Viskoelastizität

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 4. März 2017
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Die Viskoelastizität vereint die elastischen Eigenschaften von Stoffen und die viskosen Eigenschaften von Fluiden miteinander und liegt im menschlichen Körper neben dem Blut vor allem in den Weichgeweben vor. Im Blut steigert sich im Rahmen des Hyperviskositätssyndroms die Viskosität der Substanz. In den Weichgeweben kann es im Rahmen von neuromuskulären Erkrankungen zu Störungen der Viskoelastizität kommen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Viskoelastizität?

Material kann sich auf verschiedene Art und Weise verhalten. Ein mögliches Materialverhalten ist die Elastizität, die Stoffe nach Krafteinwirkung in ihre ursprüngliche Position zurückkehren lässt. Die Viskosität beschreibt die Zähflüssigkeit eines Fluids und entspricht damit einem Maß für die Fließfähigkeit einer Flüssigkeit. Die Viskoelastizität ist eine Mischung aus dem Materialverhalten der Elastizität und dem Fließfähigkeitsverhalten der Viskosität. Viskoelastische Stoffe zeigen dementsprechend sowohl viskoses, als auch elastisches Materialverhalten. Damit vereinen sie bestimmte Materialeigenschaften von Feststoffen mit Materialeigenschaften der Fluide.

Viskoelastische Effekte hängen von Faktoren wie der Temperatur, der Zeit und der Frequenz ab. In der Biophysik spielen viskoelastische Eigenschaften von Substanzen eine wichtige Rolle. Das Blut besitzt zum Beispiel Viskoelastizität. Selbiges gilt für Weichteilgewebe und andere Zellverbände. Das Blut gilt in diesem Zusammenhang zum Beispiel als nichtnewtonsche Flüssigkeit und trägt seine Viskosität (Blutviskosität) nicht als Stoffkonstante, sondern verändert sie mit den Schereinwirkungen. Newtonsche Fluide zeigen dagegen linear viskoses Fließverhalten und besitzen damit belastungsunabhängige Viskosität, während viskoelastische Fluide wie das Blut auf bestimmte Belastung mit Elastizität reagieren.

Funktion & Aufgabe

Weichteilgewebe sind weiche Gewebe, wie Fettgewebe, Muskelgewebe und Bindegewebe. Sie bestehen aus Kollagen, Anteilen von Elastin und der Grundsubstanz. Dieser Aufbau wird als extrazelluläre Matrix des Weichteilgewebes bezeichnet. Die Grundsubstanz besteht zu großen Anteilen aus Wasser, wobei Fibroblasten und Chondroblasten die Fasern und Grundsubstanz des Weichteilgewebes produzieren.

Zu den mechanischen Eigenschaften des Weichteilgewebes zählt die Viskoelastizität. Bei relativ geringer Beanspruchung in Form von geringer Dehnung sorgt das Elastin im Gewebe für Steifigkeit. Die Verzerrungsenergie wird im Elastin gespeichert. Die im Gewebe enthaltenen Kollagenfasern tragen im Ruhezustand wellige Form und sind relativ dehnbar. Je mehr sich das Gewebe verformt, desto mehr strecken sie sich in Richtung der Verformung. Nach der Ausspannung erhöhen die Fasern wiederum die Gewebesteifigkeit.

Das Stoffverhalten kommt einem Nylonstrumpf gleich. Das Elastin übernimmt die Rolle des Nylon-Gummibands und das Kollagen erfüllt die Funktion der Nylonfasern. Kollagen beschränkt insofern die Dehnung des Gewebes und schützt damit vor Verletzungen.

Die Viskoelastizität vereint die elastischen Eigenschaften von Stoffen und die viskosen Eigenschaften von Fluiden miteinander und liegt im menschlichen Körper neben dem Blut vor allem in den Weichgeweben vor.

Weichgewebe des Menschen können sich demnach stark verformen und kehren trotzdem wieder zur ursprünglichen Gestalt zurück.

Bezogen auf das Blut lässt sich ebenfalls physikalische Viskoelastizität beobachten. Das Blut ist chemisch gesehen eine Suspension aus dem Newton-Fluid Wasser und zellulären, also stofflichen Bestandteilen. Blut ist eine nichtnewtonsche Flüssigkeit und zeigt damit andere Fließeigenschaften als Wasser. Wegen der enthaltenen Erythrozyten ist die Viskoelastizität von Blut gegenüber Plasma erhöht. Die Viskosität steigt mit dem Hämatokritwert und der Strömungsgeschwindigkeit. Wegen der Verformbarkeit von roten Blutkörperchen ( Erythrozyten) gleicht das Fließverhalten von Blut bei steigender Fließgeschwindigkeit nicht dem einer Zellsuspension, sondern schlägt ins Fließverhalten einer Emulsion um.

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Krankheiten & Beschwerden

Neuromuskuläre Erkrankungen erhöhen die Viskoelastizität im Muskel- und Fasziengewebe. Diese Viskoeleastizitätserhöhung der Faszien übt Druck auf das myofasziale Gewebe aus. Die Erhöhung der Viskoelastizität im myofaszialen Gewebe selbst ist noch nicht abschließend erforscht, scheint jedoch mit Dysfunktionen oder fehlerhaften Regulationen durch den Sympathikus zusammenzuhängen.

Neuromuskuläre Erkrankungen bilden eine inhomogene Gruppe aus Krankheiten der Muskelzellen, der neuromuskulären Übertragung oder der peripheren Nerven. Zu den neuromuskulären Krankheiten zählen insbesondere Myopathien und Neuropathien. Myopathien sind nicht neurogene Krankheiten mit Strukturveränderungen oder funktionellen Einschränkungen der betroffenen Muskulatur, die in den meisten Fällen die quergestreifte Skelettmuskulatur betreffen. Die Muskeldystrophie ist ein Beispiel für eine Myopathie.

Neuropathien sind Erkrankungen peripherer Nerven ohne traumatischen Ursprung. Eine Neuropathie kann einzelne oder mehrere Nerven betreffen. Häufige Manifestationen sind Schmerzen oder Reizausfall im betroffenen Gebiet. In einer Spätfolge treten teils schlaffe Lähmungen der betroffenen Muskulatur auf. Myopathien sind durch Schwächungen oder Degenerationen des Muskelgewebes gekennzeichnet, die auf Zusammenhänge wie genetische Mutation oder mitochondriale Insuffizienz zurückgehen können.

Nicht nur in den Weichteilgeweben des Körpers kann es zu Störungen der Viskoelastizität kommen. Als Hyperviskositätssyndrom ist zum Beispiel ein Symptomkomplex des Bluts bekannt, der durch eine erhöhte Konzentration von Paraproteinen im Blutplasma verursacht wird. Wegen der erhöhten Viskosität reduziert sich das Fließvermögens des Bluts. Das Hyperviskositätssyndrom tritt insbesondere im Rahmen von malignen Erkrankungen auf, so zum Beispiel beim Multiplen Myelom oder bei Morbus Waldenström.

Auch gutartige Erkrankungen wie das Felty-Syndrom, der Lupus erythematodes oder die rheumatoide Arthritis können mit der Viskositätserhöhung verbunden sein. Die Patienten leiden meist an Müdigkeit, Schwächegefühlen und Atemnot.

Zu einer Anämie (Blutarmut) kommt es durch Schleimhaut- und Nasenbluten. Sie wird durch eine gestörte Thrombozytenfunktion begünstigt. Die Thrombozytenfunktionsstörung ergibt sich aus einer Behinderung der Gerinnungsrezeptoren. Die Thrombozyten sind von Paraproteinen überzogen und binden nicht mehr an die Rezeptoren, sondern interagieren mit der Fibrinbildung. Die daraus resultierende Symptomatik ähnelt der einer Mikroangiopathie. Die Thrombose- und Thromboembolie-Gefahr erhöht sich deutlich.

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