Einführung: Biomechanik von Sportverletzungen
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- Johann Färber
- vor 7 Jahren
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1 Einführung: Biomechanik von Sportverletzungen Teil 2 PD Dr. Kai-Uwe Schmitt AGU Zürich Arbeitsgruppe für Unfallmechanik Anatomie
2 Knochen [Nigg & Herzog, 1999] Knochen mechanische Eigenschaften 3-Punkt-Biegeversuch (Kompakta): Elastischer Bereich Plastisch Bereich Versagen (Bruch) [Whiting, Zernicke]
3 Knochen mechanische Eigenschaften Kraft (Spannungs-)- Dehnungs-Diagramme [Yamada 1970] Knochen mechanische Eigenschaften Viskoelastizität: Kriechen, Ermüdung, Hysterese Eigenschaften sind abhängig von der Deformationsgeschwindigkeit Höherer E-Modul bei höhere Deformationsrate (Knochen wirkt härter bzw. stärker )
4 Knochen mechanische Eigenschaften Anisotropie: E-Modul der Kompakta ist richtungsabhängig: - In longitudinaler Richtung: 17, N/m 2 - In transversaler Richtung: 11, N/m 2 Max. Zug-/Druckspannungen sind richtungsabhängig: - Zug longitudinal/transversal: N/m 2 / N/m 2 - Druck longitudinal/transversal: N/m 2 / N/m 2 [Brinkmann et al. 2002] Knochen mechanische Eigenschaften Änderung/Unterschiede der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von: Alter Geschlecht Trainingszustand
5 Knochen - Frakturen Knochen - Frakturen Frakturen: direkte/indirekte Krafteinleitung Ermüdungsfrakturen Prinzipiell mögliche Ursachen: Festigkeit des Knochens reduziert Belastungsgrenze wurde überschritten
6 Knochen - Frakturen Einflussfaktoren: Amplitude: mehr Energie >> komplexere Frakturen Deformationsgeschwindigkeit/Einwirkdauer: - Viskoelastisches (zeitabhängiges) Materialverhalten >> zusätzliche (sekundäre) Risse >> Knochen kann explodieren Bereiche mit Spannungskonzentrationen Frakturen [Levine 2002]
7 Frakturen [Levine 2002] Frakturen
8 Ermüdungsfrakturen Veränderung der Knochenstruktur durch Überbelastung Mikrotrauma: Ermüdung >> mikroskopische Risse (microcracks) Normalerweise Resorption des Materials um die Mikrofraktur und Aufbau neuen Knochens >> bei ständiger, hoher Belastung: Ungleichgewicht, höheres Frakturrisiko Ermüdungsfrakturen Vorkommen: V.a. Tibia (Langstreckenlauf), Fuss (Tanz), Fibula Risikofaktoren: Frühere Ermüdungsfraktur Muskelermüdung Beinlängen-Unterschied (>0,5 cm) bei Frauen: geringere Knochendichte
9 Verletzungen Hüfte - Ermüdungsfraktur Einfluss M. gluteus medius A: Muskel entspannt B: Muskel kontrahiert [Egol et al.1998] Knieverletzungen Bänder/Sehnen Aufgabe der Sehnen/Bänder? Welche mech. Eigenschaften nötig?
10 Bänder/Sehnen mechanische Eigenschaften Viskoelastizität (Relaxation/Kriechen) Abhängig von Querschnittsfläche und Struktur (- fehlern) Nicht-lineare Kraft-Deformations-Kurve Bänder/Sehnen mechanische Eigenschaften
11 Bänder/Sehnen Verletzungen Ruptur Ermüdungsverletzung Zyklische Belastung >> Mikrotrauma (an Kollagenfasern) Verlust der normalen Kollagenarchitektur, Ersatz durch amorphe Struktur >> geänderte mech. Eigenschaften, weniger belastbar Knieverletzungen - ACL Vorderes Kreuzband (ACL) Zweitkräftigste Band im Knie (bis ca. 2,2 kn) Verhindert Vorwärtsbewegung der Tibia relativ zum Femur (isolierte) ACL-Ruptur: - Innenrotation und Hyperextension oder Aussenrotation und Valgus Ruptur auch in Kombination mit anderen Bandverletzungen z.b. bei seitlichen Anprall
![Bandrupturen am Knie) [Peterson 2002] Knieverletzungen - PCL](/docs-images/60/44601672/images/12-1.png "Verletzungsmechanismen: Tibia wird relativ zum Femur nach hinten geschoben")
12 Knieverletzungen - PCL Hinteres Kreuzband (PCL) PCL kräftiger als ACL bei 30 -Flexion am lockersten Verletzungen nicht so häufig (nur 5-10% aller Bandrupturen am Knie) [Peterson 2002] Knieverletzungen - PCL Verletzungsmechanismen: Tibia wird relativ zum Femur nach hinten geschoben [Peterson 2002]
13 Knieverletzungen - PCL Verletzungsmechanismen: Sturz auf gebeugtes Knie plötzliche Hyperextension (Überstreckung) [Whiting/Zernicke 1998,Peterson 2002] Knieverletzungen
14 Knieverletzungen - ACL Auswertung der FIS World Cup Rennen slip catch mechanism landing back-weighted dynamic snowplow [T. Bere et al. 2013] Knieverletzungen - ACL Untersuchung mittels Computersimulationen Validierung mittels Video und medizinischen Daten
15 Knieverletzungen - Computersimulationen Detailanalyse einzelner anatomischer Strukturen Spannungen/Dehnungen Parameterstudien Positionen, Geschwindigkeiten,... Untersuchung verschiedene Therapieansätze Z.B. verschiedene Grafts, Einfluss Muskelaufbau Implikation für Rehabilitation Knieverletzungen Frauen erleiden häufiger ACL-Verletzungen als Männer 3 8 mal häufiger [Elliot et al. 2010, Sutton & Bullock 2013] z.b. Basketball, Volleyball, Fussball Warum?
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Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes HANDOUT Vorlesung: Keramik-Grundlagen Gefüge und Mechanische Eigenschaften keramischer Werkstoffe Leitsatz: 17.12.2015 "Die begrenzte