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Biomechanik und Biomaterialien für Pferde

Biomechanik des Pferdes


Wir engagieren uns auf dem Gebiet der Biomechanik des Pferdes in mehreren Bemühungen. In einer unserer Studien zum Beispiel denken wir darüber nach, wie ein Pferd auf das getrimmt werden sollte, was Hufschmiede als „medial-laterales Gleichgewicht“ bezeichnen.

Argument für einen biomechanischen Begriff des medial-lateralen Gleichgewichts

Das Sarggelenk verbindet die Knochen P2 und P3. Dieses Gelenk wird durch einen einzigen Freiheitsgrad Rotation um eine Achse gut dargestellt. Wir schlagen vor, dass das medial-laterale Gleichgewicht einer Hufbearbeitung quantifiziert werden sollte, indem die Orientierung dieser Rotationsachse relativ zur Bodenebene gemessen wird.

Diese Vorstellung unterscheidet sich von den üblichen Versuchen, das medial-laterale Gleichgewicht zu quantifizieren, indem der Abstand von der palmaren Oberfläche des P3-Knochens bis zur Grundebene gemessen wird. Unsere Vorstellung favorisiert die Berücksichtigung der biomechanischen Rotationsachse als das wichtigste Element bei der Quantifizierung des medial-lateralen Gleichgewichts. Zum Beispiel könnte man sagen, dass ein perfektes medial-laterales Gleichgewicht entsteht, wenn die Sarggelenkachse parallel zum Boden ist – unabhängig von der Form oder Ausrichtung der palmaren Seite des P3-Knochens.

Abgesehen davon, dass es eine vernünftige Möglichkeit ist, das medial-laterale Gleichgewicht zu diskutieren, sind wir auch der Meinung, dass die Ausrichtung der Sarggelenkachse in einer DP-Röntgenaufnahme robuster und genauer gemessen werden kann als die Entfernungsmessung zwischen dem palmaren Aspekt von P3 und dem Boden . Der palmare Aspekt von P3 ist oft durch komplexe Formen gekennzeichnet, und wie er während der Radiographie auf die Bildebene projiziert wird, hängt auch stark von den Details der Platzierung der Röntgenquelle und des Röntgendetektors ab.

So schätzen Sie die Ausrichtung der Sarg-Gelenk-Achse in einer DP-Röntgenaufnahme ein

Als Beispiel für das, worüber wir sprechen, haben wir in der Abbildung rechts getrimmt, um unsere Schätzung der Gelenkachse ungefähr parallel zum Boden zu machen. Dieser spezielle Fuß müsste ganz anders getrimmt werden, wenn wir versuchen wollten, dass die Unterseite des P3-Knochens parallel zum Boden ist. Sieh den Unterschied? Dieser Fall ist ein extremes Beispiel; aber im Allgemeinen argumentieren wir, dass die biomechanische Rotationsachse am wichtigsten ist, die parallel zum Boden ist, und dies sollte als Richtlinie für die beste medial-laterale Trimmung verwendet werden.

Komplexität und Frakturkontrolle im Pferdehuf

Biomaterialien


Mit freundlicher Genehmigung von Kasapi und Gosline – Designkomplexität und Frakturkontrolle im Pferdehuf – 1977

Mit freundlicher Genehmigung von Kasapi & Gosline „Design Complexity and Fracture Control in the Pferdehuf“, 1977

Der Huf des Pferdes ist voller erstaunlicher Strukturen. 

Bei Berührung ist die Hufkapsel sehr steif und fühlt sich fast wie totes Holz an. Der äußere Teil der Hufkapsel besteht tatsächlich aus einem toten Material – Keratin. Die Keratinkapsel ähnelt faserverstärktem Sperrholz (Abbildung links). Sperrholz besteht wie Keratin auch aus totem Material, beide sind strukturell sehr stark, aber hier endet die Ähnlichkeit zwischen diesen beiden Materialien. Im Gegensatz zu Keratin ist Sperrholz ein künstlicher Verbundstoff auf Basis natürlicher Materialien.

Keratin befindet sich in der äußeren Schicht jeder Haut und ist das Produkt eines Prozesses, der Keratinisierung genannt wird. Dieser Prozess beginnt mit der Produktion von lebenden Zellen (Hautstammzellen) in der tiefsten Schicht der Epidermis (äußeren Hautschichten), dem Stratum basale. Die lebenden Zellen wandern zur Hautoberfläche und sterben dort ab, um eine schützende Kruste zu bilden, die als Stratum corneum bezeichnet wird.

Obwohl die Dermis (die unter der Epidermis liegt) nicht direkt an der Produktion von Keratin beteiligt ist, spielt sie eine Rolle, indem sie mit den Basalzellen interagiert. Haut kommt bei allen Säugetieren sowie bei Fischen, Amphibien, Reptilien und Vögeln vor. Der allgemeine Zweck der Haut ist der Schutz vor den Elementen. Die Hufkapsel besteht tatsächlich aus Haut – einer sehr speziellen Haut.

Tubuli

Zu den Strukturen der Hufwand gehören die „Tubuli“ (Bild rechts). Sie können ihre Steifigkeit in Abhängigkeit von Feuchtigkeit und anderen Faktoren modulieren. Die Details der Tubuli ändern sich abhängig von ihrer relativen Position innerhalb der Hufwand.

Künstliche Materialien, die in Polstern und Schuhen für Pferde verwendet werden, haben verschiedene physikalische Eigenschaften, die auf verschiedene Weise gemessen werden. Begriffe wie Steifigkeit, Härte, Belastbarkeit werden in der Alltagssprache verwendet, haben aber auch spezifische technische Bedeutungen.

Nehmen wir als Beispiel Polyurethan, ein Kunststoff, der in vielen synthetischen Schuhen auf dem Markt verwendet wird. Polyurethan kann buchstäblich auf tausende Arten formuliert werden – viele wurden vom Menschen für Anwendungen nicht ausprobiert oder nur irgendwo in einem Labor gesehen. Polyurethan wird also nicht gleich hergestellt!

Das Video unten zeigt zwei Polyurethankugeln. Wenn Sie sie hielten und drückten, würden Sie dieselbe Steifheit spüren. Das heißt, wenn Sie auf jeden die gleiche Kraft anwenden, würde jeder Ball um den gleichen Betrag abgelenkt. Aber obwohl die Steifigkeit gleich ist, wie das Video zeigt, ist eine andere Eigenschaft, die als Resilienz bezeichnet wird, ganz anders.

Mit freundlicher Genehmigung von Kasapi und Gosline – Designkomplexität und Frakturkontrolle im Pferdehuf – 1997

Mit freundlicher Genehmigung von Kasapi & Gosline „Design Complexity and Fracture Control in the Pferdehuf“, 1997

 

Resilienz-Angelegenheiten

Die resultierenden Daten aus dem Video (siehe Abbildung unten rechts) zeigen genau, wie viel widerstandsfähiger der weiße Ball im Vergleich zum roten Ball ist. Bei der Auswahl eines Hufeisens oder Pads gibt es eine Vielzahl von Materialwahlen.

Pferdewissenschaft Abbildung 3 Demonstration

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