Entwicklung eines Marknagels für den Humerus

Im Gegensatz zur Endoprothetik soll das Implantat bei der Osteosynthese keine Dauerlasten übernehmen wie etwa ein Hüftprothesenkopf, sondern nur die Fraktur während der Heilungszeit (max. 6 Monate) von innen stabil schienen. Dabei sinkt die Belastung des Marknagels mit der Heilung der Fraktur sehr schnell ab und wird zunehmend wieder vom Knochen übernommen (Kapitel 3.4.). Daraus ergibt sich die Anforderung für das Material, eine höhere Festigkeit als Knochen aufzuweisen. Eine möglichst genaue Übereinstimmung der Eigenschaften von Implantatmaterial und Knochen ist primär nicht notwendig, sollte allerdings nicht vollkommen unberücksichtigt bleiben, da eine zunehmende Bereitschaft der Chirurgen zu verzeichnen ist, auch Marknägel im Körper zu belassen, um gerade bei älteren Menschen einen Zweiteingriff zu vermeiden. Hierbei kann es durch stress-shielding zum Massenabbau des Knochens kommen, wenn er längere Zeit nicht belastet wird. [...]

Erklärung: Da es sich bei dem verwendeten Berechnungsmodell um ein 2-dimensionales Modell handelt, konnte keinerlei Aussage über die Torsionsbelastungen getroffen werden. Es ist anzunehmen, daß Belastungen aufgrund von Rotationsbewegungen eine erhebliche Gefährdung der Stabilität darstellen. Deswegen wird bei der Entwicklung eines Implantates eine Hauptforderung die Gewährleistung einer rotationsstabilen Verriegelung sein. Um diese Einflüsse so gering wie möglich zu halten, wird den Patienten nach einer Humerus-Operation die Außenrotation des Unterarmes generell verboten (UniKlinik Regensburg). Desweiteren können nur Aussagen über statische-, aber nicht über dynamische Lastfälle gemacht werden. Wollte man jedoch die statische Belastung einer Handlast von 1kg durch eine dynamische Belastung erzeugen, so müßte man die leere Hand mit nahezu Erdbeschleunigung nach oben reißen. Mit wachsenden Handlasten wird somit die Bedeutung der dynamische Belastung vernachlässigbar klein. In dem verwendeten Berechnungsmodell wurde der Streckermuskel M. triceps brachii als Antagonist vernachlässigt, da er bei den häufigsten auftretenden Belastungen des Humerus (Heben, Tragen, Ziehen) keine primären Lasten übernimmt. Trotzdem kontrahiert er bei der Beugung mit, um die Zugbelastungen und das Biegemoment auf den Humerus durch Gegenzug abzuschwächen. Bei der Belastung eines Rohrquerschnittes durch eine exzentrische Kraft treten auf der kraftabgewandten Seite Zugspannungen auf (Abb. 27) [24]. Durch die gleichzeitige Kontraktion des Antagonisten wird auf dieser Seite eine entgegengesetzt wirkende Kraft eingeleitet. Die im Rohrquerschnitt [...]

Die größten Belastungen ergeben sich aus den ermittelten Ergebnisgleichungen für die Unterarmstellung von 90°, die Richtung der berechneten Biegemomente ist entgegen dem Uhrzeigersinn definiert. Die Betrachtung des Halten/Heben einer Handlast ist für die am häufigsten auftretenden Belastungen des Humerus (Heben, Tragen, Ziehen) charakteristisch [1]. Um eine realistische Alltagssituation zu betrachten, wird als Lastfall das Heben eines Kasten Bier mit einer Masse von ca. 19,5kg (Handelskette COOP, Schweiz) gewählt, was einer Handlast von 9,75kg pro Arm entspricht. Mit dieser Handlast im größten Belastungsfall der 90° Stellung ergibt sich eine: max. Längskraft (Zug) von max. Längskraft (Druck) von max. Querkraft von und ein max. Biegemoment von 128N 592N 106N 36Nm (Kraft- und Momentenverläufe Seite 22) [...]