Medizinische Aspekte der Physik g

  Biomechanik

Allgemein
Die Biomechanik überträgt die Prinzipien der Mechanik auf den lebenden Organismus. Sie beschreibt die Wechselbeziehung zwischen mechanischer Beanspruchung speziell der Binde- und Stützgewebe und ihrer Struktur. Die Theorie der kausale Histogenese besagt, die Entwicklung  und Formbildung der verschiedenen Binde- und Stützgewebe werde durch die Art der zu erwartenden und sich momentan auswirkenden Kräfte entscheidend bestimmt. So stimulieren zum Beispiel Dehnungskräfte die Entwicklung von Bindegewebsfasern aus Mesenchym  und Kompressionskräfte (allseitiger Druck) die Entstehung von Knorpelgrundsubstanz, die später Knochen zu werden kann. Viel Raum für die Kombination von Mechanik und Biomechanik bietet der menschliche Bewegungsapparat.

        Abbildung 1: Schema der kausalen Histogenese

Material
Gewöhnliches technisches Baumaterial verhält sich mechanisch ausschließlich passiv. Biomaterialien (Bindegewebe, Knorpel, Knochen) hingegen reagieren aktiv auf äußere und innere Belastungen. Somit ist ein funtionelle Anpassung möglich.

Bindegewebe
Bindegewebe hat die Fähigkeit, seine Extrazelluläre Matrix (Kollagen, Elastin, Fibronektin) je nach Zweckmäßigkeit und Belastung zu orientieren.
Man unterscheidet lockeres (faserarmes) und straffes (faserreiches) Bindegewebe:

• Lockeres Bindegewebe hat mechanische Funktionen. Es fügt Gewebe zu Organen, baut diese in ihre Umgebung ein und ermöglicht ihnen freie Verschieblichkeit bei Volumen- oder Lageveränderung. Vorkommen: z.B. Endo-, Peri- und Epimysium des Skelettmuskels.
• Straffes Bindegewebe gibt dem Gewebe aufgrund seinem hohen Anteil aus geflechtartig angeordneten Kollagenfibrillen Festigkeit und ermöglicht gleichzeitig die Anpassung an Gestalt- und Lagewechsel der Organe. Vorkommen: z. B. Periost, Perichondrium, Sehnenscheiden.

        Abbildung 2:  Bindegewebe

Knorpel
Man unterscheidet histologisch Hyalinknorpel, Faserknorpel und elastischen Knorpel. Physikalisch sind die Knorpeltypen in ihrer unterschiedlich stark ausgeprägten Funktion als Gelenkknorpel interessant.

Knochen
Beim Erwachsenen besteht das Skelett zum größten Teil aus Knochengewebe. Trotz eines 60-70%igen Anteil anorganischer Substanzen, findet auch hier permanenter Umbau und funktionelle Anpassung statt.

Anwendungsbeispiele

• Hebelarm, Drehmoment
• Belastung des Skelettes
• Funktionelle Adaptation

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