Mechanické vlastnosti kostní tkáně ****************************************************************************************** * ****************************************************************************************** Kost není v pravém slova smyslu tkáň, ale orgán (či komplexní biomateriál), který z mechan vykazuje různé mechanické vlastnosti podle své struktury, lokality, směru zatížení, zátěžo Je pro ni typická strukturální nehomogenita a anizometropie (Obr. B-Ot-6-15 [ URL "FTVS-13 bot6_15.jpg"] ) Terminologicky se proto musí rozlišit vlastní kostní tkáň tvořená buňkami a mezibuněčnou h a kost jako orgán tvořený ze spongiózní a kompaktní kostní tkáně, vaziva ale i cévního zás Kostní buňky produkují mezibuněčnou hmotu jednak amorfní a dále vláknitou. (Podrobněji sta anatomie). BM vlastnosti kostní tkáně jsou v první řadě dány kolagenovou matricí a minerál vlákna odolávají tahu, ale pro jiné způsoby zatížení jsou poddajná. Minerální látky předev formě hydroxyapatytu dodávají kosti tvrdost a křehkost. Proto je demineralizovaná kost měk Deproteinizovaná kost je naopak tvrdá, křehká a snese jen nízké zatížení v tahu. (OBR 4BM "FTVS-1395-version1-4bm2.gif"] ) Základními typy kosti jsou spongiozní kost a kompaktní kost, které se od sebe výrazně odli strukturou, tak mechanickými vlastnostmi. Reálné kostní útvary vykazují vždy kombinaci obo tkáně. Funkční stavba kosti Přestavba kostní tkáně je řízena zpětnou vazbou a neustále dochází k remodelaci kosti. Platí zákon minima-maxima, který říká, že struktura kosti je vybudována s minimálním množs při maximální pevnosti v daném směru. Dále platí hypotéza adaptace, podle které adaptace f tedy i kostí, probíhá podle praxe, která nastane. Zpětná vazba je realizována, podle zatím známých mechanismů, prostřednictvím krystalků hyd který vykazuje piezoelektrický jev, a prostřednictvím smykových napětí, která stimulují bu Spongiózní kost je známa funkčně podmíněnou stavbou, kdy jsou trámečky vystavěny tak, že j souhlasí se směrem hlavních napětí. Pokud posuzujeme celkové mechanické vlastnosti kosti (jako orgánu) musíme znát kromě vlast vlastností kostní tkáně také geometrické uspořádání vnější zátěže a tvaru kosti - předevší plocha, šířka stěny aj.).(OBR BM 12 [ URL "FTVS-1395-version1-bm12.gif"] ) Mechanické vlastnosti kostí Vzhledem k principu remodelace kostní tkáně závislém na mechanickém působení je kostní tká a anizotropní. Závislost mechanických vlastností na směru, kterým působí vnější zatížení, Při zatížení v podélném směru kosti, může být mez pevnosti až 10 krát vyšší než ve směru r a tangenciálním. Navíc ještě záleží na způsobu zatížení. Řádově můžeme říci, že v tlaku je kosti nejvyšší, o třetinu nižší v tahu a jen třetinová ve smyku. (OBR BM 12 [ URL "FTVS-13 bm12.gif"] ,Obr. B-Ot-6-16) [ URL "FTVS-1395-version1-bot6_16.gif"] Dále, vzhledem k viskoelastickým vlastnostem kostní tkáně závisí mechanické vlastnosti kos deformace. S rychlostí deformace stoupá mez pevnosti, elastický modul a naopak klesá maxim deformace a absorbuje se větší množství energie.(OBR 4BM 4 [ URL "FTVS-1395-version1-4bm4. Změny mechanických vlastností kostní tkáně Vzhledem k neustálé remodelaci kostní tkáně na základě mechanické zpětné vazby jsou její m vlastnosti dány historií zatěžování. To znamená, že pokud je orgán imobilizován, snižuje s pevnost a poddajnost a naopak opakovaným zatěžováním s dostatečnou intenzitou je možné pře remodelace (např. osteoporóza) a s tím spojeným zvýšeným rizikem zlomenin v důsledku sníže pevnosti. S věkem se mechanické vlastnosti mění ve smyslu zvyšování pevnosti a snižování maximální d je kost starší osoby schopna absorbovat menší množství deformační energie v porovnání s ml (OBR 4BM 4 [ URL "FTVS-1395-version1-4bm4.gif"] ) Cyklická zátěž kostí (Obr. B-Ot-6-17 [ URL "FTVS-1395-version1-bot6_17.gif"] ) vytváří pod a adaptační jevy, které jsou spojeny s adekvátními remodelačními procesy, ale i únavovými únavovými zlomeninami, degradací tvaru apod. K únavové zlomenině kosti může dojít, jestliž zatěžování nadkritickým zatížením překročí adaptační rychlost. Dále závisí na velikosti zá jestliže se pohybují v zóně únavy, dochází k šíření deformace a trhlin až k poškození celi Nebezpečné je i opakované krátkodobé přetížení v případě nižšího zatížení, které je jinak snášeno. (OBR BM 11 [ URL "FTVS-1395-version1-bm11.gif"] ) Osteoporóza Syndrom charakterizovaný patologickým úbytkem anorganické a organické části kosti se změna a funkce kosti. Za osteoporózu je považován úbytek kostní denzity (bone mineral density BM směrodatné odchylky ve srovnání s BMD při dosažení vrcholu kostní hmoty (peak bone mass PB 25-30 let. Negativními faktory patogeneze jsou pokles či vymizení tvorby pohlavních hormon s nízkým přívodem vápníku a vláknin a přebytkem bílkovin, cukrů a tuků a nedostatek antigr zátěže. Diagnóza se stanovuje nejčastěji RTG osteodenzitometrií, kvantitativní výpočetní t (QCT) a ultrasonodenzitometrií, která kromě denzity a struktury prostřednictvím měření ryc zvukových vln informuje o elasticitě tkáně. Vyskytuje se asi u 16% našeho obyvatelstva. 90 stehenní kosti je osteoporotického původu a asi 50% žen starších 75 let utrpí kompresní zl (mikrotomografie kostní tkáně – fraktury, osteoporóza, aj.) Typy zlomenin kostí, hojení zlomenin Podle tvarových a materiálových charakteristik kosti a vnějšího uspořádání působících sil zlomeninám ohybovým, smykovým, kompresním a v krutu s charakteristickým tvarem a průběhem Mezi úlomky se krvácením kosti a narušených okolních měkkých tkání vytvoří hematom. Postup začínají prorůstat z okolní tkáně drobné kapiláry a řídká fibrózní tkáň. Později se zpevňu kolagenních vláken a tvoří pružné spojení kostních úlomků. Ve třetím týdnu vzniká kalcifik substance primární kostní svalek. Je-li kost v této fázi mechanicky namáhána, tvoří se bez s chrupavkou a vzniká tzv. pakloub. V dalším stádiu je primární svalek postupně nahrazován Následnou remodelací se resorbuje nadměrný periostální svalek a obnovuje se souvislost pře dřeňové dutiny. Osteosyntéza je spojování kostních úlomků tak, že zlomená kost spolu s osteosyntetickou po mechanický systém, mající přibližně stejnou pevnost jako má kost neporušená.