Einflüsse individueller Muskelkräfte auf dehnungsinduzierten femoralen Knochenumbau Die folgende Arbeit untersucht mittels Simulationen postulierte Einflussgrößen auf dehnungsinduzierte Knochenumbauprozesse an den unteren Extremitäten. Dabei liegt der Schwerpunkt in der Betrachtung von Optimierungsalgorithmen zur inversen Berechnung von Muskel und Gelenkkräfte. Die Motivation hierfür ist dass bisher publizierte Berechnungsergebnisse von femoralen Beanspruchungen auf Basis invers dynamisch bestimmter Muskelkräfte zum Teil ungewöhnlich hohe Biegespannungen im diaphysären Femur aufweisen. Als Grund hierfür wird mit Bezug auf die Hypothesen des Wolffschen Transformationsgesetzes der Entwicklungsmechanik der Organismen von Roux und der Mechanostat Theorie von Frost eine nicht adäquate Berücksichtigung mechanobiologischer Zusammenhänge zwischen Knochen und Muskelmasse postuliert. Unter Nutzung neuer Erkenntnisse aus klinischen Studien erfolgt die Prüfung folgender Hypothese: Muskelkräfte an den unteren Extremitäten wirken derart dass Biegebeanspruchungen im diaphysären Bereich der Femora minimiert werden und vorrangig Druckkräfte entstehen . Die mathematische Abbildung der Hypothese erfolgt durch eine Erweiterung etablierter Optimierungsalgorithmen. Das Modell von Knochen und Muskeln der unteren Extremitäten sowie die Finite Elemente Modelle (FEM) basieren auf Magnetresonanztomographische Daten eines gesunden männlichen Probanden. In einem Ganglabor erhobene Positionsdaten und Bodenreaktionskräfte liefern Randbedingungen. Für drei charakteristische Zeitpunkte eines Gangzyklus wird gezeigt dass die berechneten Muskelkräfte die postulierte Hypothese stützen und positive Assoziationen mit elektromyographischen Messdaten bestehen. Die resultierenden Hüftgelenkkräfte betragen das 1 2 bis 3 2 fache des Körpergewichts und sind damit quantitativ vergleichbar mit publizierten Messwerten instrumentierter Hüftprothesen. Die finale Untersuchung möglicher ossärer Transformationen am Berechnungsmodell des gesunden Femur und am Modell mit Hüftimplantat erfolgt mit Referenz zur dritten Hauptdehnung. Ergebnisse der FE Berechnungen zeigen im Gegensatz zu den bisherigen Optimierungsstrategien dass zu Beginn der mittleren Standphase und am Ende der terminalen Standphase überwiegend weder Knochenauf noch abbau stattfindet. Die Simulation des FE Modells Femur mit Hüftprothese erlaubt Rückschlüsse auf das bekannte Phänomen des Stress Shielding .