Beitrag zur funktionellen Anpassung der Corticalis der Röhrenknochen. Untersuchung an drei rachitisch deformierten Femora

Summary

Three femora, weakened by rickets and deformed under the normal load, have been studied under biomechanical viewpoints. Each one was deformed in a different direction, but in all three there was observed an elliptical contour of the cross-section at the summit of the curvature. In each cross-section the direction of greatest resistance against flexion was determined by calculating the axis of the greatest moment of inertia. This investigation revealed in each femur a different degree of adaptation to the presumed flexion stresses.

In a model (wall of a tube with elliptical cross-section) the distribution of stresses was determined for oblique flexion, and the distribution of material was theoretically remodeled in relation to the local stress values. The result of this remodeling was a model cross-section, very similar to that of the best adapted femur. From this it was derived, that the distribution of material in the femur cross-sections is reached by bone formation and resorption, depending on the higher and lower local stresses.

Finally it was observed, that the directions of the main flexion planes of the three deformed femora cross nearly at the same point, not far from the projection of the resultant of forces stressing the normal femur. This is regarded as an indication that the functional adaptation of the cross-section form is caused also in the deformed femora by a resultant force similar to that of the normal one.

Zusammenfassung

Die funktionelle Anpassung der Röhrenknochendiaphyse durch eine der Spannungsverteilung entsprechende Materialverteilung über den Querschnitt wird am Beispiel dreier rachitisch deformierter Femora demonstriert.

Die drei Femora sind während der rachitischen Erweichung unter der Belastung jeweils in verschiedener Richtung verbogen und nach Ausheilen der Erkrankung in dieser Gestalt verfestigt worden.

Von jedem Femur wurde ein Querschnitt in Höhe des Krümmungsscheitels untersucht. Unter Zugrundelegen einer Beanspruchung durch schiefe Biegung wurde durch Bestimmung der größten Widerstandsmomente für jedes Präparat die Richtung der größten Biegefestigkeit ermittelt. Es zeigte sich, daß die Femora in der Reihenfolge der Präparatenummern 2, 1 und 3 verschieden gut an die thereotisch bestimmte Biegebeanspruchung angepaßt sind.

In einer theoretischen Untersuchung wurde die Spannungsverteilung in der Wandung eines Diaphysenrohres mit elliptischem Querschnitt für Beanspruchung durch schiefe Biegung berechnet. Entsprechend der lokalen Spannungsgröße wurde am Rohrquerschnitt Material weggenommen, bzw. zugefügt. Am Ende dieses Umbaus stand eine Querschnittsform, die der Gestalt des Femur 3 äußerst ähnlich war. Daraus wurde geschlossen, daß die beobachtete Verteilung des Knochenmaterials in den Querschnitten der rachitisch deformierten Femora durch Knochenan- und-abbau entsprechend der ungleichmäßigen Spannungsverteilung zustande gekommen war.

Die Tatsache, daß sich die Richtungen der theoretisch ermittelten Hauptbiegungsebenen aller drei untersuchten Querschnitte nahezu im selben Punkt schneiden, und daß ferner dieser Schnittpunkt in Nähe des Durchstoßpunktes der am normalen Femur bestimmten Kräfteresultierenden durch die Schnittebene liegt, wurde als Hinweis darauf angesehen, daß die Anpassung der Materialverteilung über den Querschnitt an eine Biegebeanspruchung durch die Resultierende aller am Femur angreifenden Kräfte erfolgte.