A1 Stabilitäts- und Koordinationsfehler

Thema

Bei Säugetieren stellen Stabilitäts- und Koordinationsstörungen Funktionsstörungen des posturalen Kontrollsystems dar, das das Tier während der Bewegung im dynamischen Gleichgewicht hält. Dieses Gleichgewicht erfordert, dass die vertikale Projektion des Körperschwerpunkts innerhalb des Unterstützungspolygons bleibt – dem Bereich, der durch die Kontaktpunkte der Gliedmaßen mit dem Boden definiert ist. Solange die Projektion innerhalb dieses Polygons verbleibt, gewährleistet die posturale Kontrolle den Gleichgewichtszustand; sobald die Projektion diesen Bereich verlässt, ist der Zustand gestört. Neurologische Schäden, Ermüdung und äußere Einflüsse verlagern die Projektion des Körperschwerpunkts aus dem Unterstützungspolygon heraus, wodurch das Tier instabil wird.

Die posturale Kontrolle, die diese Instabilität verhindert, lässt sich physikalisch als umgekehrtes Pendel beschreiben: Der Körper des Tieres schwingt über dem Standbein und muss durch Muskelmomente aktiv korrigiert werden, die in jedem Augenblick angepasst werden, um die Projektion des Körperschwerpunkts wieder in das Unterstützungspolygon zurückzuführen. Wenn die muskuläre Kontrolle zwischen den Gliedmaßen asymmetrisch versagt, tritt Lahmheit auf: Die Kraftspitzen, die jede Gliedmaße beim Aufprall auf den Boden ausübt, sind nicht mehr auf beiden Seiten gleich. Diese Ungleichheit wird quantifiziert, indem die Kraftimpulse beider Seiten verglichen werden. Versagt die muskuläre Kontrolle hingegen uneinheitlich von Schritt zu Schritt, entsteht Ataxie: Länge und Dauer jedes Schrittes schwanken unregelmäßig um ihre typischen Werte. Diese erhöhte Variabilität unterscheidet einen ataktischen Gang von einem gesunden.

Die Nähe des Tieres zu diesem Gleichgewichtsverlust wird durch eine laterale Stabilitätsreserve quantifiziert. Diese vergleicht die Position eines zeitlich extrapolierten Massenschwerpunkts mit der Kante des Unterstützungspolygons: Solange sich dieser extrapolierte Massenschwerpunkt innerhalb der Kante befindet, ist die Reserve positiv und das Tier kann sich selbst korrigieren. Überschreitet der extrapolierte Massenschwerpunkt die Kante, wird die Reserve negativ. Eine negative Reserve deutet auf ein unmittelbares Sturzrisiko hin.

Angesichts der Asymmetrien, die zum Hinken führen, kompensiert die Muskelkontrolle dies durch eine Umverteilung der Muskelmomente zwischen den Gelenken. Im Zuge dieser Umverteilung erhöht das Gelenk der gesunden Seite sein maximales Drehmoment, um das betroffene Gelenk zu kompensieren und die Fortbewegung aufrechtzuerhalten. Diese anhaltende Erhöhung des maximalen Drehmoments im gesunden Gelenk führt zu einer progressiven Überlastung, die schließlich zu sekundärer Degeneration in einem ursprünglich unbeschädigten Gelenk führt.

Das kombinierte Ergebnis dieser Korrekturmechanismen und der beschriebenen Überlastung ist, dass kleine Störungen des Körperschwerpunkts unverhältnismäßig große und energieaufwändige Korrekturen hervorrufen. Jede Korrektur verlagert die Projektion des Körperschwerpunkts zurück in das Innere des Unterstützungspolygons und stellt so den dynamischen Gleichgewichtszustand wieder her, mit dem diese Beschreibung begann – jedoch zu einem steigenden Energieaufwand. Dieser Aufwand äußert sich in einer Verringerung der optimalen Gehgeschwindigkeit und einem Anstieg des Energieverbrauchs pro zurückgelegtem Meter, sodass die Haltungskontrolle die Instabilität letztendlich auf Kosten einer langsameren und energieaufwändigeren Fortbewegung behebt.

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