Quadriceps femoris: Anatomie und Funktion

Der Quadriceps femoris ist der voluminöseste Muskel des menschlichen Körpers.

Der Quadriceps femoris ist ein Hüftbeuger und ein Kniestrecker.

Er besteht aus vier einzelnen Muskeln: drei Vastusmuskeln und dem Rectus femoris.

Sie bilden den Hauptteil des Oberschenkels und sind zusammen einer der stärksten Muskeln des Körpers.

Der m. quadriceps femoris befindet sich im vorderen Kompartiment des Oberschenkels.

Die vier Teilmuskeln sind:

• Rectus femoris
• Vastus lateralis
• Vastus medialis
• Vastus intermedius

Ansatz und Ursprung

Die Muskeln, die den Quadriceps femoris bilden, vereinen sich proximal des Knies und setzen über die Quadricepssehne an der Kniescheibe an.

Die Kniescheibe wiederum ist über die Patellasehne mit dem Schienbein verbunden.

Vastus Lateralis

Ursprung: Er entspringt am Trochanter major und der seitlichen Lippe der Linea Aspera.

Funktion: Streckt das Kniegelenk und stabilisiert die Kniescheibe.

Vastus Intermedius

Ursprung: Vordere und seitliche Flächen des Oberschenkelschafts.

Funktion: Streckt das Kniegelenk und stabilisiert die Kniescheibe.

Vastus Medialis

Ursprung: Intertrochanterische Linie und die mediale Lippe der Linea aspera.

Funktion: Streckt das Kniegelenk und stabilisiert die Kniescheibe, insbesondere durch seine horizontalen Fasern am distalen Ende.

Rectus Femoris

Ursprung: Er entspringt am Darmbein, knapp oberhalb der Hüftpfanne.  Er verläuft geradlinig am Bein entlang (das lateinische Wort für gerade ist rectus) und setzt mit der Sehne des Quadriceps femoris an der Kniescheibe an.

Funktion: Der einzige Muskel des Quadrizeps, der sowohl das Hüft- als auch das Kniegelenk überspannt. Er beugt das Hüftgelenk und streckt das Kniegelenk.

Innervation

Die Innervation dieser Muskeln erfolgt durch den Nervus femoralis. (L2, L3, L4).

Arterielle Versorgung

Arteria circumflexa femoris lateralis

Funktion

Der Quadrizeps dient dazu, das Knie zu strecken.

Der Rectus femoris beugt auch die Hüfte, der Vastus medialis führt den Oberschenkel nach innen und streckt und dreht den Oberschenkel nach außen und stabilisiert die Kniescheibe.

• Der Quadrizeps ist vor allem beim Treten, Springen, Radfahren und Laufen aktiv.
• Im Alltag ermöglicht dir der Quadrizeps, von einem Stuhl aufzustehen, zu gehen, Treppen zu steigen und in die Hocke zu gehen.
• Beim Gehen und Laufen wird der Quadrizeps zu Beginn des Schritts eingesetzt und kommt beim Bergabgehen stark zum Einsatz.

Klinische Relevanz

Aus sportlicher Sicht ist der Quadrizeps ein außerordentlich wichtiger Muskel, der jedoch aufgrund der hohen Beanspruchung häufig Verletzungen ausgesetzt ist.
Verletzungen der Quadrizepsmuskelgruppe können schmerzhaft und behindernd sein.
Zerrungen, Risse und Prellungen des Quadrizeps sind bei verschiedenen Sportarten wie Handball, Rugby, Fußball usw. häufig und führen zu Trainings- und Wettkampfausfällen.

Der Quadrizeps ist für alltägliche Aktivitäten wie Treppensteigen oder das Aufstehen vom Stuhl unerlässlich.

Die Myositis Ossificans ist eine Komplikation, die mit schweren Quetschungen des Quadrizeps einhergeht.
Dabei handelt es sich um eine nicht-neoplastische Wucherung von Knochen und Knorpel im Bereich der Quetschverletzung. Bei Prellungen liegt die gemeldete Inzidenz zwischen 9 % und 17 %. Der Verdacht auf Myositis Ossificans sollte geäußert werden, wenn sich die Symptome nach 2 bis 3 Wochen verschlimmern und mit einem Verlust der Kniebeugung und einer anhaltenden Schwellung einhergehen (Kary 2010).

Anpassungen des Quadrizeps

Der Skelettmuskel passt sich bei systemischen Krankheiten an.
Das bedeutet, dass sich die Funktion des Muskels sowohl in Bezug auf den Stoffwechsel als auch auf das Volumen verändert, wodurch sich die Symptome verschlimmern.

Alterung

Die muskuläre Anpassung des Quadrizepsmuskels mit zunehmendem Alter verändert seine Morphologie und Funktion.
Die Muskulatur verliert an Masse und Volumen (Sarkopenie), wodurch Kraft und Koordination abnehmen. Motorische Einheiten gehen verloren (Denervierungsprozesse), während der Anteil der roten Fasern zunimmt. Dadurch nehmen die Fibroseprozesse und das intramuskuläre Fett zu.

Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) und chronische Herzinsuffizienz

Das Vorhandensein chronischer und schwerwiegender Atemwegserkrankungen wie COPD führt zu einer Abnahme der Muskelmasse des M. quadriceps femoris, zu einer Zunahme des Bindegewebes und zu Fibroseerscheinungen.
Dies führt zu einer verminderten kontraktilen Kapazität, weniger Kraft und einem schlechteren Gleichgewicht beim Gehen oder Stehen. Die anaeroben Fasern nehmen auf Kosten der oxidativen Fasern zu; die Muskeln ermüden leichter.
Es kommt auch zu einer Zunahme des intramuskulären Fetts und zu lokalen und systemischen Stoffwechselveränderungen (erhöhtes kardiovaskuläres Risiko).

Frauen leiden stärker unter der funktionellen Veränderung der Muskeln als Männer.

Multiple Sklerose

Bei Multipler Sklerose verliert der Quadrizepsmuskel an Muskelmasse und Kraft, wobei die Zahl der oxidativen Fasern abnimmt und die der anaeroben Fasern zunimmt. Die Zahl der weißen Fasern nimmt zwar zu, aber die weißen Fasern verkümmern stärker.
Intramuskuläres Fett und Fibroseprozesse nehmen zu. (Bordoni et al. 2018)

Untersuchung des Quadriceps femoris

Zerrungsverletzungen des Quadrizeps können sich durch eine offensichtliche Deformität wie eine Wölbung oder einen Defekt im Muskelbauch bemerkbar machen.

• Das Abtasten des vorderen Oberschenkels sollte die Länge des verletzten Muskels umfassen, den Bereich maximaler Empfindlichkeit lokalisieren und nach einem Defekt im Muskel tasten.
• Die Kraftprüfung des Quadrizeps sollte den Widerstand bei der Kniestreckung und Hüftbeugung umfassen. Ein Krafttest des M. rectus femoris muss auch die Kniestreckung mit Widerstand bei gebeugter und gestreckter Hüfte umfassen. In der Praxis wird dies am besten erreicht, indem der Patient sowohl im Sitzen als auch im Liegen untersucht wird. Der Patient wird aufgefordert, das Bein (am Knie) gegen einen Widerstand zu strecken. Wenn der Nervus femoralis geschädigt ist, kann der Quadriceps femoris nicht kontrahieren. In der Bauchlage lassen sich auch die Bewegung und die Flexibilität des Quadriceps optimal beurteilen.
• Schmerzen spürt der Patient in der Regel bei der Aktivierung des Muskels mit Widerstand, bei passiver Dehnung und beim direkten Abtasten der Muskelzerrung.
• Die Beurteilung der Schmerzempfindlichkeit, des tastbaren Defekts und der Kraft zu Beginn der Muskelverletzung bestimmt den Grad der Verletzung und gibt die Richtung für weitere diagnostische Tests und Behandlungen vor.
• Achte auf Ungleichgewichte der einzelnen Muskelköpfe, die z. B. zu Problemen beim Gleiten der Patella führen können.
• Prüfe auf muskuläre Ungleichgewichte, z. B. entwickeln Läufer oft ein Ungleichgewicht zwischen starken Hamstring-Muskeln und weniger entwickelten Quadrizeps.
• Der M. quadriceps femoris kann bei Verdacht auf eine Nervenlähmung zum Testen des Oberschenkelnervs verwendet werden.
• Zu den Funktionstests gehören: Timed Up and Go Test (TUG) und ein Treppensteigtest.

Funktionelle Koordination zwischen den verschiedenen Vasti

Das myoelektrische Gleichgewicht des Quadrizeps ist entscheidend für eine korrekte Bewegung der Kniescheibe.

Die propriozeptiven Afferenzen des Muskels tragen dazu bei, eine angemessene Haltung aufrechtzuerhalten. Jüngste Studien zeigen, dass die Aktivierung dieser Afferenzen es dem kontralateralen Quadrizepsmuskel ermöglicht, seine Koordination zu verbessern und so das Haltungsgleichgewicht zu verbessern. Der Quadrizeps ermöglicht ein selbständiges Gehen, hilft beim Treppensteigen und ermöglicht es, zu stehen.

Der Rectus femoris kann seine Fasern im Längsmodus aktivieren. Er kann die proximalen Fasern aktivieren, wenn die distalen Fasern nicht kontrahieren. Wenn die Wirkung des Quadrizeps anhält, aktiviert er die distalen Fasern in Abwesenheit der proximalen Fasern (wahrscheinlich ein Mechanismus, um den Beginn der Ermüdung zu verzögern).

Der Patellasehnenansatz des Vastus medialis ist klein und nicht in der Lage, eine Kraft zu erzeugen, die die Patella bei der Kniestreckung medial stabilisiert. Die Kraft, die der Vastus medialis während der Streckung ausübt, ist gering. In Wirklichkeit zieht er während seiner Kontraktion die Aponeurose des Vastus intermedius und wirkt so den seitlichen Kräften des Vastus lateralis auf die Patella entgegen. Der Vastus medialis wirkt indirekt als Patellastabilisator, indem er seine kontraktile Kraft auf die Mittelachse des Oberschenkels legt.

Die vom Vastus lateralis ausgeübte Kraft nimmt mit der Zunahme der Kniebeugung zu. Dieser Mechanismus ist auf die Länge der Fasern im Vergleich zur Bindegewebsstruktur des Muskels zurückzuführen. Längere Fasern drücken eine größere Kraft aus und nutzen die Elastizität oder den Widerstand des Bindegewebes besser aus. Wenn das Knie gestreckt ist, übt der Vastus lateralis eine kleine Kraft aus, die nützlich ist, um die Position mit minimaler Anstrengung zu halten (Bordoni et al. 2018).