Femurkopfnekrose hängt mit Spannungskonzentration zusammen

Verschiedene Gründe, wie beispielsweise mechanische, medikamentöse, embolische und spezifische Faktoren, können zu Veränderungen der mechanischen Eigenschaften der mikroskopischen Bereiche innerhalb oder um den Femurkopf führen. Aus Sicht des Denaturierungsbereichs ist es mikroskopisch und tritt an einer oder mehreren Stellen gleichzeitig oder kontinuierlich auf. Aus Sicht der mechanischen Eigenschaften kann in diesem mikroskopischen Bereich die Festigkeit geschwächt und die Steifigkeit verringert sein. entweder kann die Festigkeit erhöht werden und gleichzeitig kann die Steifheit zunehmen, oder obwohl die Steifheit zunimmt, wird die Festigkeit geschwächt, das heißt, die Sprödigkeit nimmt zu. Unter normalen Umständen kann sich das Knochengewebe, sofern die schädigenden äußeren Faktoren nur vorübergehend oder von kurzer Dauer sind, nach Beseitigung der Einflussfaktoren aufgrund seiner starken Regenerationsfähigkeit selbst reparieren, sodass das Knochengewebe sowohl makroskopisch als auch mikroskopisch seine normale Struktur wiedererlangen kann. Wenn jedoch die äußeren Faktoren, die mikroskopische Schäden verursachen, nicht innerhalb kurzer Zeit beseitigt werden können und ihr Einfluss über einen langen Zeitraum bestehen bleibt, können die mechanischen Eigenschaften in dem winzigen Bereich nicht auf eine gute Weise verändert werden und es kann zu einer Femurkopfnekrose kommen.

Wir wissen, dass die auf den Femurkopf wirkenden Kräfte komplexer sind als auf andere Knochengewebe. Es ist wie ein Kragträger mit verschiedenen geometrischen Formen und mechanischen Eigenschaften. Neben Druck- und Biegeverformungen ist es auch erheblichen Scherkräften ausgesetzt. Bei einer Analyse nur aus der einbeinigen Standhaltung entspricht die auf den Femurkopf wirkende Kraft etwa dem 2,5-fachen des Körpergewichts (die Wirkungslinie der resultierenden Kraft bildet mit der Horizontalen einen Winkel von 78°). Dies bedeutet, dass bei einer 70 kg schweren Person, die still auf einem Bein steht, eine Kraft von 175 kg auf den Femurkopf einwirkt. Wenn sich die mechanischen Eigenschaften eines bestimmten mikroskopischen Bereichs oder einiger mikroskopischer Bereiche ändern, kommt es unter der Einwirkung der Last zu einer Spannungskonzentration, unabhängig davon, ob die Änderung die mechanischen Eigenschaften verbessert oder schwächt. Die Kraft, die auf den winzigen Bereich ausgeübt wird, in dem die Spannungskonzentration auftritt, ist um ein Vielfaches größer als unter normalen Umständen. Diese Kraft kann die Tragfähigkeit des Knochengewebes bei weitem übersteigen und den Anpassungsbereich der Knochenfunktion überschreiten. In diesem Fall weiten sich die mikroskopischen Schäden aus und die entsprechenden mechanischen Eigenschaften verändern sich. Im Laufe der Zeit kommt es zu Veränderungen der makroskopischen mechanischen Eigenschaften.

Gleichzeitig wird das Gefäßbett zerstört und die Blutzirkulation behindert, wodurch der Reparatur und dem Wiederaufbau des geschädigten Knochengewebes die materielle Grundlage entzogen wird. Wenn die Läsionsfläche 10 % erreicht, handelt es sich gemäß der medizinischen Bildklassifizierung um eine frühe Femurkopfnekrose. Aus biomechanischer Sicht bei Knochenverletzungen kann es für mikroskopische Schäden am Femurkopf zwar mehrere Ursachen geben, die Entwicklung zu makroskopischen Schäden, nämlich Nekrosen, ist jedoch nicht unabhängig von der Spannungskonzentration.