Gewebeverformungen

Gewebeverformungen bezeichnen die Veränderung der Form, Größe oder Anordnung biologischer Gewebe infolge mechanischer Belastung. Sie umfassen elastische Reaktionen, die reversibel sind, plastische Verformungen, die dauerhaft bleiben, sowie zeitabhängige viskoelastische Effekte. Je nach Gewebe, Lastart und Zeitskala können Deformationen sofort auftreten oder sich über Stunden bis Tage entwickeln.

Mechanismen: Elastische Anteile kehren nach Entlastung in der Regel zurück; plastische Anteile bleiben als bleibende Veränderung. Viscoelastische Gewebe zeigen zeitabhängige Verzerrungen; poroelastische Gewebe berücksichtigen zudem Fluss von Gewebeflüssigkeit. Die Orientierung von Kollagenfasern erzeugt Richtungsabhängigkeiten (Anisotropie). Zellen reagieren mechanisch über Mechanotransduktion; Alterung, Feuchtigkeit und Belastungsgeschwindigkeit modifizieren das Verhalten.

Messung und Modellierung: Experimentell werden Zug-/Drucktests, Indentation sowie bildgebende Elastographie eingesetzt. Modelle reichen von linearer Elastizität (kleine Dehnungen) bis zu hyperelastischen Beschreibungen (Neo-Hookean, Mooney-Rivlin) und viskoelastischen Ansätzen (Maxwell, Kelvin-Voigt, Standard Linear Solid); poroelastische Modelle berücksichtigen Fluidfluss. Für Praxisanwendungen kommen anisotrope Modelle mit Faserorientierung und Finite-Elemente-Analysen zum Einsatz.

Anwendungen und Bedeutung: Verformungen sind zentral in Biomechanik, Gewebekonstruktion, Implantatplanung und Rehabilitation. Elastographie dient Diagnostik und Tumor-/Fibrose-Bestimmung. Pathologien wie Fibrose erhöhen die Steifigkeit; Ödeme verändern das Deformationsverhalten. Alterung reduziert oft die Elastizität; Remodeling kann Eigenschaften im Verlauf verändern.