Mechanostat

Formuliert von Harold Frost im Utah Paradigm of Skeletal Physiology 1960. Demnach wird Knochenwachstum und Knochenabbau durch die maximale Verformung des Knochens bestimmt welche in μStrain gemessen. Somit reagiert der Knochen auf die mechanischen Spitzenkräfte wie sie im täglichen Leben erzeugt werden. Dieser Vorgang findet ein Leben lang statt. Somit wird der Knochen ein leben lang auf seine mechanische Funktion hin angepaßt.

Frost spricht hierbei von vier Bereichen:

Disuse: Strain < ca. 800μStrain, Remodeling (Knochenumbau und Knochenreparatur) findet statt, Knochenmasse und Kncohenfestigkeit wird abgebaut
Adapted State: strain zwischen ca. 800μStrain und ca. 1500μStrain, Remodeling (Knochenumbau und Knochenreparatur) findet statt, Knochenmasse und Knochenfestigkeit bleibt unverändert
Overload: Strain > ca. 1500μStrain, Modeling (Knochenaufbau) findet statt, Knochenmasse und Knochenfestigkeit wird vergrößert
Fracture: Strain > ca. 15000μStrain, Bruchgrenze, der Knochen bricht.

Datei:Mehcanostat.jpg

Strain

Die Verformung der Knochen wird in μStrain gemessen wobei 1000μStrain = 0,1% Längenänderung entsprechen. Zu berücksichtigen ist hierbei, daß die Festigkeit des Knochens stark von der Geometrie und von der Richtung der Krafteinleitung abhängig ist. Die Tibia beispielsweise hat in axialer Richtung etwa eine Bruchgrenze vom 50- bis 60-fachen Körpergewicht. Senkrecht zu dieser Achse liegt die Bruchgrenze jedoch um den Faktor 10 oder mehr niedriger.

Unterschiedliche Knochen können durchaus unterschiedliche Modeling- und Remodeling-Schwellen aufweisen. Für die Tibia liegt die Modeling-Schwelle beispielsweise bei ca. 1500μStrain (= 0,15% Längenänderung), am Schädelknochen hingegen liegt die Schwelle etwa um den Faktor 6 bis 8 niedriger.

Literatur

[1] Frost H.M.: The Utah Paradigm of Skeletal Physiology Vol. 1, ISMNI, 1960

[2] Frost H.M.: The Utah Paradigm of Skeletal Physiology Vol. 2, ISMNI, 1960

[3] Frost H.M.: The Utah paradigm of skeletal physiology: an overview of its insights for bone, cartilage and collagenous tissue organs, J Bone Miner Metab. 2000; 18:305–316.

[4] Frost H.M., Schoenau E.: The muscle-bone unit in children and adolescents: a overview, 2000, J. Pediatr Endorcrinol Metab 13:571-590