sich nach links abgedreht. Wie man erkennen kann, entsteht durch die Abdrehung des Körpers eine Rotation in der Hüfte. Wenn nun das kniende Bein des Spielers durch die Bondenreaktionskraft auf dem Boden fixiert wird und der Spieler weiter in die Verdrehung gehen würde, könnte es zu einem Druck kommen, welcher eine Stauchung der medialen Gelenkanteile sowie eine Dehnung der lateralen Bandstrukturen erzeugt. Je nach Krafteinwirkung können dadurch Verletzungen entstehen..

Fazit

Das Kniegelenk ist im Airsoft verschiedenen Kräfte ausgesetzt. Potentiell gefährlich sind einige, aber weitaus nicht alle. Die Natur hat vorgesorgt und es ist ein Meisterwerk, wie unser Kniegelenk aufgebaut ist. Jedoch lohnt es sich, die Muskulatur zu trainieren, um die benötigte Stabilität aufrechtzuerhalten, dazu werde ich im nächsten weiter darauf eingehen.

Quellenverzeichnis

• BIRKMEYER, T.; OPFERMANN, L.; WILHELM, T.

Beispiele für Stöße im Sport

Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 65, Nr. 5, 2016, S. 13 – 17

• GLITSCH, U.; LUNDERHAUSEN, N.; ET. AL.

Biomechanische Analyse der Kniegelenkbelastung bei Tätigkeiten im Hocken und Knien

Referat Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Fachbereich 4 Arbeitsgestaltung – Physikalische Einwirkungen Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitsschutz

• PLATZER, W

Taschenatlas Anatomie

Band1, Bewegungsapparat, 11., überarbeitete Auflage