a csontok biomechanikÁja
DESCRIPTION
A CSONTOK BIOMECHANIKÁJA. A CSONTOK SZERKEZETE. A csontok felépítésének alapja: lehető legkisebb tömeg mellett lehető legnagyobb teherbírás. Osztályozás alak szerint csöves (végtagok) lapos (mellcsont, koponya) szabálytalan (csigolyák). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
A CSONTOK BIOMECHANIKÁJA
A CSONTOK SZERKEZETE
A csontok felépítésének alapja:
lehető legkisebb tömeg mellett lehető legnagyobb teherbírás
Osztályozás alak szerintcsöves (végtagok)lapos (mellcsont, koponya)szabálytalan (csigolyák)
A csontmátrix szerves, szervetlen anyagokat és folyadékot tartalmaz
Szerves – 39%, 95 % kollagén, 5% proteoglykan
Szervetlen – 49%, ásványi anyag (kálcium hydroxiapetite kristályok)
Folyadék – 12%
A csont fejlődése
Hyaline cartilage - covers the ends of the bones, stops them rubbing together and absorbs shock.Epiphysis - the ‘head’ of the bone.Cancellous bone - spongy bone that stores the red bone marrow; where blood cells are made.Epiphyseal plate – the area where bones grow in length.Diaphysis - the shaft. Compact bone – hard, dense bone. It gives strength to the hollow part of the bone. Periosteum – a protective layer where there is no hyaline cartilage. Ligaments and tendons attach to the periosteum.Medullary cavity/marrow cavity - contains the yellow bone marrow; where white blood cells are made.
Tömör csontállománySzivacsos csontállományVelőüregÍzületi felszín
Central Harvesian canal
Ásványi anyag tartalom – keménység
Kollagén – erő
A csont mechanikai tulajdonságai a kollagén és ásványi anyag tartalom közötti egyensúlyt fejezik ki.
A csont ásványi anyag tartalom jelentősége:
• a testnek merev támaszt ad,
• a test ásványi anyag tartalmának homeosztázisát tartja fenn
A CSONTOK TÍPUSAI
Porozitás: 5-30 %Porozitás: 5-30 % Porozitás: 30-90 %Porozitás: 30-90 %
Tömör Szivacsos
Formái: lemezes sodronyszerű
KeményKemény RugalmasRugalmas
StressStress DeformációDeformáció
2%2% 75%75%
A csontokra ható erők
• Húzó
• Nyomó
• Hajlító
• Nyíró
• Csavaró
terheletlen
nyújtó (húzó)
nyomó
A csontokra ható erők
nyírótorziós/csavaró
hajlító
HúzóerőA húzóerő
két azonos nagyságú,
egy vonalon ható,
de ellentétes irányú erő,
amely a test részecskéi, illetve a test végei közötti távolságot
növeli
A húzóerő párhuzamos a test hosszúsági tengelyével és
merőleges a test transzverzális síkjára
Kétszer akkora terület
Kétszer akkora erő/ellenállás
F 8 A
NyomóerőA nyomóerő
két azonos nagyságú,
egy vonalon ható,
egymás felé mutató erő,
amely a test részecskéi, illetve a test végei közötti távolságot
csökkenti
A nyomóerő párhuzamos a test hosszúsági tengelyével és
merőleges a test transzverzális síkjára
A nyíróerő párhuzamos a test transzverzális síkjával és
merőleges a test hosszúsági tengelyére
NyíróerőA nyíróerő
két azonos nagyságú, nem egy vonalon ható, egymás felé mutató erő,
amely a test részecskéit, illetve végeit egymáson elcsúsztatja
Csavaró erőA csavaróerő
két azonos nagyságú, a test tengelye körül ható, egymás felé mutató erő,
amely a test részecskéit, illetve végeit ellentétes irányban
forgatja
A csavaróerő párhuzamos a test transzverzális síkjával és
merőleges a test hosszúsági tengelyére, de nem megy át rajtaKétszer akkora sugár
tizenhatszor akkora erő/ellenállás
F 8 r4
The rat ulna is strained more on the medial (top) surface when loaded. The bottom figure shows the strain profile across the loaded ulna. The strains are designated in units
of microstrain. Positive values are tensile strain and negative values are compressive strain. Bone formation is shown in the right panel. The bright lines within the bone
show labels at the beginning of loading.
Terhelés hatására
deformáció
Hajlító erőA hajlító erő
Egy (kettő) a test hosszúsági tengelyére merőlegesen ható
erő, amely a test részecskéit az egyik
oldalon közelíti, a másik oldalon tavolítja
A hajlító erő merőleges a test hosszúsági tengelyére
L
Kétszer akkora hossz
nyolcszor akkora lehajlás
s 8 L3
Csont teherbírása
Comparison of published human tibia compact bone material properties in axial
compression
200
13070
NYOMÓ HÚZÓ NYÍRÓ0
50
100
150
200
250
Stress (MPa)
csont felszín =külső kör felszín-belső kör felszín
Acsont=1,252∏-0,652∏
Acsont=3,579cm2=0,0003579m2
Pátlag=155MPa
F=P•A
Fnyomóerőmax=55,4kN
Példa:
Tibia
FESZÜLÉS (STRESS) – MEGNYÚLÁS (STRAIN)
FÉM
ÜVEG
CSONT
Erő
Deformáció
A tömör csont nagyobb stress hatásnak áll ellent, mint a nyújtó hatásnak
2%-os nyújtásnál szakadás, törés
Szivacsos csont 75 %-os nyújtás után törik
Nagy elasztikus energia tároló kapacitás
stress - strain tulajdonságok
Kérgi vagy tömör csont feszülésnövekedése (stiffnesse) nagyobb, mint a szivacsos csontoké.
2013.2.13
Összetett erőhatás
A nyújtás irányának hatása a stress-strain görbékre
Terhelés sebességváltozásának hatása a csont deformációjára
Sérülés különböző terhelések hatására
Csont regenerációja
Fáradásos törés
A CSAVAR ÉS HELYÉNEK HATÁSA A CSONT MECHANIKAI A CSAVAR ÉS HELYÉNEK HATÁSA A CSONT MECHANIKAI VISELKEDÉSÉREVISELKEDÉSÉRE
IMMOBILIZÁCIÓ
bed rest : ~ 1% of loss of bone mass per week
Életkor hatása
Az életkor hatása a stress-strain jellemzőkre
Fiatal Idős
Osteoporosis
Fiatal Idős
1.35
1.18
0.77
1.22
1.02
0.77
L2-L3-L4L2-L3-L4
femur nyakfemur nyak
rádiusrádius
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
g/cmg/cm22
CSONTSŰRŰSÉG
13
29.6
34
27
3.8
-1.9
aktív súlyemelõk
volt ugróatléták (40 -55 év)
edzett menopauza utáni nõk
0 10 20 30 40-10
százalék
L2-L4
femur nyak
CSONTSŰRŰSÉG
edzettlen menopauza utáni nõk