Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

1 Bιολογική Μηχανική των οστών Δρ Παναγιώτης Β. Τσακλής.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "1 Bιολογική Μηχανική των οστών Δρ Παναγιώτης Β. Τσακλής."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 1 Bιολογική Μηχανική των οστών Δρ Παναγιώτης Β. Τσακλής

2 2 Οργανικά στοιχεία (e.g. κολλαγόνο) Ανόργανα στοιχεία (e.g., ασβέστιο & φώσφορος) 65-70% (ξηρό βάρος) H 2 O (25-30%) Ένα από τα σκληρότερα υλικά στο σώμα γλοιοελαστικό εύπλαστο εύθραυστο Bιομηχανικά χαρακτηριστικά των οστών – Οστίτη ιστού 25-30% (ξηρό βάρος)

3 3 Συμπίεση Διάταση Διάτμηση Συστροφή Λύγισμα Μηχανικές Φορτίσεις

4 4 Κατάγματα σπονδύλων Αυχενικά κατάγματα spine loaded through head e.g., football, diving, gymnastics once “spearing” was outlawed once “spearing” was outlawed in football the number of cervical in football the number of cervical injuries declined dramatically injuries declined dramatically Οσφυϊκά κατάγματα weight lifters, linemen, or gymnasts spine is loaded in hyperlordotic (aka swayback) position Συμπιεστική φόρτιση

5 5 Εκτατικές φορτίσεις Κύρια πηγή εκτατικής φόρτισης είναι ο μυς Η τάση μπορεί να διεγείρει την ανάπτυξη Το κάταγμα που σχετίζεται με εκτατική τάση είναι κυρίως αποσπαστικό Όταν το κνημιαίο όγκωμα δέχεται υψηλές φορτίσεις από τη μυϊκή ομάδα του τετρακεφάλου αναπτύσσει ένα σύνδρομο γνωστό ωςOsgood-Schlatter’s

6 6 Διατμητικές δυνάμεις Δημιουργούνται από την δράση συμπιεστικών, εκτατικών και συνδυασμού των δυο δυνάμεων

7 7 Η ΣΥΜΠΙΕΣΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΤΟΥ ΟΣΤΟΥ ΥΛΙΚΟΣυμπιεστική δύναμη (MPa) Μηρός(φλοιώδης) Κνήμη (φλοιώδης) Ξύλο (βαλανιδιά) Ατσάλι370 From: Biomechanics of the Musculo-skeletal System, Nigg and Herzog

8 8 Σχετική δύναμη στο οστό

9 9 Συνήθως εφαρμογή 3- 4 σημείων Δυνάμεις λυγίσματος

10 10 Δυνάμεις συστροφής Οφείλονται σε μία στροφική δύναμη η οποία παράγει διατμητικά, εκτατικά και συμπιεστικά φορτία Τα εκτατικά και συμπιεστικά φορτία είναι υπό γωνία Συνήθως παρατηρούμε ένα σπειροειδές κάταγμα μετά από αυτή τη φόρτιση κάταγμα μετά από αυτή τη φόρτιση

11 11 Δύναμη και ανθεκτικότητα του οστίτη ιστού Υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τη σχέση μεταξύ του εφαρμοζόμενου φορτίου και του ποσοστού παραμόρφωσης ΚΑΜΠΥΛΗ ΦΟΡΤΙΣΗΣ - ΠΑΡΑΜΌΡΦΩΣΗΣ Χαρακτηριστικά του οστίτη ιστού ανισσοτροπικός γλοιελαστικός ελαστικόςεύπλαστος

12 12 Δύναμη/επιφάνεια Τάση = Δύναμη/επιφάνεια Αλλαγή στο μήκος/γωνία Πίεση = Αλλαγή στο μήκος/γωνία Note: Stress-Strain curve is a normalized Load-Deformation Curve

13 13 ΕλαστικήΠεριοχή (1) Πλαστική περιοχή Πλαστική περιοχή (2) (3)κάταγμα Τάση (φορτίο) πίεση (παραμόρφωση)  stress  strain Ελαστικές & Πλαστικές αντιδράσεις •ελαστική έως 3% παραμόρφωσης (1) •πλαστική αντίδραση οδηγεί σε κάταγμα (2) οδηγεί σε κάταγμα (2) •Η δύναμη ορίζεται από το σημείο του κατάγματος (3) του κατάγματος (3) •Η σκληρότητα ορίζεται από την κλίση της ελαστικής περιοχής της ελαστικής περιοχής

14 14 Ελαστικά βιοϋλικά (Οστό) •Ελαστικά/Πλαστικά χαρακτηριστικά Τα εύθραυστα υλικά καταρρέουν πριν την ολική παραμόρφωση Τα εύθραυστα υλικά καταρρέουν πριν την ολική παραμόρφωση Τα εύπλαστα υλικά παραμορφώνονται περισσότερο πριν καταρρεύσουν Τα εύπλαστα υλικά παραμορφώνονται περισσότερο πριν καταρρεύσουν Τα οστά παρουσιάζουν και τα δύο Καμπύλες φόρτισης/παραμόρφωσης παραμόρφωση (μήκος) φορτίο Εύπλαστα υλικά Ελαστικό όριο οστό Εύθραυστα υλικά

15 15 Ανισσοτροπικήαπάντηση Ανισσοτροπική απάντηση στη συμπεριφορά του οστού εξαρτάται από τη φορά της φόρτισης Το οστό είναι δυνατότερο κατά τον επιμήκη άξονα - Γιατί?

16 16 Η Ανισσοτροπία του οστού διάταση συμπίεση δοκιδωτό φλοιώδη διάτμηση διάταση συμπίεση Μέγιστη τάση (MPa) From: Biomechanics of the Musculo-skeletal System, Nigg and Herzog

17 17 κάταγμα γρήγορα αργά φορτίο παραμόρφωση Γλοιοελαστική συμπεριφορά του οστού εξαρτάται από το ρυθμό με τον οποίο εφαρμόζεται το φορτίο Το οστό θα σπάσει γρηγορότερα εάν το φορτίο εφαρμοστεί με αργό ρυθμό

18 18 •Άξονας του σκελετού –κρανίο, θώρακας, λεκάνη, & σπονδυλική στήλη •Τμήματα του σκελετού –Άνω και κάτω άκρα •Πρέπει να γνωρίζετε τα κύρια οστά του σώματος ΣΚΕΛΕΤΟΣ

19 19 Σκοποί του σκελετού προστασία των ζωτικών οργάνων • προστασία των ζωτικών οργάνων • παραγωγή ερυθρών αιμοσφαιρίων • αποθήκευση μετάλλων σημεία πρόσφυσης των μυών • σημεία πρόσφυσης των μυών • συστήματα παραγωγής κίνησης

20 20 Ανατομικά σημεία των οστών •κόνδυλοι –Αποστρογγυλεμένη άκρη που αρθρούται με άλλο οστό •e.g. Μηριαίος κόνδυλος •επικόνδυλος –Ένας μικρός κόνδυλος •e.g. Βραχιόνιοι επικόνδυλοι

21 21 Ανατομικά σημεία των οστών •facet –μία μικρή, σχεδόν επίπεδη, λεία επιφάνεια, συνήθως αρθρική επιφάνεια •e.g. σπονδυλικά facets (εγκάρσιες αποφύσεις) •Τρήμα –Μία τρύπα στο οστό την οποία διαπερνούν αγγεία και νεύρα •e.g. Σπονδυλικό τρήμα

22 22 Ανατομικά σημεία των οστών •Κοιλότητα –Μία ρηχή σαν πιάτο περιοχή του οστού που παρέχει χώρο άρθρωσης με άλλο οστό η λειτουργεί σαν σημείο μυϊκής πρόσφυσης •Γλοινοειδής κοιλότητα •Κύρτωμα –Μία οστική προεξοχή •Ωλεκρανικό κύρτωμα

23 23 Ανατομικά σημεία των οστών •Ογκωμα –Μία ανυψωμένη περιοχή του στην οποία προσφύεται ένας μυς – τένοντας ή σύνδεσμος; Δημιουργείται κατά την ανάπτυξη καθώς ο μυς ασκεί τάση στο οστό •Κερκιδικό όγκωμα

24 24 Μακρά οστά •e.g. μηρός, κνήμη •1 μακρά διάσταση •Χρησιμοποιείται για μοχλός •Μεγαλύτερα και δυνατότερα στα κάτω άκρα –Διότι έχουν περισσότερο βάρος να υποστηρίξουν

25 25 Βραχέα οστά •e.g. Καρπιαία και ταρσιαία •Σχεδιάστηκαν για δύναμη όχι κινητικότητα •Όχι σημαντικά για το μάθημα αυτό…

26 26 Πλατιά οστά •e.g. κρανίου, πλευρά, ωμοπλάτη •Συνήθως παρέχουν προστασία

27 27 Ανώμαλα οστά •e.g. σπόνδυλοι •Προσφέρουν προστασία, στήριξη και μοχλούς

28 28 •e.g. επιγονατίδα •Ένα μικρό οστό που παρεμβάλλεται μεταξύ τένοντα και θυλάκου •Επηρεάζει τη γωνία πρόσφυσης του μυ Σησαμμοειδή οστά

29 29 Δομή των μακρών οστών Φλοιϊκό ή συμπαγές οστό (πώρωση ~ 15%) (πώρωση ~ 15%) περιόστεο περιόστεο εξωτερική φλοιϊκή μεμβράνη εξωτερική φλοιϊκή μεμβράνη ενδόστεο ενδόστεο εσωτερική φλοιϊκή μεμβράνη εσωτερική φλοιϊκή μεμβράνη Δοκιδωτό, πορώδες, ή σπογγώδες οστό (πώρωση ~70%) (πώρωση ~70%)

30 30 Δομή των μακρών οστών Επιφυσιακός δίσκος Χόνδρος που χωρίζει τη διάφυση από την επίφυση επίφυση Τα άκρα του οστού μετάφυση Το άκρο της διάφυσης που περιέχει πορώδες οστό διάφυση ο άξονας του οστού

31 31 Biomechanical Characteristics of Bone Οστίτης ιστός Αποδόμηση/ανάπτυξη Φυσική δραστηριότητα Έλλειψη δραστηριότητας Αποθέματα οστού (οστεοποιός μυϊτις (οστεοποιός μυϊτις) Ηλικία & οστεοπόρωση βαρύτηταορμόνες

32 32 Επιμήκης αύξηση του οστού –Συμβαίνει στον επιφυσιακό ή επιφυσιακό ή “αυξητικό “ δίσκο –Τα οστικά κύτταρα παράγονται στο διαφυσιακό άκρο του δίσκου –Ο δίσκος οστεοποιείται γύρω στα18-25 και η επιμήκης αύξηση σταματά

33 33 Επιφυσιακό κλείσιμο ΣπόνδυλοιΠλευρές Βραχίονας, άνω Βραχίονας, κάτω Ωλένη, άνω Ωλένη, κάτω Κνήμη, άνω Κνήμη, κάτω From: Biomechanics of Human Movement, Adrian and Cooper

34 34 Περιμετρική αύξηση του οστού –Αύξηση κατά περιόδους –Τα οστικά κύτταρα παράγονται στο εσωτερικό του περιόστεου από οστεοβλάστες παράγονται στο εσωτερικό του περιόστεου από οστεοβλάστες –Παράλληλα το οστό αναρροφάται στην περιφέρεια της έσω κοιλότητας από οστεοκλάστες

35 35 Ο νόμος του Wolff •Το οστό εναποθέτεται όπου χρειάζεται και απορροφάται όπου δεν χρειάζεται •Το σχήμα αντανακλά το ρόλο του –tennis arm of pro tennis players have cortical thicknesses 35% greater than contralateral arm (Keller & Spengler, 1989) •Οι οστεοκλάστες απορροφούν οστό •Οι οστεοβλάστες εναποθέτουν οστό Biomechanical Characteristics of Bone

36 36 Αποθέματα οστού •Απάντηση στη δραστηριοποίηση –Τακτική άσκηση διεγείρει την οστεοποίηση στο σώμα –tennis players and baseball pitchers develop larger and more dense bones in dominant arm –male and female runners have higher than average bone density in both upper and lower extremities –non-weightbearing exercise (swimming, cycling) can have negative effects on BMD

37 37 Ελάττωση του οστού •Μείωση μηχανικών φορτίσεων –Μείωση επιπέδων ασβεστίου(Ca) –Απώλεια ασβεστίου από τα νεφρά •Αυξάνει την πιθανότητα σχηματισμού πέτρας •Επίδραση μη φόρτισης (υποβαρύτητα) –Οι αστροναύτες ασκούνται για διατήρηση της μυϊκής τάσης •Αυτές είναι διατατικές δυνάμεις – η βαρύτητα είναι συμπιεστική

38 38

39 39 Heel-toe running pattern Tip-Toe running pattern

40 40 TVIS Treadmill Vibration Isolation and Stabilization System

41 41 Αλλαγές στα οστά με το χρόνο πρώϊμη ηλικία •Osgood-Schlatter’s σύνδρομο •Δημιουργία φλεγμονής, ασβεστοποίησης, ή αποσπαστικού κατάγματος στο κνημιαίο όγκωμα •Ανισορροπία στη δύναμη μυ - οστού •“αυξητικός παράγων” μεταξύ του μήκους του οστού και της μυοτενόντιας μονάδας (e.g., απότομη αύξηση στο μηρό και στη κνήμη επιφέρει υψηλή πίεση του επιγονατιδικού τένοντα και του κνημιαίου ογκώματος) •Κατά την εφηβία η μυική αύξηση (testosterone) μπορεί να ξεπεράσει τον οστικό ρυθμό ανάπτυξης προκαλώντας αποκόλληση του μυ

42 42 Αλλαγές στα οστά με το χρόνο νεαρή ηλικία •Τραυματισμοί από υπέρχρηση –Επαναλαμβανόμενες φορτίσεις επιδρούν στις σκελετικές δομές –Leaguer’s Elbow •Πρώϊμο κλείσιμο του επιφυσιακού δίσκου –γυμνάστριες •4X μεγαλύτερη εμφάνιση παθολογίας στη μέση στις γυμνάστριες από το γενικό πληθυσμό (Jackson, 1976)

43 43 Αλλαγές στα οστά με το χρόνο ενήλικες •Μικρή αλλαγή στο μήκος •Μεγαλύτερη αλλαγή στη σύσταση –Μείωση της χρήσης ελαττώνει τη σύσταση •ΜΕΙΩΝΕΙ ΤΗ ΔΥΝΑΜΗ ΤΟΥ ΟΣΤΟΥ •δραστηριότητα –Αυξημένη δραστηριότητα οδηγεί σε αύξηση της διαμέτρου, σύστασης, εύρους του φλοιού και του ασβεστίου

44 44 Αλλαγές στα οστά με το χρόνο ενήλικες •Ορμονική επίδραση –Οιστρογόνα για διατήρηση των μετάλλων –Πάντα μετά την εμμηνόπαυση –Η σχέση μεταξύ αμμηνόροιας και μείωσης των οιστρογόνων σε αθλήτριες: ΟστεοπόρωσηΔιαταραγμένηδιατροφήαμμηνόροια Χαμηλό σωμ. Λίπος Υψηλή ένταση προπ. Χαμηλά επίπεδα οιστρογόνων

45 45 Αλλαγές στα οστά με το χρόνο ενήλικες •30 χρόνων άνδρες και 40 γυναίκες –BMD κορύφωση (Frost, 1985; Oyster et al., 1984) –Ακολουθεί μείωση BMD, διαμέτρου και των μετάλλων μετά από αυτό •Η δραστηριότητες επιβραδύνουν τη γήρανση

46 46 ηλικία, οστική μάζα και φύλο From: Biomechanics of Musculoskeletal Injury, Whiting and Zernicke Οστική μάζα (g of Ca) ηλικία (yr)

47 47 Οστεοπόρωση Ορμονικοίπαράγοντες ΔιαιτητικοίπαράγοντεςΦυσικήδραστηριότητα Οστεοπενία Μειωμένη BMD Παράγων κατάγματος Πολύ μειωμένη BMD Υψηλός παράγων κατάγματος 28 million Americans affected – 80% of these are women 10 million suffer from osteoporosis 18 million have low bone mass

48 48 Οστεοπόρωση –Οι γυναίκες χάνουν 0.5-1% της οστικής μάζας κάθε χρόνο έως τα 50 ή την εμμηνόπαυση –Μετά την εμμηνόπαυση ο ρυθμός απώλειας αυξάνει (έως και 6.5%)

49 49 Κονταίνουμε με τα χρόνια? •Η οστεοπόρωση επηρεάζει τη δομική ακεραιότητα των σπονδύλων –Αδυνατίζει το δοκιδωτό του οστού –Οι σπόνδυλοι “καταρρέουν” •Μειώνεται το ύψος του σπονδυλικού σώματος •Η πρόσθια επιφάνεια της ΣΣ φορτίζεται περισσότερο και η συμπίεση σχηματίζει σφηνοειδής σπονδύλους –Δημιουργείται κυφωτική καμπύλη γνωστή ως Dowager’s Hump •Για κάποιο λόγο οι σπόνδυλοι στους άνδρες αυξάνουν σε διάμετρο και έτσι περιορίζονται οι αρνητικές επιδράσεις

50 50 Πρόβλεψη της οστεοπόρωσης •$13.8 billion in 1995 (~$38 million/day) •Επιλογές ζωής –Κατάλληλη δίαιτα •Ca, vit. D, •Πρωτείνη και φωσφόρος (too much?) •καπνός, αλκοόλ, καφεϊνη –ΑΣΚΗΣΗ – ΑΣΚΗΣΗ - ΑΣΚΗΣΗ •47% incidence of osteoporosis in sedentary population compared to 23% in hard physical labor occupations (Brewer et al., 1983)


Κατέβασμα ppt "1 Bιολογική Μηχανική των οστών Δρ Παναγιώτης Β. Τσακλής."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google