Schädigungsinteraktionen zwischen Zug und Druck in Osteonalem Knochen

Translated title of the contribution: Interactions between tension and pressure in osteonal bone

Mohammad J. Mirzaali, Alexander Bürki, Jakob Schwiedrzik, Philippe K. Zysset, U. Wolfram

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Abstract

Skelettale Krankheiten stellen eine große sozio-ökonomische Herausforderung für alternde Gesellschaften dar. Eine abnehmende skelettale Tragfähigkeit bedingt einen Anstieg der Frakturinzidenz nach dem 65. Lebensjahr. Neunzig Prozent aller Hüftfrakturen sind auf Stürze zurückzuführen und ein Drittel aller über 65-jährigen stürzt einmal jährlich. Die
Belastungsrichtung während eines Sturzes ist verschieden von der unter alltäglichen Belastungen. Die Mechanismen wie Knochenschädigung unter verschiedenen Belastungen akkumuliert und interagiert sind derzeit unklar. Ein besseres Verständnis davon ist hilfreich für die Optimierung moderner Behandlungsmethoden. Wir vermuten, dass eine Schädigung unter einer Belastungsrichtung das Frakturrisiko unter einer anderen Belastungsrichtung erhöht.

Es wurden 93 zylindrische Schulterproben mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Messlänge von 6.5 mm hergestellt. Diese wurden drei aufeinander aufbauenden Versuchen zugeführt. Im ersten Versuch wurden monotone Tests mit einer Geschwindigkeit von 0.0003 s⁻¹ durchgeführt. Im zweiten Versuch wurde die Schädigungsinteraktion und im dritten Versuch die Verfestigungsinteraktion in zyklischen Tests bestimmt. Steifigkeit, Schädigung als Steifigkeitsreduktion, plastische Dehnung und Spannungs-Dehnungskurven wurden aufgenommen und ausgewertet.

Zugüberlastung führte zu einer apparenten Schädigung von 60 % bei 0.65 % plastischer Dehnung und war als Druckschädigung von 20 % detektierbar. Eine Drucküberlastung führte zu einer Schädigung von 60 % bei 0.75 % plastischer Dehnung und war als Zugschädigung von 50 % detektierbar. Druck zeigte ein postelastisches Entfestigungsverhalten, während Zug eine exponentielle Verfestigung aufwies. Das Verfestigungsverhalten unter Druck wurde durch eine vorherige Zugüberlastung nicht beeinflusst. Umgekehrt nimmt die Wiederbelastungsfestigkeit auf Zug nach einer Drucküberlastung signifikant ab.

Die Studie demonstriert wie Knochenschädigung einer Belastungsrichtung das mechanische Verhalten einer anderen Belastungsrichtung beeinflusst. Eine Drucküberlastung beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften auf Zug stark während dies andersherum kaum ausgeprägt ist. Die Ergebnisse helfen das Verständnis von Hüftfrakturen zu verbessern.
Translated title of the contributionInteractions between tension and pressure in osteonal bone
Original languageGerman
Title of host publication9. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik (DGfB)
Publication statusPublished - May 2015

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    Mirzaali, M. J., Bürki, A., Schwiedrzik, J., Zysset, P. K., & Wolfram, U. (2015). Schädigungsinteraktionen zwischen Zug und Druck in Osteonalem Knochen. In 9. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik (DGfB)