Biomechanical investigations on the meniscus under dynamic and shock loading conditions
Final Report Abstract
Die biomechanische Untersuchung der Menisken und der anterioren Meniskusverankerungsligamente unter dynamischen und stoßartigen Belastungen, wie sie alltäglich und in besonderem Maße im Sport auftreten, ist essentiell für das Verständnis der Funktionsweise dieser Strukturen und für die Entwicklung von Meniskusersatzimplantaten und operativen Strategien zur Refixierung von Menisken nach Trauma. Um entsprechende Untersuchungen durchführen zu können, wurde im Rahmen dieses DFG-Vorhabens ein neuartiger dynamischer Kniegelenksimulator entwickelt. Dieser ist in der Lage, sowohl schnelle Flexions- und Extensionsbewegungen als auch stoßartige Belastungen und Rotationsbelastungen bei gleichzeitig annähernd physiologischer Muskelkraftsimulation auf ein Kniegelenkpräparat aufzubringen. Dadurch konnten erstmalig Experimente am Kniegelenk unter dynamischen Belastungen und Beanspruchungen, wie sie beispielsweise bei einer Sprunglandung auftreten, durchgeführt werden. Im Rahmen dieser Studie konnte somit gezeigt werden, dass die Dehnungsamplituden und die Kraftamplituden besonders in den Verankerungsligamenten mit zunehmender Dynamik, d.h. bei Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit und hohen Muskelkräften (z.B. Sprunglandung) stark ansteigen. Dies konnte erstmalig nachgewiesen werden, da bisher meist nur mit quasi-statischen Belastungen und langsamen Beuge- und Streckbewegungen gearbeitet wurde. Zusätzlich konnte, wie zwar bereits andere Studien gezeigt haben, bestätigt werden, dass die Kontaktübertragung nach Entfernung des medialen Meniskus deutlich gestört ist und der Kontaktdruck ansteigt, das besondere Ausmaß dieses Anstieges bedingt durch die Dynamik war jedoch bislang unbekannt. Diese Tatsache zeigt deutlich, dass die Entwicklung eines geeigneten Meniskusersatzmaterials bzw. eines Meniskusimplantates von großer Bedeutung ist, um frühzeitigen Gelenkverschleiß zu verhindern und um die Notwendigkeit eines künstlichen Gelenkersatzes zu verzögern. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass eine adäquate Verankerung eines Meniskusersatzes bzw. einer Fixierung z.B. nach Hornabrissen aufgrund der hohen Belastungen in den Verankerungsligamenten unter dynamischen Bewegungen essentiell ist, um die Funktion des Implantates zu gewährleisten und eine Extrusion effektiv zu verhindern.
Publications
- Statische Validierung eines neuartigen Kniegelenksimulators zur Übertragung physiologischer Muskel- und Kniegelenkkräfte auf ein Kniemodell. 10. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik (DGfB), Hannover, 2017
Schall, F., Hacker, S., van Drongelen, S., Wolf, S., Ignatius, A., Dürselen, L.
- Dynamic movements considerably increase strains and forces in the meniscus and its attachments. Orthopaedic Research Society (ORS) Annual Meeting, Austin, 2019
Schall, F., Hacker, S., van Drongelen, S., Seitz, A., Ignatius, A., Dürselen, L.
- Dynamische Bewegungen erhöhen die Belastungen und Kräfte im Meniskus und seinen anterioren meniskotibialen Verankerungsligamenten. 11. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik (DGfB), Berlin, April 2019
Schall, F., Hacker, S., van Drongelen, S., Seitz, A., Ignatius, A., Dürselen, L.
(See online at https://doi.org/10.18725/OPARU-15719)
