Neuro-muskuläre Kontrolle des menschlichen Stands: experimentelle Analyse, biomechanische Modellierung und Computersynthese

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Blickhan; Dr. Otto Müller; Professor Dr. Veit Wank
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5432238

Das aktuelle Standardmodell der biomechanischen Literatur für die Regulation des menschlichen, ungestörten Stands reduziert den Körper auf eine Punktmasse am Ort des Schwerpunkts, welche an einem masselosen Stab mittels eines rotatorischen Freiheitsgrades (oberes Sprunggelenk) in der Sagittalebene gegen die Gravitation ausbalanciert wird (inverses Pendel). Diese Beschreibung ist ad hoc plausibel, jedoch bisher nicht durch direkte Messung der Schwerpunkt- oder Skeletttrajektorien (z. B. am Sprung-, Knie- oder Hüftgelenk) nachgewiesen worden. Daher soll dieses Modell zum ersten experimentell, d. h. mittels Bodenkraftmessung und hochaufgelöster Kinematik (typische translatorische Skelettauslenkungen im ruhigen Stand unter 1 mm), überprüft werden. Möglicherweise sind solch kleine Verschiebungen von Beingelenkachsen Ausdruck einer Balance-Strategie, die nicht auf passiven Gelenkversteifungen basiert. Die gleichen experimentellen Daten werden verwendet, um mittels inverser Dynamik Gelenkmomente über -winkeln zu bestimmen. Nach neuesten Modell-Vorhersagen ist die neuro-muskuläre BalanceStrategie "überkritische Versteifung aller Gelenke" beim Menschen physiologisch unmöglich. Der zweite Ziel besteht daher in der Vorhersage von stabilitätskritischen, neuro-muskulären Parameterabstimmungen (z. B. neuronales Rauschen, endliche Signallaufzeiten, sensorische Triggerschwellen) mittels Computersimulation des Stands. Als Ausganspunkt dient ein bereits publiziertes, biomechanisches, muskelbetriebenes Menschmodell, welches u. a. um die genannten Parameter erweitert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen