Im Rahmen der Biomechanik werden der Einfluss mechanischer Bedingungen auf die Heilung biologische Gewebe, wie zum Beispiel Knochen und Knorpeln untersucht. Die vorliegende Arbeit bestimmte zum Einen am Beispiel des Humerus das mechanische Verhalten von intakten und frakturierten Knochen mit verschiedener Knochenqualität (Osteoporose versus gesunden Knochen) unter verschiedenen physiologischen Belastungen. Dazu wurde ein Finite Elemente Modell des entsprechenden Knochens erstellt. Die Knochenqualität erwies sich für die Heilung als wichtigerer Parameter, als die jeweilige physiologische Belastung. Künftige Therapien der Osteoporose sollten daher die jeweils individuelle Dichteverteilung des entsprechenden Knochens explizit berücksichtigen. Zum zweiten wurde ein biphasisches, linear-elastisches Gewebedifferenzierungsmodell entwickelt, mit dem durch iterative Berechnung der Elastizität die Heilung eines osteochondralen Defektes verfolgt werden konnte. Damit konnten die Steifigkeiten und die Orte im und um den ursprünglichen Defekt, an denen sich während der osteochondralen Heilung die verschiedenen Gewebearten neu bilden, quantitativ und qualitativ (Vergleich mit Tierexperimentation) ermittelt werden. Der Erfolg dieses Modells erlaubte die Antwort auf verschiedene Fragestellungen: Einfluß der Defekt- und Gelenkgeometrie auf die Häufigkeit des Auftretens osteochondraler Defekte und ihre Heilungschancen, sowie die Wahl der Steifigkeit eines optimalen Biomaterials zur Defektausfüllung. Osteochondrale Defekte scheinen in konkaver Geometrie etwas besser zu heilen, weil dort mehr hyaliner Knorpel gebildet wird. Grafts mit derselben Steifigkeit des ursprünglichen Knochens bilden kalzifizierenden Knorpel um mehr hyaliner Knorpel am Ende des Heilungsprozesses und sind daher weicheren Biomaterialien vorzuziehen. / In biomecanics the influence of mechanical conditions on healing of biological tissues as bones or soft tissues are analysed. In the frame of this work the mechanical behavior of intact and fractured bones with different bone qualities (osteoporotic versus normal) has been examined in a proximal humerus. Therefore a finite element model of the bone was constructed. It was found that the bone quality has a stronger impact on healing than the actual physiological loading condition does. Hence, for a future therapy of osteoporosis the precise density distribution of each individual bone must be considered. In a second step a biphasic, linear-elastic model for tissue differentiation was developed, where osteochondral healing was simulated by iterative calculation of the elastic modulus of Young within the joint region. By using this model it was possible to predict in which order in all regions of the joint the osteochondral healing took place. The stiffnesses of the newly differentiated tissues agreed well to the derived quantities of animal experimentation. Hence, this tissue differentiation model could be used to analyse some questions concerning the geometry and healing success of osteochondral defects. In concave geometry more hyaline cartilage was formed, which has better mechanical properties than fibrous one. Moreover, the stiffness of an optimal biomaterial could be determined: grafts with the same stiffness as the original bone will lead to the formation of calcified bone and more hyaline cartilage, which is favourable compared to a less stiffer biomaterial.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/16103 |
| Date | 09 May 2006 |
| Creators | Ritter, Zully Maritza |
| Contributors | Duda, Georg N., Morlock, Michael M., Mittelmeier, Thomas |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Medizinische Fakultät - Universitätsklinikum Charité |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf, application/octet-stream, application/octet-stream |
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