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Von der Mechanik über die Biomechanik zur Mechanotransduktion in Geweben

Meist wird vergessen, dass die wesentlichen Grundlagen für unsere heutige Biomechanik bereits in der Antike durch den Griechischen Philosophen Aristoteles (384 bis 322 v. Chr.) geschaffen wurden. Er machte präzise geometrische Ganganalysen. hieraus entwickelte sich die spätere Kinesiologie. Erst in der Renaissance (ca. 1450 bis 1600 n. Ch. ) erfahren die alten griechischen Wissenschaften eine Wiederbelebung durch Leonardo da Vinci , Galileo Galilei , Andrea Vesalius und andere. Viele dieser Forschungen führten zu späteren wissenschaftlichen Disziplinen wie Anatomie und Physiologie. Wegweisende anatomische Erkenntnisse zur Funktion Bewegungsapparat des Menschen schafften u. a. die Untersuchungen von Giovanni Alfonso Borelli (1608-1679, Schüler Galileos). Muskelaktionen und Bewegung wurden von ihm als Einheit betrachtet. Borelli kann wegen dieser frühen Erkenntnisse als Vater der modernen Biomechanik angesehen werden.

Erst im 19. Jahrhundert führte die Entwicklung des Sports zu einer Erneuerung des wissenschaftlichen Interesse an Bewegungsanalysen. Die Forschungszweige Kinematik (Analyse der Bewegung durch Serienfotos) und Kinetik (Analyse der Einwirkung von Kräften auf die Bewegung) sollten letztendlich der Optimierung und Leistungssteigerung von Sportarten dienen. Parallel hierzu entwickelt sich gegen Ende des 19. Jahrhundert die moderne Biomechanik. Epochemachend war das Gesetz der Transformation der Knochen (Julius Wolff, 1892) durch mechanische Beanspruchung. Es besagte, dass die äußere Form und innere Struktur des Knochens durch unseren Organismus ständig durch Um- und Abbauprozesse an die statt gehabten mechanischen Beanspruchungen paßt werden, um genügend Widerstand gegen einwirkende äußere und innere Kräfte leisten zu können.

Pauwels (18815 – 1980) führte die Erkenntnisse der damaligen führenden Wissenschaftler (von W. Braune und O. Fischer, J. Wolff, W. Roux, H. von Meyer und K. Culmann u. vielen andere) zu einer Theorie der funktionellen Anpassung des Knochengewebes an mechanische
Beanspruchungen zusammen! Für die Biomechanik des 20. und 21. Jahrhundert war damit die bis dahin fehlende Brücke zwischen biologisch-medizinisch und ingenieurwissenschaftlich ausgerichteter Forschungn geschlagen worden. Dennoch blieben sehr viele offene Fragen: wie wirken äußere mechanische Kräfte auf zelluläre Strukturen, welche von ihnen sind mechanosensitiv und wie werden diese Kräfte auf das Zytoskelett übergeleitet etc. Der mehr zellbiologisch ausgerichtete Forschungszweig der Biomechanik des 21. Jahrhundert beschäftigt sich mit der Mechanotransduktion, der Dedektierung der auf die Zellmembran wirkenden Kraft durch Mechanorezeption, dessen Umwandlung in ein biochemisches Signal durch Signaltransduktion sowie der zellulären Antwort auf diese Stimuli durch Gen- bzw. Proteinexpression im Zellkern. Zusammengefaßt handelt es sich bei der Mechanotransduktion um einen relativ jungen Wissenschaftszweig, der als notwendige Weiterentwicklung der mehr technisch ausgerichteten Biomechanik des 20. und 21. Jahrhunderts angesehen werden sollte.