Umfassende Muskel-Skelett-Modelle berechnen muskuläre Kräfte normalerweise unter zwei Bedingungen: 1. ein Gleichgewicht zwischen Kräften und Momenten, 2. eine Annahme zum Einsatz der Muskeln, d.h. Energieeffektivität oder minmale Momentdauer. Die Forderung, daß das Modell auch stabil sein muß, d.h. daß es nach geringfügigen Störungen zur gewünschten Position oder nominalen Bewegungsbahn zurückkehrt, wird generell nicht betrachtet. Die Forderung hat aber entscheidende Bedeutung für ein entsprechendes Verhalten des Systems. In diesem Vortrag wird die Auswirkung von Kräften auf die Haltungsstabilität in einem einfachen Modell untersucht, um die Erkenntnisse später auch für umfassendere Muskel-Skelett-Modelle anwenden zu können. Das Modell umfaßt ein einfaches Scharniergelenk. In einem quasi-statischen Kontext bestimmt die Veränderung des Gelenkmoments mit einer Veränderung des Gelenkwinkels die Stabilität des Systems. Wenn das Moment mit dem Gelenkwinkel ansteigt, verstärkt das zusätzliche Moment die Winkelabweichung, und das System ist instabil. Wenn das Moment mit dem Gelenkwinkel abnimmt, wirkt die Momentveränderung der Winkelveränderung entgegen, und das System ist stabil (quasi-statisch). Das Moment M, das eine Kraft ausübt ist gleich dem Momentarm r mal der Kraftgröße. Sowohl der Momentarm als auch die Kraftgröße können vom Gelenkwinkel abhängen. Es gibt einen Kraftbeitrag zur Stabilität und einen Festigkeitsbeitrag zur Stabilität. Ersterer hängt von der Größe der Kraft ab, letztere von der Veränderung der Kraftgröße mit der Veränderung des Gelenkwinkels (d.h. von der gelenkseitigen Festigkeit der kraftgenerierenden Struktur). Beide Stabilitätsbeiträge hängen von der Geometrie der kraftgenerierenden Struktur ab. In speziellen Fällen nehmen die Kraft- und/oder die Festigkeitsbeiträge eine besondere Form an. In der realen Welt gibt es keine quasi-statischen, sondern nur dynamische Systeme. Die quasi-statischen Kraft- und Festigkeitsbeiträge bleiben für dynamische Systeme weiter relevant, verlieren aber ihre Exklusivität hinsichtlich der stabilitätsbestimmenden Qualität. Insbesondere muß ein quasi-statisches stabiles System dynamisch nicht stabil sein. Das hängt von den zeitlichen Unterschieden (dem zeitlichen Zurückbleiben) zwischen den Veränderungen der Gelenkwinkel und den resultierenden Momentverädnerungen zusammen mit weiteren Systemfaktoren ab. Nur eine dynamische Analyse kann die Stabilität eines systems bewerten, womit man auch die Effektivität der Muskel-Co-Kontraktion erklären kann.
© Copyright 1997 XVIth ISB Tokyo Congress, August 25 - 29, 1997. Book of Abstracts. Alle Rechte vorbehalten.