Zur Bedeutung der Belastungscharakteristik auf die Knochen

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Einfluss auf die Beschaffenheit des Knochens
2.1. Forschungsstand und frühere Studien

3. Formulierung der Hypothese

4. Methode

5. Durchführung

6. Ergebnisse

7. Diskussion

8. Fazit

9. Quelle

10. Abbildungsverzeichnis

11. Anhang

1. Einleitung

Die vorliegende Hausarbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob eine veränderte Dehnungsrate eine Auswirkung auf die Knochenadaptation des ausgewachsenen Skeletts hat.

Als Quelle dient ausschließlich der Artikel „Strain rate influences periosteal adaptation in mature bone“, erschienen und veröffentlicht in der Fachzeitschrift Medical Engineering & Physics 27 (2005) S.277–284 von LaMothe et al..

Als erstes gilt es eine kurze Themeneröffnung, sowie einen Überblick über die allgemeinen Ursachen für die jeweilige Beschaffenheit des Knochens zu schaffen und vorangegangene Experimente und den Forschungsstand zu beschreiben.

Nach der Ausformulierung der Forschungshypothese, folgen die Erläuterung der verwendeten Methoden und die Durchführung des Experiments.

Danach werden die Ergebnisse der Studie ausgewertet und als Grundlage für eine Diskussion verwendet.

Abschließend wird ein Fazit gezogen, welches die durchgeführte Studie zusammenfasst.

2. Einfluss auf die Beschaffenheit des Knochens

Zwei entscheidende Faktoren beeinflussen die jeweilige Beschaffenheit des Knochens. Zum einen ist sie abhängig von genetisch bedingtem und somit nicht beeinflussbarem Wachstum, zum anderen von der skelettalen Adaptation.

Diese ist wiederrum abhängig von körperlichen Faktoren wie beispielweise der Ernährung. Eine Mangelernährung oder Unterversorgung von bestimmten Substraten kann eine Osteoporose begünstigen.

Des Weiteren wird eine Anpassung des Knochens durch standortspezifische Faktoren, wie zum Beispiel die Veränderung des physikalischen Milieus, bestimmt.

Indem man die Parameter der mechanischen Belastung, die auf einen Knochen wirken können, verändert (Dehnungsrate, Dehnungsfrequenz, Dehnungshöhe, Dehnungsvolumen), kann man unmittelbar Einfluss auf das physikalische Milieu nehmen.^[1]

2.1. Forschungsstand und frühere Studien

Durch vorangegangene Studien konnte bereits ein Einfluss auf die Knochenadaptation durch mechanische Belastungen festgestellt werden.

Fuchs et al. konnten bereits zeigen, dass bestimmte Übungen, die eine mechanische Belastung hervorrufen, eine Knochenadaptation zur Folge haben. Dabei ließ er Probanden von einer 61cm hohen Plattform drei Mal pro Woche und acht Monate lang hinunter springen. Das Ergebnis dieser Studie war ein signifikanter Anstieg der Knochenmineraldichte des Femur.

Diese und andere Studien verwendeten Sprung und Aufprall (impact) als mechanische Belastungen, welche vor allem Einfluss auf die Dehnungsrate (strain rate) nehmen.

Turner et al. zeigten mit Hilfe von ungleichmäßigen Dehnungsraten und Variationen der Dehnungsregion an einer Rattentibia, dass sich unter anderem die Knochenformation proportional zur angewandten Dehnungsrate verändert.

Mosley und Lanyon stellten bei einer Studie an heranwachsenden Ratten fest, dass die Dehnungsrate einen Hauptfaktor für die osteogene Anpassung darstellt, indem sie eine Rattenulna belasteten und durch trapezförmige Belastungsfunktionen eine Dynamik der Dehnungsregion isolierten.^[2]

3. Formulierung der Hypothese

Wie in Punkt 2.1. gesehen, kann anhand von vorangegangen Experimenten vom Einfluss der Dehnungsrate auf die Anpassung des Knochens durch mechanische Belastungen ausgegangen werden. Um die Dehnungsrate in der vorliegenden Studie in einer Dehnungsregion zu isolieren und eine konstante Dehnungsfrequenz beizubehalten, wurde wie bei Mosley und Lanyon eine trapezförmige Belastungsfunktionskurve verwendet.

So lässt sich die Hypothese formulieren, dass höhere Dehnungsraten eine höhere Knochenadaptation mit Hilfe von trapezförmigen Belastungsfunktionen auch bei einem ausgewachsenen Skelett zur Folge haben werden.^[3]

[...]

^[1] Siehe LaMothe et al. Strain rate influences periosteal adaptation in mature bone: Medical Engineering & Physics. Elsevier. 27/2005. S. 277-278

^[2] Ebd. S. 278

^[3] Ebd. S. 278. „The current study tested that hypothesis by investigating the effect of strain rate on bone formation by applying loads to skeletally mature mice tibiae using a trapezoidal waveform.”