A13 Strukturelles Knochenversagen

Thema

Das Muskel-Skelett-System erleidet im Allgemeinen strukturelle Schäden, wenn ein Knochenbruch – ob akut oder durch wiederholte Belastung bedingt –, eine Verletzung des Gelenkknorpels oder eine Schädigung des stützenden Bindegewebes die mechanische Integrität des Systems beeinträchtigt. Jede dieser drei Formen des strukturellen Versagens betrifft ein anderes Stützgewebe im Körper, doch allen liegt dasselbe Prinzip zugrunde: Eine einwirkende mechanische Belastung übersteigt schließlich die Belastbarkeit des jeweiligen Gewebes.

Ein Ermüdungsbruch hingegen tritt genau dann auf, wenn eine wiederholte zyklische Belastung die Regenerationsfähigkeit des Knochens übersteigt. Die mikroskopischen Schäden am Knochen akkumulieren sich schneller, als der Knochen sich selbst reparieren kann, was schließlich zu einem vollständigen makroskopischen Bruch führt. Dieser Prozess folgt daher dem gleichen Wöhler-Ermüdungsmodell, das die Ermüdung jedes Materials unter wiederholter zyklischer Belastung beschreibt: Je geringer die Amplitude dieser zyklischen Belastung auf den Knochen ist, desto mehr Lastzyklen kann der Knochen tolerieren, bevor es zum Ermüdungsbruch kommt. Eine höhere Amplitude dieser zyklischen Belastung des Knochens verringert die Anzahl der Lastzyklen, die er vor einem Bruch tolerieren kann, zusätzlich.

Gelenkknorpel besitzt jedoch keine eigene Blutversorgung und hat daher nur ein sehr begrenztes Reparaturvermögen, sogar noch geringer als das in einem anderen Modell dieser Reihe für eine chronisch degenerierte Sehne nachgewiesene. Der endgültige Abbau dieses Gelenkknorpels folgt somit der gleichen Archard-Gleichung, die den Verschleiß jeder Oberfläche unter wiederholter Gleitbelastung beschreibt. Da dieses Knorpelgelenk im Laufe der Zeit noch häufigerer Gleitbelastung ausgesetzt ist, schreitet der endgültige Abbau dieses Gelenkknorpels gemäß der Archard-Gleichung weiter fort, ohne dass die begrenzte Blutversorgung des Knorpels dies kompensieren kann.

Ein akuter Bruch desselben Knochens tritt hingegen genau dann auf, wenn eine kurzzeitige Belastung auf diesen Knochen seine maximale Belastbarkeit unter einer gegebenen Kompression überschreitet. Das maximale Risiko dieser akuten Fraktur wird daher durch einen Sicherheitsfaktor bewertet, der die maximale Belastbarkeit des Knochens mit der einwirkenden Belastung vergleicht. Dies ist dem Verhältnis zwischen erzeugter und erwarteter Kraft, das in einem anderen Modell dieser Reihe zur Quantifizierung eines Muskelkraftverlusts ermittelt wurde, sehr ähnlich. Je näher die auf den Knochen einwirkende Belastung dieser maximalen Belastbarkeit kommt, desto geringer wird der Sicherheitsfaktor des Knochens, wodurch die Gefahr einer akuten Fraktur steigt.

Dieses Modell mit seinen drei Formen des Strukturversagens führt somit genau dann zu einer Abrissfraktur desselben Knochens, wenn die von einem anderen Modell dieses Komplexes auf dieselbe Sehne ausgeübte Sehnenkraft den Widerstand des knöchernen Sehnenansatzes an diesem Knochen übersteigt. Folglich wird der Knochen an diesem Ansatzpunkt von der Sehne abgerissen, anstatt entlang des Diaphysenkörpers. Damit schließt sich der Kreislauf zwischen dem elastischen Versagen der Sehne, das ein anderes Modell dieses Komplexes verursacht hat, und dem endgültigen Strukturversagen des Knochens. Die Tatsache, dass diese auf den Knochenansatz übertragene Sehnenkraft noch größer ist, bedeutet, dass das endgültige Risiko eines Abrissbruchs desselben Knochens noch größer ist.

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