Deformationsverhalten von Humanknorpel - Versionsgeschichte

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 09:57 Uhr

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	\|Griffith, L. G., Naughton, G.: Tissue Engineering-current Challenges and Expanding Opportunities. Science 295 (2002) 1009–1014		\|Griffith, L. G., Naughton, G.: Tissue Engineering-current Challenges and Expanding Opportunities. Science 295 (2002) 1009–1014 DOI: [https://doi.org/10.1126/science.1069210 https://doi.org/10.1126/science.1069210]
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Loeffler-Kamann am 7. Oktober 2024 um 10:29 Uhr

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	Eine genaue Anpassung der Materialeigenschaften von [[Kunststoffe]]n an die natürlichen Gegebenheiten und die Simulation des Einsatzverhaltens der entwickelten Implantate kann neben verbesserter Funktionalität und Formstabilität zu einer geringeren Abstoßungsrate von Implantaten führen, wodurch sich auch die Anzahl wiederholter Eingriffe deutlich verringern wird.		Eine genaue Anpassung der Materialeigenschaften von [[Kunststoffe]]n an die natürlichen Gegebenheiten und die Simulation des Einsatzverhaltens der entwickelten Implantate kann neben verbesserter Funktionalität und Formstabilität zu einer geringeren Abstoßungsrate von Implantaten führen, wodurch sich auch die Anzahl wiederholter Eingriffe deutlich verringern wird.

			==Siehe auch==
			*[[Implantatprüfung]]
			*[[Hybride Methoden, Beispiele]]


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	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Implantatprüfung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~) 3. Auflage, S. ~~668–670,~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Implantatprüfung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 646–648 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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Oluschinski am 23. März 2023 um 10:37 Uhr

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	\|Holweg, K.: Ermittlung des Festigkeits- und Deformationsverhaltens von Humanknorpel zur Festlegung relevanter Eigenschaftskennwerte. Diplomarbeit, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Merseburg, Dezember 1998		\|Holweg, K.: Ermittlung des Festigkeits- und Deformationsverhaltens von Humanknorpel zur Festlegung relevanter Eigenschaftskennwerte. Diplomarbeit, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Merseburg, Dezember 1998 (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 3-91)
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	\|Fritz, J., Aicher, W. K., Einhorn, H.-J.: Praxisleitfaden der Knorpelreparatur. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2003)		\|Fritz, J., Aicher, W. K., Einhorn, H.-J.: Praxisleitfaden der Knorpelreparatur. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2003) (ISBN 978-3-540-01029-6; e-Book ISBN 978-3-642-55521-3)
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Oluschinski am 28. November 2022 um 07:34 Uhr

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	Es ist deutlich zu erkennen, dass das Schlagkraftniveau bei älterem Rippenknorpel wesentlich geringer ist und ein dominant elastisches Verhalten vorliegt. Im Gegensatz dazu wird bei dem jüngeren männlichen Patienten unter den gleichen experimentellen Randbedingungen ein elastisch-plastisches [[Deformation]]sverhalten registriert.		Es ist deutlich zu erkennen, dass das Schlagkraftniveau bei älterem Rippenknorpel wesentlich geringer ist und ein dominant elastisches Verhalten vorliegt. Im Gegensatz dazu wird bei dem jüngeren männlichen Patienten unter den gleichen experimentellen Randbedingungen ein elastisch-plastisches [[Deformation]]sverhalten registriert.

	Obwohl hier zwei Einflussgrößen vorliegen und eine sichere Aussage zu den Ursachen der unterschiedlichen Diagramme und Schlagkraftniveaus derzeitig nicht möglich ist, erscheint dieser Versuch durchaus geeignet, um das Zähigkeitsverhalten von Humanknorpel, als Basis für die Auslegung von Implantaten in diesem Bereich, charakterisieren zu können.		Obwohl hier zwei Einflussgrößen vorliegen und eine sichere Aussage zu den Ursachen der unterschiedlichen [[IKBV Typen von Schlagkraft-Durchbiegungs-Diagrammen\|Diagramme]] und Schlagkraftniveaus derzeitig nicht möglich ist, erscheint dieser Versuch durchaus geeignet, um das Zähigkeitsverhalten von Humanknorpel, als Basis für die Auslegung von Implantaten in diesem Bereich, charakterisieren zu können.

	Eine genaue Anpassung der Materialeigenschaften von [[Kunststoffe]]n an die natürlichen Gegebenheiten und die Simulation des Einsatzverhaltens der entwickelten Implantate kann neben verbesserter Funktionalität und Formstabilität zu einer geringeren Abstoßungsrate von Implantaten führen, wodurch sich auch die Anzahl wiederholter Eingriffe deutlich verringern wird.		Eine genaue Anpassung der Materialeigenschaften von [[Kunststoffe]]n an die natürlichen Gegebenheiten und die Simulation des Einsatzverhaltens der entwickelten Implantate kann neben verbesserter Funktionalität und Formstabilität zu einer geringeren Abstoßungsrate von Implantaten führen, wodurch sich auch die Anzahl wiederholter Eingriffe deutlich verringern wird.
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	\|[6]		\|[6]
	\|Planck, H.: Kunststoffe und Elastomere in der Medizin. Kohlhammer-Verlag, Stuttgart (1997)		\|Planck, H.: Kunststoffe und Elastomere in der Medizin. Kohlhammer-Verlag, Stuttgart (1997) (ISBN 978-3-1700-9602-8)
	\|}		\|}

	[[Kategorie:Deformation]]		[[Kategorie:Deformation]]
	[[Kategorie:Implantatprüfung]]		[[Kategorie:Implantatprüfung]]

Oluschinski am 12. August 2019 um 07:57 Uhr

2019-08-12T07:57:00Z

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	\|Grellmann, W.: Implantatprüfung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 668–670, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Implantatprüfung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 668–670, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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Reincke am 16. Februar 2018 um 13:39 Uhr

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	==Mechanische Eigenschaften von Knorpelgewebe==		==Mechanische Eigenschaften von Knorpelgewebe==

	Die mechanischen Eigenschaften von Knorpelgewebe im menschlichen Körper weisen je nach Art (hyaliner, elastischer oder Faserknorpel), Funktionalität (Kollagenfasern oder Knorpelgrundsubstanz) und Vorkommen (Rippen-, Nasenscheidewand-, Gelenkscheiben- oder Ohrknorpel) sehr unterschiedliche Eigenschaften auf [1, 2]. Als Ersatz für zerstörtes körpereigenes Gewebe im Bereich der Ohrmuschel, der Nase, der Trachea und Teilen des Gesichtsskelettes werden in der rekonstruktiven bzw. plastischen Chirurgie häufig ein künstliches Stützgerüst eingesetzt. Dieses Stützgerüst muss sich notwendigerweise an die anatomischen Anforderungen möglichst optimal anpassen lassen. Die eingesetzten Implantate sollen dabei eine hohe Formbeständigkeit, eine geringe Resorptionsquote und hohe Gewebeverträglichkeit bzw. Biokompatibilität aufweisen. Eine der wichtigsten Eigenschaften dieser Implantate muss die Fähigkeit zur Reliefbildung sein, um eine gute Adaption an die Haut oder das Gewebe zu gewährleisten [3]. In der chirurgischen Praxis wird bisher weitgehend autogener Knorpel (d. h. vom Patienten selbst) aus der Rippe, der Ohrmuschel oder der Nasenscheidewand verwendet. Auf Grund verschiedener Knorpelmorphologie, Anisotropien, der teilweise ausgeprägten viskoelastischen Eigenschaften und variabler Belastungszustände (Zug, Druck, Biegung) kann nach der Implantation allerdings eine unerwünschte Resorption oder Schrumpfung einsetzen. Der nachfolgende Implantataustausch stellt infolge möglicher Komplikationen beim Eingriff immer ein Risiko für den Patienten dar. Ursachen dieser Belastungs- und Materialinkompatibilitäten sind die Unkenntnis über den bei unterschiedlichen Knorpelarten vorherrschenden relevanten Beanspruchungszustand, fehlende strukturell-morphologisch begründete [[Werkstoffkennwert\|Kennwerte]] des Humanknorpels als auch verifizierbare [[Werkstoffkennwert]]e der Implantatmaterialien [4].		Die mechanischen Eigenschaften von Knorpelgewebe im menschlichen Körper weisen je nach Art (hyaliner, elastischer oder Faserknorpel), Funktionalität (Kollagenfasern oder Knorpelgrundsubstanz) und Vorkommen (Rippen-, Nasenscheidewand-, Gelenkscheiben- oder Ohrknorpel) sehr unterschiedliche Eigenschaften auf [1, 2]. Als Ersatz für zerstörtes körpereigenes Gewebe im Bereich der Ohrmuschel, der Nase, der Trachea und Teilen des Gesichtsskelettes werden in der rekonstruktiven bzw. plastischen Chirurgie häufig ein künstliches Stützgerüst eingesetzt. Dieses Stützgerüst muss sich notwendigerweise an die anatomischen Anforderungen möglichst optimal anpassen lassen. Die eingesetzten Implantate sollen dabei eine hohe Formbeständigkeit, eine geringe Resorptionsquote und hohe Gewebeverträglichkeit bzw. Biokompatibilität aufweisen. Eine der wichtigsten Eigenschaften dieser Implantate muss die Fähigkeit zur Reliefbildung sein, um eine gute Adaption an die Haut oder das Gewebe zu gewährleisten [3]. In der chirurgischen Praxis wird bisher weitgehend autogener Knorpel (d. h. vom Patienten selbst) aus der Rippe, der Ohrmuschel oder der Nasenscheidewand verwendet. Auf Grund verschiedener Knorpelmorphologie, Anisotropien, der teilweise ausgeprägten [[Viskoelastisches Werkstoffverhalten\|viskoelastischen Eigenschaften]] und variabler Belastungszustände ([[Zugversuch\|Zug]], [[Druckversuch\|Druck]], [[Biegebeanspruchung\|Biegung]]) kann nach der Implantation allerdings eine unerwünschte Resorption oder [[Schrumpfung]] einsetzen. Der nachfolgende Implantataustausch stellt infolge möglicher Komplikationen beim Eingriff immer ein Risiko für den Patienten dar. Ursachen dieser Belastungs- und Materialinkompatibilitäten sind die Unkenntnis über den bei unterschiedlichen Knorpelarten vorherrschenden relevanten Beanspruchungszustand, fehlende strukturell-morphologisch begründete [[Werkstoffkennwert\|Kennwerte]] des Humanknorpels als auch verifizierbare [[Werkstoffkennwert]]e der Implantatmaterialien [4].

	==Anforderungen an Ersatzmaterialien==		==Anforderungen an Ersatzmaterialien==
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	Unabhängig von der Knorpelart müssen die Eigenschaften des zu ersetzenden Gewebes als auch des Implantats demzufolge genauestens bekannt sein, um eine biomechanische Inkompatibilität grundsätzlich zu vermeiden. Für die Herstellung von Implantatwerkstoffen mit definierten Materialeigenschaften ist es deshalb zwingend notwendig, Kennwerte zum statischen und dynamischen Festigkeits- und Deformationsverhalten von natürlichem Gewebe zu ermitteln.		Unabhängig von der Knorpelart müssen die Eigenschaften des zu ersetzenden Gewebes als auch des Implantats demzufolge genauestens bekannt sein, um eine biomechanische Inkompatibilität grundsätzlich zu vermeiden. Für die Herstellung von Implantatwerkstoffen mit definierten Materialeigenschaften ist es deshalb zwingend notwendig, Kennwerte zum statischen und dynamischen Festigkeits- und Deformationsverhalten von natürlichem Gewebe zu ermitteln.

	In Abhängigkeit von der Art des Knorpels, des in vivo-Belastungsmodus und Größe als auch Geometrie ist zunächst eine Überprüfung der Anwendbarkeit konventioneller Methoden der [[Werkstoffprüfung]] (wie [[Zugversuch]] oder Mikrohärtemessung u. a.) hinsichtlich der Ermittlung eigenschaftsrelevanter [[Werkstoffkennwert\|Kennwerte]] an Knorpelgewebe erforderlich, um speziell angepasste Prüfeinrichtungen und Auswerteverfahren zu entwickeln, wobei auf diese Problematik hier nicht näher eingegangen werden soll.		In Abhängigkeit von der Art des Knorpels, des in vivo-Belastungsmodus und Größe als auch Geometrie ist zunächst eine Überprüfung der Anwendbarkeit konventioneller Methoden der [[Werkstoffprüfung]] (wie [[Zugversuch]] oder [[Härte\|Mikrohärtemessung]] u. a.) hinsichtlich der Ermittlung eigenschaftsrelevanter [[Werkstoffkennwert\|Kennwerte]] an Knorpelgewebe erforderlich, um speziell angepasste Prüfeinrichtungen und Auswerteverfahren zu entwickeln, wobei auf diese Problematik hier nicht näher eingegangen werden soll.

	==Schlagkraft-Deformations-Verhalten von humanem Knorpel==		==Schlagkraft-Deformations-Verhalten von humanem Knorpel==

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==Mechanische Eigenschaften von Knorpelgewebe==

Die mechanischen Eigenschaften von Knorpelgewebe im menschlichen Körper weisen je nach Art (hyaliner, elastischer oder Faserknorpel), Funktionalität (Kollagenfasern oder Knorpelgrundsubstanz) und Vorkommen (Rippen-, Nasenscheidewand-, Gelenkscheiben- oder Ohrknorpel) sehr unterschiedliche Eigenschaften auf [1, 2]. Als Ersatz für zerstörtes körpereigenes Gewebe im Bereich der Ohrmuschel, der Nase, der Trachea und Teilen des Gesichtsskelettes werden in der rekonstruktiven bzw. plastischen Chirurgie häufig ein künstliches Stützgerüst eingesetzt. Dieses Stützgerüst muss sich notwendigerweise an die anatomischen Anforderungen möglichst optimal anpassen lassen. Die eingesetzten Implantate sollen dabei eine hohe Formbeständigkeit, eine geringe Resorptionsquote und hohe Gewebeverträglichkeit bzw. Biokompatibilität aufweisen. Eine der wichtigsten Eigenschaften dieser Implantate muss die Fähigkeit zur Reliefbildung sein, um eine gute Adaption an die Haut oder das Gewebe zu gewährleisten [3]. In der chirurgischen Praxis wird bisher weitgehend autogener Knorpel (d. h. vom Patienten selbst) aus der Rippe, der Ohrmuschel oder der Nasenscheidewand verwendet. Auf Grund verschiedener Knorpelmorphologie, Anisotropien, der teilweise ausgeprägten viskoelastischen Eigenschaften und variabler Belastungszustände (Zug, Druck, Biegung) kann nach der Implantation allerdings eine unerwünschte Resorption oder Schrumpfung einsetzen. Der nachfolgende Implantataustausch stellt infolge möglicher Komplikationen beim Eingriff immer ein Risiko für den Patienten dar. Ursachen dieser Belastungs- und Materialinkompatibilitäten sind die Unkenntnis über den bei unterschiedlichen Knorpelarten vorherrschenden relevanten Beanspruchungszustand, fehlende strukturell-morphologisch begründete [[Werkstoffkennwert|Kennwerte]] des Humanknorpels als auch verifizierbare [[Werkstoffkennwert]]e der Implantatmaterialien [4].

==Anforderungen an Ersatzmaterialien==

Für die Implantation und Rekonstruktion steht autogener oder autologer Knorpel aber nur in begrenzten Mengen zur Verfügung. Bei der Verwendung von Knorpel aus Knorpeldatenbanken existiert jedoch das grundsätzliche Problem einer möglichen Infektion oder Abstoßungsreaktion. Ein Ausweg stellt hier das so genannte „Tissue Engineering“, d. h. das Züchten von autologem Knorpel aus körpereigenen Stammzellen, oder der Einsatz von Kunststoffimplantaten dar [5]. Kunststoffimplantate lassen sich relativ leicht an die gewünschte Form anpassen und die individuellen Eigenschaften sind gezielt einstellbar, wobei die Eigenschaften im Vergleich zum natürlichen Gewebe möglichst identisch sein sollen.

Unabhängig von der Knorpelart müssen die Eigenschaften des zu ersetzenden Gewebes als auch des Implantats demzufolge genauestens bekannt sein, um eine biomechanische Inkompatibilität grundsätzlich zu vermeiden. Für die Herstellung von Implantatwerkstoffen mit definierten Materialeigenschaften ist es deshalb zwingend notwendig, Kennwerte zum statischen und dynamischen Festigkeits- und Deformationsverhalten von natürlichem Gewebe zu ermitteln.

In Abhängigkeit von der Art des Knorpels, des in vivo-Belastungsmodus und Größe als auch Geometrie ist zunächst eine Überprüfung der Anwendbarkeit konventioneller Methoden der [[Werkstoffprüfung]] (wie [[Zugversuch]] oder Mikrohärtemessung u. a.) hinsichtlich der Ermittlung eigenschaftsrelevanter [[Werkstoffkennwert|Kennwerte]] an Knorpelgewebe erforderlich, um speziell angepasste Prüfeinrichtungen und Auswerteverfahren zu entwickeln, wobei auf diese Problematik hier nicht näher eingegangen werden soll.

==Schlagkraft-Deformations-Verhalten von humanem Knorpel==

Eine häufige [[Beanspruchung]]sart stellt speziell bei Rippenknorpel die [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe|Schlag]]- oder Stoßbeanspruchung dar. Da mit der konventionellen Schlagprüfung nur integrale [[Kennwert]]e der [[Zähigkeit]] erhalten werden, sollte zur Erforschung des Schlagkraft-Deformations-Verhaltens in diesem Fall immer der [[Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch|instrumentierte Schlagversuch]] verwendet werden. Unabhängig davon, dass bei diesen Prüfergebnissen sowohl Geschlecht und Alter einen signifikanten Einfluss ausüben, kann man deutliche Unterschiede in den Diagrammen feststellen.

Das '''Bild''' zeigt ein Beispiel zum Deformationsverhalten von humanem Knorpel zweier Probanten.

[[Datei:Bild_Human_Knorpel_bunt.JPG.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild''':
|width="600px" |Vergleich der Schlagkraft-Durchbiegungs-Diagramme eines 54-jährigen männlichen Probanten und einer 74-jährigen weiblichen Probantin
|-
|}

Es ist deutlich zu erkennen, dass das Schlagkraftniveau bei älterem Rippenknorpel wesentlich geringer ist und ein dominant elastisches Verhalten vorliegt. Im Gegensatz dazu wird bei dem jüngeren männlichen Patienten unter den gleichen experimentellen Randbedingungen ein elastisch-plastisches [[Deformation]]sverhalten registriert.

Obwohl hier zwei Einflussgrößen vorliegen und eine sichere Aussage zu den Ursachen der unterschiedlichen Diagramme und Schlagkraftniveaus derzeitig nicht möglich ist, erscheint dieser Versuch durchaus geeignet, um das Zähigkeitsverhalten von Humanknorpel, als Basis für die Auslegung von Implantaten in diesem Bereich, charakterisieren zu können.

Eine genaue Anpassung der Materialeigenschaften von [[Kunststoffe]]n an die natürlichen Gegebenheiten und die Simulation des Einsatzverhaltens der entwickelten Implantate kann neben verbesserter Funktionalität und Formstabilität zu einer geringeren Abstoßungsrate von Implantaten führen, wodurch sich auch die Anzahl wiederholter Eingriffe deutlich verringern wird.

'''Literaturhinweise'''
{|
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|[1]
|Grellmann, W.: Implantatprüfung. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 668–670, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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|[2]
|Holweg, K.: Ermittlung des Festigkeits- und Deformationsverhaltens von Humanknorpel zur Festlegung relevanter Eigenschaftskennwerte. Diplomarbeit, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Merseburg, Dezember 1998
|-valign="top"
|[3]
|Burkart, A., Imhoff, A. B.: Therapie des Knorpelschadens – Heute und Morgen. Arthroskopie 12 (1999) 279–288
|-valign="top"
|[4]
|Fritz, J., Aicher, W. K., Einhorn, H.-J.: Praxisleitfaden der Knorpelreparatur. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2003)
|-valign="top"
|[5]
|Griffith, L. G., Naughton, G.: Tissue Engineering-current Challenges and Expanding Opportunities. Science 295 (2002) 1009–1014
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|[6]
|Planck, H.: Kunststoffe und Elastomere in der Medizin. Kohlhammer-Verlag, Stuttgart (1997)
|}

[[Kategorie:Deformation]]
[[Kategorie:Implantatprüfung]]