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Saeglitz, Julia (2003): Morphologische Grundlagen für ein Forward-Dynamik-Modell der Schultergliedmaße des Deutschen Schäferhundes und invers dynamische Untersuchungen zu den gelenkresultierenden Kräften der großen Gliedmaßengelenke. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

The forces in the limb joints in the dog were investigated for the first time in the German Shepherd. The main focus lay on the joints of the forelimb, as these have been hardly investigated so far. But also the joint forces of the joints of the hind limb were demonstrated. Additionally the foundations for a forward dynamic model were developed for the forelimb. The study constitutes two parts. The aim of the first part was to develop the foundations for a forward dynamic model. For that reason the skeletal muscles of the forelimb as well as the shoulder girdle musculature of five German Shepherds were analysed. The length of the fibres, the weight and the angle of pennation for the muscle fibers were used to determine the physiological cross-section area. Individual extensive muscles of the shoulder girdle musculature were divided into various portions, for a better determination of the lines of actions for these muscles. The coordinates of the muscles various points of origin and insertion were measured on the skeleton of a German Shepherd. The straight line of these skeletal points were determined as action lines, in order to calculate the moment arm of the muscles. The physiological cross-section areas of the according muscles of the investigated dogs were significantly different in size. This is probably due to the different constitution of the dogs, in both the nutritional status and the condition. In the second part of the study the vertical and horizontal net joint forces and the moments of the limbs joints in a German Shepherd were analysed with the invert dynamic model. In order to determine the forces and moments, the data of the gait analysis coupled with the ground reaction forces and the inertial parameters of the individual limb segments were necessary. Furthermore the displacement of the superficial markers, which were attached to the skin were measured during the gait analysis. The net joint forces are greater in all of the joints of the forelimb than compared to those in the hindlimb. When the vertical net joint forces were taken into consideration the forces of the forelimb were even twice has large. Due to the positioning of the body’s centre of gravity closer to the forelimbs, these carry a greater load, which explains the greater forces in the joints of the forelimb. The horizontal forces in both limbs show a biphasic course. The time interval of the decelerating and accelerating forces are near to the same size. It also appears that the forelimb seems to slightly slow down the forward motion, as the decelerating forces are greater than the accelerating forces. The moments are also greater in the forelimb than in the hindlimb.

Abstract

Die Gelenkkräfte der Gliedmaßengelenke beim Hund wurden zum ersten Mal am Beispiel des Deutschen Schäferhundes ermittelt. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf den Gelenken der Vordergliedmaße, da diese bis jetzt weniger Beachtung erfahren haben. Aber auch für die Gelenke der Hintergliedmaße wurden die Gelenkkräfte dargestellt. Für die Vordergliedmaße wurden zusätzlich Grundlagen für ein Forward Dynamik Modell erarbeitet. Die Arbeit besteht aus zwei Teilen. Das Ziel des ersten Teiles war es, die Grundlagen für ein Forward Dynamik Modell zu erstellen. Dazu wurden an fünf Deutschen Schäferhunden die Skelettmuskeln der Vordergliedmaße einschließlich der Schultergürtelmuskulatur analysiert. Es wurde die Faserlänge, das Gewicht, der Fiederungswinkel und daraus der physiologischen Querschnitte errechnet. Einzelne flächenhafte Muskeln der Schultergürtelmuskulatur wurden dabei in verschiedene Anteile unterteilt, um die Aktionslinien dieser Muskeln besser bestimmen zu können. Zusätzlich wurden an einem Skelett eines weiteren Deutschen Schäferhundes die Koordinaten der einzelnen Ursprünge und Ansätze der Muskeln gemessen. Die geraden Verbindungen dieser Skelettpunkte wurden als Aktionslinien bestimmt, um damit die Hebelarme der Muskeln errechnen zu können. Die physiologischen Querschnitte der entsprechenden Muskeln der untersuchten Hunde sind deutlich verschieden in der Größe. Dies ist vermutlich mit einer unterschiedlichen Konstitution der Hunde, sowohl im Ernährungszustand als auch in der Kondition, zu erklären. Im zweiten Teil wurden beispielhaft an einem Deutschen Schäferhund die vertikalen und horizontalen Nettogelenkkräfte und die Momente der Gliedmaßengelenke mit einem Inversen Dynamik Modell errechnet. Zum Berechnen der Kräfte und Momente waren die Daten aus der Ganganalyse gekoppelt mit den Bodenreaktionskräften und die Trägheitsparameter der einzelnen Gliedmaßensegmente notwendig. Zusätzlich wurde die Verschiebung der oberflächlichen, auf die Haut geklebten Marker bei der Ganganalyse ermittelt. Die Nettogelenkkräfte sind in allen Gelenken der Vordergliedmaße größer als in denen der Hintergliedmaße. Bei den vertikalen Nettogelenkkräften sind die Kräfte in den Vordergliedmaßengelenken sogar mehr als doppelt so groß. Durch die Lage des Körperschwerpunktes, der näher an den Vordergliedmaßen liegt, lastet auf ihnen eine größere Last. Dadurch lassen sich die größeren Kräften in den Gelenken der Vordergliedmaße erklären. Die horizontalen Kräfte zeigen für beide Gliedmaßen einen biphasischen Verlauf. Das Zeitintervall der Brems- und Beschleunigungskräfte ist nahezu gleich groß. Auch scheint es, dass die Vordergliedmaße die Vorwärtsbewegung leicht abbremst, da die Bremskräfte größer als die Beschleunigungskräfte sind. Auch bei den Gelenkmomenten kommt es in den Vordergliedmaßen zu größeren Momenten als in der Hintergliedmaße.