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Ziermann, Sandra (2006): Energiesparmechanismen und Stoßdämpferfunktionen am Bewegungsapparat des Pferdes: Eine Literaturrecherche. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Energy-saving mechanisms and shock-absorbing functions within the locomotor apparatus of the horse – a literature investigation Horses are equipped with extremely effective properties to reduce the bouncing shock when the hoof hits the ground. In particular these are the mechanism of the hoof, the combination of soft and hard horn parts of the hoof, the multiple and partially extreme angular motions of the distal extremities with a special view on the hyperextension of the pastern joint and the long elastic tendons that stretch in the case of an impingement and therefore reduce the shock transmission to the body. Further to mention is the connective tissue like - muscular connection between the shoulder blade and the thorax which absorbs shocks. Last but not least the joints contribute to the reducing of the shocks: the small hock joints as well as the carpal joint include many small single bones and therefore are able to absorb peak forces by stretching the ligaments between these single bones. The holding apparatus of the fetlock joint plays a major role through the spanning of ligaments around the fetlock joint that elastically suppresses its hyperextension. With the help of certain mechanisms for economizing energy, the horse is enabled to move or stand and thereby minimizing the expenditure of energy. They are the passive holding mechanisms that are responsible for the minimal expenditure of energy while standing. They consist of the framesaw construction of the hind legs and a construction of tendons at the forelimbs. The framesaw construction enables a fixation of the hindleg in a stretched position through the hooking-in of the patella. The in-series and parallel arrangements of muscles, tendons and ligaments cause a maximum of energy accumulation. In the case of the stretching of the tissues under loading, e. g. the flexor tendons and the m. interosseus, they accumulate potential energy which can be released almost free of losses when the tension decreases. By means of this “pogo-stick model” the muscle work can be reduced considerably. Energy accumulation also takes place in the back and in the nuchal ligament during motion. The nuchal ligament can hold the head in position while eating from the ground with minimal effort of the muscles. The analysis of the types of gait proved that horses always move in that type of gait that is most economic for the given speed. Besides, horses use their legs while walking as a pendulum at which they only need low efforts for the stimulation of the pendulum movement. Since the horse mostly is used for riding, it is essential to pay attention to the biomechanics of the back in order to protect it from injuries. One has to consider that the additional weight of the rider has to be carried by the convexe curvature of the back. To achieve this posture, the horse has to move the legs further under the center of gravity and to lower the neck. It is the duty of the rider to care for this result. This literature investigation not only deals with interesting findings concerning the biomechanics of the horse but also includes an instruction in basic training of a riding horse for coaches and horsemen.

Abstract

Als ursprüngliches Steppentier musste das Pferd oft weite Strecken zwischen Futterplätzen und Wasserstelle zurücklegen. Dabei stand nur begrenzt metabolische Energie zur Verfügung. Dies bedingte die Ausbildung von energiesparenden Strukturen am Bewegungsapparat des Pferdes. Damit eng verbunden ist eine effektive Dämpfung des Aufprallstoßes während der Fortbewegung als Schutz der Gliedmaßen vor Schäden. Hierzu zählen einerseits der Hufmechanismus, die Zusammensetzung des Hufes aus Weich- und Harthorn, die mehrfache, teils starke Winkelung der distalen Extremitäten, wobei hier vor allem die Hyperextension des Fesselgelenks zu nennen ist, und die langen elastischen Sehnen, die sich beim Aufprall dehnen und so die Weiterleitung des Stoßes auf den Rumpf dämpfen. Des weiteren ist die bindegewebig-muskuläre Verbindung (Synsarkose) der Schultergliedmaße mit dem Thorax zu nennen. Nicht zuletzt tragen auch einige Gelenke ihren Teil dazu bei: Sowohl die kleinen Sprunggelenke als auch das Karpalgelenk bestehen aus vielen kleinen Einzelknochen und sind dadurch in der Lage, Stöße durch Auseinanderfedern der durch Bänder verbundenen Knochen abzufangen. Eine große Rolle spielt auch der Fesseltrageapparat, der mit seiner Verspannung von Bändern um das Fesselgelenk herum dessen Hyperextension federnd bremst. Andererseits ist es dem Pferd mit Hilfe bestimmter Energiesparmechanismen möglich, sich mit relativ geringem metabolischen Energieaufwand zu bewegen und zu stehen. Dazu gehören die passiven Haltemechanismen, die für das Stehen nur minimalen Energieaufwand erfordern. An der Schultergliedmaße zählen dazu der M. biceps brachii mit dem Lacertus fibrosus, der M. extensor carpi radialis, die beiden Zehenbeuger und der M. interosseus medius. Diese stabilisieren weitgehend passiv die Schultergliedmaße. Lediglich das Ellbogengelenk wird durch das Caput mediale des M. triceps brachii im normalen Standwinkel gehalten. Die Spannsägenkonstruktion der Hintergliedmaßen bewirkt eine gegenseitige Abhängigkeit der Bewegungen in Knie- und Sprunggelenk. Über das Einhaken der Kniescheibe am medialen Rollkamm des Oberschenkelbeins ist eine passive Fixation der Gliedmaße in gestreckter Position möglich. In der Bewegung bewirkt die Aneinanderreihung und Parallelschaltung von stark gefiederten, kurzfaserigen Muskeln, langen Sehnen und Bändern ein Höchstmaß an Energiespeicherung. Vor allem die Beugesehnen und der M. interosseus medius speichern auf diese Weise Energie, die sie fast verlustfrei wieder abgeben, wenn die Spannung nachlässt. Sie fungieren damit als elastische Federn und können als „Springstock-Modell“ die aktive Muskelarbeit erheblich reduzieren. Ganganalysen haben gezeigt, dass sich Pferde immer in der für die Geschwindigkeit ökonomischsten Gangart bewegen. Im Schritt benutzen die Pferde ihre Beine als Pendel, wobei sie lediglich mit geringem Aufwand für die Anregung der Pendelbewegung sorgen müssen. In den schnelleren Gangarten können die Gliedmaßen als Federn aufgefasst werden, die ihre Federhärte und damit Resonanzfrequenz an die Geschwindigkeit anpassen können. Auch im Rücken und im Nackenband wird bei Bewegung Energie gespeichert. Das Nackenband kann beim Fressen vom Boden den Kopf fast ohne Muskelanstrengung in Position halten. Da das Pferd größtenteils zum Reiten verwendet wird, ist eine Beachtung der Biomechanik des Rückens essentiell, um es vor Schäden zu bewahren. Diese verlangt, dass das zusätzliche Gewicht des Reiters von einem aufgewölbten Rücken getragen werden muss. Um diese Haltung zu erreichen, muss das Pferd vermehrt untertreten und den Hals absenken. Es ist die Aufgabe des Reiters, dieses Ergebnis zu erzielen.