Biomechanik der menschlichen Hüfte – Körpererfahrungen und theoretische Bestätigung

Im September 2004 kam ich nach längerem Abwägen zu der folgenden Hypothese:

      Der Einbeinstand wird durch die lateralen Rotatoren (Außenrotatoren, auch tief liegende Gesäßmuskeln genannt) abgestützt.

© Henriette van der Wall 10.09.2004. Alle Rechte vorbehalten.
Begründung:
  1. Das schwerpunktmäßige Training der lateralen Rotatoren (Außenrotatoren) hatte mich wieder auf die Beine gebracht!
  2. Diese Muskeln liegen der Wirbelsäule am nächsten, deshalb dürfte das dem Hebelgesetz am besten entsprechen.
  3. Die für zuständig erklärten kleinen Gesäßmuskeln müssen demzufolge eine andere Funktion haben.
In den beiden folgenden Abbildungen sind die lateralen Rotatoren (Außenrotatoren) grün eingerahmt:

           
Abb. 7 Quelle der Ursprungsabbildung: Platzer, a.a.O.Abb. 8 Quelle der Ursprungsabbildung: Weineck, a.a.O
        Erläuterungen:
  • Nummer 1 = Musculus obturator internus    – innerer Hüftlochmuskel
  • Nummer 3 = Musculus gemellus superior    – oberer Zwillingsmuskel
  • Nummer 5 = Musculus gemellus inferior      – unterer Zwillingsmuskel
  • Nummer 7 = Musculus quadratus femoris    – viereckiger Schenkelmuskel
  • Nummer 9 = Musculus obturator externus    – äußerer Hüftlochmuskel


Die lateralen Rotatoren werden als Gruppe gesehen und haben mehrere Bezeichnungen: tiefliegende, ventrale oder pelvitrochantere Muskulatur. Da diese Muskelgruppe beim Menschen mehrere Funktionen hat, schlage ich vor, sich in absehbarer Zeit auf eine andere Bezeichnung verständigen, Beispielsweise kleine innere Gluteen (kiG) oder Innere Muskeln (IM). Lassen wir uns überraschen, auf welchen der Begriffe man sich irgendwann mal einigen wird. Bei Faszien ist eine Einigung ja auch gelungen.

Beim Suchen nach Wissenschaftlern, die sich für dieses Thema interessieren, kam Anfang 2010 der Durchbruch:

Prof. Dr. Ing. Wilfried Becker, Fachgebiet Strukturmechanik an der TU Darmstadt, reagierte umgehend wie folgt:
  • Es handelt sich um einen bereits erforschten mechanischen Zusammenhang.

  • Zusammenfassend kann man sagen:
    Für den Einbeinstand und das Gehen sind beide Muskelgruppen wichtig:
    • aus Gründen des Momentengleichgewichts die kleinen Gesäßmuskeln (Mm. gluteus medius et minimus – mittlerer und kleiner Gesäßmuskel)
    • aus Gründen eines „gesunden“ Kräftegleichgewichts die tief liegenden Gesäßmuskeln (Mm. obturator internus, obturator externus, gemellus superior, gemellus inferior, quadratus femoris).

  • Die mathematische Formel zur Berechnung der Kräfte dieser Muskeln ist relativ einfach, ihre Wirkungsweise im Hüftgelenk kann man durch Anwendung ebenfalls bekannter und bewährter Computersimulationen, in diesem Fall der Finite Elemente Methode, ermitteln.

  • Er kündigte mir an, eine Diplomarbeit zum Thema „Biomechanische Grundlagenuntersuchung am Hüftgelenk des Menschen“ auszuschreiben, zweidimensional wegen der Vergleichbarkeit mit Röntgenaufnahmen.



Der Student Suphi Khabbazeh, Fachbereich Strukturmechanik, recherchierte in der medizinischen Literatur alle erforderlichen Angaben zu
Ursprung, Verlauf und Ansatz von Muskeln, deren Querschnitte, sowie
die Winkel, in denen die Muskeln zwischen Becken– und Oberschenkelknochen verlaufen,
berechnete deren Kräfte mit der in der Mechanik bekannten Formel und
ermittelte die Auswirkungen dreier Kraftgrade (0,0; 0,5 und 1,0) auf die Situation im Hüftgelenk
mittels der Finite Elemente Methode, einer Simulationsmethode, die dank der hochentwickelten Computertechnik seit Jahrzehnten möglich ist.

Die folgenden Abbildungen wurden entnommen aus: Khabbazeh, Suphi, 2011, Biomechanische Grundlagenuntersuchung am Hüftgelenk des Menschen, Diplomarbeit S. 66; Technische Universität Darmstadt, Studienbereich Mechanik

                
Die Abbildung 1 zeigt die Konstellation im Hüftgelenk, wenn die Muskeln, die den Einbeinstand abstützen, eine Kraft = 0 haben. Man erkennt an Verlauf und Verteilung der farbigen Flächen, dass das Teilkörpergewicht senkrecht wirkt. Dadurch sind der äußere Rand der Hüftpfanne sehr stark sowie der Kopf einseitig belastet, während größere Anteile beider nicht belastet werden. Man erkennt eine sehr ungleichmäßige Verteilung der Last auf die Hüftpfanne. Die Abbildung 2 zeigt die Konstellation im Hüftgelenk, wenn die Muskeln, die den Einbeinstand abstützen, eine Kraft = 0,5 haben. Man erkennt an Verlauf und Verteilung der farbigen Flächen, dass das Teilkörpergewicht schräg Richtung Mitte und nicht mehr auf den Rand der Hüftpfanne drückt und den Kopf nicht mehr einseitig belastet. Dadurch wird die Belastung auf die Hüftpfanne zur Mitte hin verschoben und etwas gleichmäßiger. Die Abbildung 3 zeigt die Konstellation im Hüftgelenk, wenn die Muskeln, die den Einbeinstand abstützen, eine Kraft = 1,0 haben. Man erkennt an Verlauf und Verteilung der farbigen Flächen, dass das Teilkörpergewicht so weit zur Mitte verschoben wird, dass ein aus statischer Sicht optimaler Belastungswinkel entsteht, der im Prinzip dem Winkel des Oberschenkelhalses entspricht. Dadurch wirkt die Last des Teilkörpergewichtes optimal auf Hüftkopf und –pfanne.


Folgender Fakt ist sehr bedeutsam und für weitere Forschungsaufgaben nicht zu unterschätzen:

In der Medizin und Mechanik bekannte Fakten und Methoden konnten durch einen Studenten! In einer Diplomarbeitinterdisziplinär zusammengeführt werden!

In einer anschließend durchgeführten studentischen Projektarbeit wurde die Wirkungsweise dieser kleinen Muskeln auf das gesamte Hüftgelenk, also dreidimensional, ermittelt, ebenfalls mit der Finite Elemente Methode. Das erfordert wesentlich mehr Zeit und Rechnerkapazität. Wenn zweidimensionale Röntgenaufnahmen durchgeführt werden, ist das adäquate Pendant dazu eine zweidimensionale Computersimulation. Es wäre zu prüfen, ob man durch dreidimensionale Untersuchungen bei Patient:innen bessere Aussagen für Diagnose und Therapie erhält.

Nachdem diese Arbeiten vorlagen, kümmerte ich mich um zwei Dinge:
Beides gelang:

Schlussfolgerungen:
  1. Nichtmediziner:innen konnten sowohl auf einem Medizinerkongress auftreten als auch in einer medizinischen Zeitschrift veröffentlichen. Das kann als ein Versuch gewertet werden, auch in der Orthopädie Vertreter:innen verschiedener Fachgebiete interdisziplinär zusammen zu führen und Erfahrungen von Patient:innen in Forschungsvorhaben zu berücksichtigen.

  2. Derartige Simulationsverfahren wurden bereits vor einigen Jahren für ausgewählte Probleme der Orthopädie durchgeführt. Gefunden habe ich Beispiele den Beckenbereich und die Wirbelsäule betreffend.

  3. Für eine Umsetzung der hier vorgestellten Erkenntnisse zur Biomechanik der menschlichen Hüfte benötigt man keine Feldforschung, da die mechanischen Gegebenheiten bei allen Menschen im wesentlichen gleich sind und sich das Übungsprogramm der Verfasserin bereits in der Praxis bewährt hat, der Crashtest eigentlich schon bestanden wurde.

  4. Die hier vorgestellten Methoden und Ergebnissen bilden das Potenzial für genauere Diagnosen und daraus abgeleitete personalisierte Therapien.

  5. Für die Verminderung der Anzahl von Leidensbiografien und auch angesichts des Kostendrucks auf das Gesundheitswesen wäre es in vielen Fällen sinnvoll und möglich, in der ersten Behandlungsphase die Selbstheilungskräfte des Körpers zu stimulieren und betroffenen Personen Hilfe zur Selbsthilfe zu geben. Der Einsatz von Endoprothesen wäre bei unzureichendem Erfolg dieser Verfahrensweise dann immer noch eine Option.

Wenn Sie einen Weg kennen, diesen Prozess zu befördern, dann schicken Sie mir bitte eine Mail an h–vdw(at)gmx.net.

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Letzte Änderung: 03.03.25