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Statische Untersuchungen am Fuß der Primaten

II. Statik des ganzen Fußes

Mechanical analyses of primate feet

II. The foot as a whole

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Summary

The stresses affecting the feet of various primates during phases of rest or relatively slow motion were analysed. Arbitrary values were assigned systematically to all variable factors until that combination of values yielding the greatest stress was found. Further analysis was based on this condition. The theoretical analysis was then compared with the results of photoelastic experiments.

The foot is subjected to bending moments caused by the counterpressure to the body weight against the balls and the heel as well as the pull exerted by the m. triceps surae and the body weight itself. The bending stresses are reduced by the aponeurosis plantaris and the tendons of those muscles inserting into the foot. A certain portion of the total bending moments is not eliminated by these structures. This remainder exerts compressive forces on the bones and joint cartilages of the dorsal side of the foot and tensile force on the ligaments of the plantar side. Seen in cross section, the tissues are distributed so as to offer the greatest resistence to the stresses in the respective regions.

In man the bending moments are exceptionally large as his m. triceps surae is very strong and the mm. flexores are relatively weak. The high longitudinal arching and the general rigidity of the human foot allow it to sustain high bending moments with relatively little expenditure of energy and material. The heel, in particular, is reinforced by plantar muscles which do not fulfill the same function in other primates.

Most nonhuman primates must have extremely strong flexors because the toes are very long. These flexors reduce the bending moments in the foot and allow a longer and much less rigid foot construction.

In Cercopithecoidea, Lemuriformes, Lorisiformes and some Cebidae the strong plantar flexing moment of the long flexors in the ankle joint lessens the burden of the m. triceps. This effect is of such magnitude that the resultant of all counterpressures acting against the parts of the foot (Traglinie) is shifted in a distal direction and the heel raised from the ground. The stresses affecting the fore-foot of such semiplantigrade species are essentially the same as in plantigrade animals.

Zusammenfassung

Die statischen bzw. quasistatischen Beanspruchungen des ganzen Fußes werden unter variablen Voraussetzungen analysiert, die bei verschiedenen Primaten in bestimmten Bewegungsphasen realisiert sind. Die veränderlichen Größen werden planmäßig variiert, um die maximalen Beanspruchungen zu ermitteln. Die Ergebnisse der theoretischen Analyse werden durch spannungsoptische Modellversuche abgesichert.

Der Fuß ist durch Auflagekräfte an den Zehen, am Ballen und an der Ferse, sowie durch den Zug des M. triceps und das Körpergewicht Biegemomenten ausgesetzt. Die Aponeurosis plantaris und die Sehnen der am Fuß inserierenden Muskeln reduzieren die Biegebeanspruchung. Die unter allen Umständen verbleibenden Biegespannungen beanspruchen Knochen bzw. Gelenkknorpel an der Dorsalseite des Fußes auf Druck, die Fasermassen an der plantaren Seite hingegen auf Zug. Die Gewebsarten des Fußes sind den Spannungsqualitäten und-größen entsprechend auf dem Querschnitt verteilt.

Beim Menschen wachsen die Biegebeanspruchungen wegen des starken M. triceps und wegen der vergleichsweise schwachen Zehenbeuger sehr hoch an. Die hohe Längswölbung und der steife Bau erlauben das Ertragen sehr hoher Biegemomente bei geringem Energie- und Materialbedarf. Insbesondere die menschliche Ferse ist durch plantare Muskeln gesichert, die bei Tierprimaten nicht die gleichen Funktionen erfüllen.

Bei den meisten Tierprimaten sind wegen der Länge der Zehen sehr starke Flexoren ausgebildet. Sie wirken als Zuggurtungen und erlauben einen sehr flachen und weniger steifen Bau des Fußes. Bei Cercopithecoidea, Lemuriformes, Lorisiformes und manchen Cebidae führt das plantarflektierende Moment der Zehenbeuger am Sprunggelenk zu einer Entlastung des M. triceps. Es ist so groß, daß der Schwerpunkt der Auflagefläche des Fußes distalwärts verschoben und die Ferse vom Boden abgehoben wird. Die Beanspruchung des Vorfußes wird durch diese semiplantigrade Haltung nicht grundsätzlich anders als bei plantigraden Formen.

Die Querwölbung des Fußes ist durch die zusätzliche Verspannung der Randstrahlen zu erklären.

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  1. Institut für Anthropologie und Humangenetik der Universität Tübingen, Tübingen, Deutschland

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Preuschoft, H. Statische Untersuchungen am Fuß der Primaten. Z. Anat. Entwickl. Gesch. 131, 156–192 (1970). https://doi.org/10.1007/BF00523294

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