Summary
It is well known that bone adapts to increased mechanical loading by the apposition
of newly formed bone. The correlation between load-induced bone stress and strain
with bone formation has often been investigated in cortical bone, however, little
is known about this relationship in trabecular bone. In particular, nothing is known
about trabecular bone adaptation in response to very high mechanical loading close
to its fatigue load. Here, we investigated trabecular bone formation in a sheep osteotomy
model of the femoral condyle in a region of interest close to the osteotomy, where
local stresses in the range of the fatigue strength of trabecular bone occurred. After
eight weeks, the trabecular bone volume and the mineral apposition rate increased
two-fold and threefold, respectively, at this highly loaded location, compared to
the corresponding region of interest in intact femoral condyles under physiological
loading. This study demonstrated, for the first time, the remarkable capability of
trabecular bone to adapt to stress and strain close to its failure load.
Zusammenfassung
Es ist seit Langem bekannt, dass sich Knochen an erhöhte mechanische Belastung durch
Knochenapposition anpassen kann. Die Korrelation zwischen erhöhten Spannungen und
Dehnungen im Knochen und der Knochenformation wurde häufig in kortikalen Knochen,
aber sehr selten in trabekulären Knochen untersucht. Speziell für sehr hohe mechanische
Belastungen nahe der Bruchbelastung des Knochens gibt es keine Studien. In dieser
Studie untersuchten wir die Knochenneubildung im spongiösen Knochen in der Nachbarschaft
zu einer partiellen Osteotomie im Schafskondylus, wo es lokal zu sehr großen Spannungen
kam, die nahe der Bruchspannung des Knochens lagen. Nach acht Wochen war das Knochenvolumen
an dieser hochbelasteten Stelle um das ca. Zweifache und die Knochenneubildungsrate
um das ca. Dreifache im Vergleich zum normalen spongiösen Knochen der nicht operierten,
physiologisch belasteten kontralateralen Kondyle erhöht. Diese Studie zeigt zum ersten
Mal die erstaunlich hohe Anpassungsfähigkeit des spongiösen Knochens unter extrem
hohen Spannungen und Dehnungen nahe der Bruchbeanspruchung des Knochens.
Keywords
Bone adaptation - mechano-biology - bone formation - strain
Schlüsselwörter
Knochenadaptation - Mechanobiologie - Knochenformation - Dehnung
