БИОМЕХАНИКА ОДА БИОМЕХАНИКА КОСТЕЙ 1 Содержание лекции

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

БИОМЕХАНИКА ОДА. БИОМЕХАНИКА КОСТЕЙ. 1

Содержание лекции. • Основные компоненты костной ткани. Характеристика межклеточного вещества. • Типы костной ткани (кости). • Классификация костей на основе формы и строения. • Ремоделирование (реконструкция) костей. Эффект физической нагрузки. • Эффекты возраста, гормонов и витаминов на кости. • Механические свойства костей. 2

Основные компоненты костной ткани: Клетки - Остеобласты - Остеокласты - Остеоциты Межклеточное вещество - Основное вещество - Органический матрикс - Минералы 3

Межклеточное вещество костной ткани Основное (склеивающее) аморфное вещество (оссеомукоид) - сложное белково-углеводное соединение. Органический матрикс – коллаген I типа, коллагены других типов и неколлагеновые белки. Минералы - гидроксиапатит (фосфат кальция) + карбонат кальция, фосфат магния, бикарбонаты и др. ). Цементирующие свойства. Основные функции: • Стимулирование и поддержание минерализации кости. • Придание костям гибкости, упругости и эластичности. Потеря органического матрикса уменьшает гибкость и увеличивает хрупкость кости. Основные функции: • Придание костям высокой твердости и прочности, и в тоже время хрупкости. Деминерализация (декальцификация) приводит к уменьшению хрупкости и увеличению гибкости. 4

Типы костной ткани: Ретикулофиброзная (грубоволокнистая) Коллагеновые волокна образуют толстые грубые пучки, идущие в разных направлениях. Пластинчатая Минерализованный матрикс образует системы пластинок, в которых коллагеновые волокна расположены параллельно другу. Компактная Губчатая 5

Характеристики компактного типа кости. Компактное вещество кости: • 80% костной массы. • Свойства: высокая плотность и прочность. Костные пластинки лежат компактно. • Распределение в кости: наружный слой кости по всему длиннику. • Хорошо развито в длинных трубчатых костях, выполняющих функцию опоры и костных рычагов. 6

Характеристики губчатого типа кости. Губчатое вещество кости: • 20% костной массы. • Свойства: низкая плотность и большой объём. • Костные пластинки образуют перекладины. • Распределение в кости: области эпифизов и внутренний слой диафизов. • Функции: уменьшение общего веса кости (и момента инерции) и увеличение объёма при сохранении прочности, равномерное распределение и гашение нагрузки на кость. • Хорошо развито в костях, где при большом объеме кости и площади суставных поверхностей требуется сохранить её легкость и прочность, а также в костях, которые испытывают нагрузку по многим направлениям. 7

Классификация костей на основе формы и строения. Виды костей Строние Примеры Основные функции Трубчатые Губчатое и компактное вещество. Костно-мозговой канал. Опора, защита и движение. Длинные рычаги обеспечивают значительный размах движений конечностей. Губчатые Преимущественно губчатое вещество, покрытое тонким слоем компактного. Длинные трубчатые кости: кости плеча, предплечья, бедра и голени. Короткие кости: пясть, плюсна и фаланги пальцев. Длинные кости: ребра и грудина. Короткие: позвонки, запястье и предплюсна. Плоские Diploe (губчатое вещество Кости черепа (лобная и расположено между 2 -мя теменные). пластинками компактного). Преимущественно губчатое вещество. Лопатка и тазовые кости. Смешанные Обеспечивают разнообразие движений наряду с высокой прочностью. Преимущественно защита (покровные кости). Защита и опора. Имеется несколько частей Кости основания черепа и Отдельные части с различным строением. ключица. выполняют разные функции. 8

. Ремоделирование (реконструкция) костей. При резорбции остеокласты реабсорбируют коллаген и минералы. При формировании кости остеобласты группируются на поверхности кости и создают коллагеновую сетку, в которую депонируются минералы. Ремоделирование включает резорбцию костной ткани и её отложение и служит целям обновления кости, а также её адаптации к изменившимся условиям внешней и внутренней среды. 9

Эффект физической нагрузки на ремоделирование костей. Изменение внешней нагрузки на кость Сторона резорбции кости Приложение внешней силы вызывает большее увеличение напряжения на вогнутой стороне кости, чем на выпуклой, что приводит к активации остеобластов. Сторона отложения новой кости С течением вреимени происходит резорбция кости на выпуклой стороне и отложение на вогнутой. Конечный резудьтат ремоделирования: новая форма кости соответстует изменённой нагрузке. 10

Эффекты возраста на кости. • Возраст определяет соотношение органических и минеральных веществ кости и механические свойства кости. – Дети - ↑ содержания органических веществ → ↑ упругости, эластичности и гибкости → ↓ ломкости и ↑ деформируемости. – Пожилые люди - ↑ соотношения неорганических веществ к органическим → ↓ эластичности и ↑ хрупкости и ломкости костей. Изменение прочности коркового вещества кости (в МПа) с возрастом. Прочность к нагрузкам 10 -20 20 -30 30 -40 40 -50 50 -60 60 -70 Растяжение 114 123 120 112 93 86 - 167 161 155 145 151 173 162 154 139 - 57 57 52 52 49 Сжатие Изгиб Кручение Возраст Средний возраст - наибольшая прочность костей ко всем типам нагрузок. 11

Эффекты гормонов и витаминов на кости. Паратгормон: • ↑ резорбцию кости и ↑ [Са++] в крови (+ ↑ реабсорбции кальция и ↓ реабсорбции фосфата в почках). Витамин D 3: • ↑ резорбцию кости. • ↑ всасывание кальция и фосфата в тонком кишечнике и уровень кальция и фосфора в крови → ↑ минерализация костей. • Недостаток у детей → остеомаляция костей – рахит , а у взрослых – остеопороз и остеомаляция. Остеопороз Остеомаляция 12

Эффекты гормонов и витаминов на кости (прод. ). Кальцитонин: • ↓ резорбцию кости и уровень кальция в крови. Половые гормоны (андрогены и эстрогены): • Стимулируют рост длинных костей, но одновременно ускоряют закрытие эпифизарных ростковых зон. • Эстрогены поддерживают минерализацию кости за счет подавления резорбтивного действия паратгормона. • Снижение секреции эстрогенов → остеопороз. Гормон роста: • Стимулирует рост и ремоделирование костей. • Недостаточная секреция → остеопороз. 13

Механические свойства костей. Значительная механическая прочность, твёрдость и упругость и сравнительно низкая эластичность. Химический состав костной ткани: • Сочетание органических и минеральных компонентов. Макроскопическое строение: Специфическая форма. Сочетание компактного и губчатого компонентов и наличие костномозговой полости. Способность к ремоделированию. Микроскопическое строение: • Полая форма остеонов. • Наличие костных пластинок с параллельно расположенными коллагеновыми волокнами и смещенное направленне волокон в соседних пластинках. • Расположение групп остеонов по линиям наибольших нагрузок. • Арочная форма перекладин губчатого вещества в местах наибольшей нагрузки кости. 14

Характеристики прочности кости. • Сопротивление сжатию - в 5 раз больше, чем у железобетона. • Сопротивление разрыву – сравнимо с чугуном. Кость в целом выдерживает максимальное удлинение на 0, 5 -3%. • Сопротивление изгибу меньше, чем сжатию или разрыву. 15

Сравнение прочности различных типов костей. • Трубчатые кости имеют большую прочность, чем плоские или губчатые. • Губчатое вещество кости имеет меньшую прочность, чем корковое в абсолютных величинах предела прочности, но способно выдерживать большую относительную деформацию до наступления разрушения: корковая кость начинает разрушаться при относительной деформации свыше 2%, а губчатая – свыше 75%. Кортикальная кость (плотность – 1, 85 г/см 3) Предел прочности при растяжении Губчатая кость (плотность – 0, 9 г/см 3) 16

Прочность костей к переломам. Прочность кортикальной кости в поперечном направлении выше, чем в продольном. Линия цемента Остеон Направление распространения трещины 17

Краткое резюме лекции. • • • Костная ткань состоит из клеток (остеобласты, остеокласты и остеоциты) и межклеточного вещества (основное вещество, органический матрикс и минералы). Органический матрикс придаёт костям гибкость, упругость и эластичность, а его уменьшение увеличивает хрупкость кости. Минералы (в основном гидроксиапатит) придают костям твёрдость и прочность и в то же время хрупкость. При деминерализации костей увеличивается их гибкость и эластичность. Компактная вещество имеет высокую плотность и прочность и хорошо развито в костях, выполняющих функцию опоры и рычагов. Губчатое вещество имеет низкую плотность и большой объём и пористость, что способстует поглощению энергии при нагрузке, уменьшает общий вес кости и момент инерции и увеличивает её объём при сохранении прочности. Расположение арок губчатой кости соответстует линиям сжатия и напряжения, что увеличивает прочность. Остеоны являются морфо-функциональной единицей кости. Полая форма остеонов, ориентация и структура костных пластинок, расположение групп остеонов по линиям нагрузок придают кости особую прочность. Интенсивность и направление внешней физической нагрузки являются основными факторами, оказывающими формообразующее и ремоделирующее действие на кость. Остеопороз и остеомаляция изменяют механические свойства костей. Прочность кости в поперечном направлении выше, чем в продольном, что обусловлено ориентацией линий цемента в микроструктуре кости. 18

Вопросы для контроля по теме лекции. • • • Какие функции выполняет органический матрикс кости? Какие компоненты костной ткани придают ей прочность? Чем компактная кость отличается от губчатой? Каковы биомеханические преимущества компактных костей? Что такое цементные линии кости и какова их роль в распространении трещин при переломах кости? Каковы функции трубчатых костей? Какова роль физических нагрузок в контроле массы и плотности костей? Как изменяются биомеханических свойствах костей с возрастом? Как изменяются биомеханические своиства костей при рахите, остеопорозе и остеомаляции? Какое влияние оказывают витамин D 3, паратгормон, кальцитонин и эстрогены на строение и механические свойства костей? Каковы механические свойства костей? Какие особенности микроскопического строения повышают прочность и упругость кости. 19

Темы самостоятельной работы. • Макроскопическое строение кости. • Микроскопическое строение костной ткани: характеристика клеток. • Остеон – морфо-функциональная единица кости, придающая ей особую прочность. • Строение, свойства и функции сухожилий, связок и хрящей. 20

Вопросы для контроля по темам для самостоятельной работы. Каковы основные части трубчатой кости? Каковы функции остеокластов кости? Каков принцип расположения остеонов в кости? Какими механическими свойствами обладают связки, сухожилия и хрящи? • В чем состоят биомеханические отличия эластических хрящей от гиалиновых? • • 21

Скачать презентацию БИОМЕХАНИКА ОДА БИОМЕХАНИКА КОСТЕЙ 1 Содержание лекции

лек.биомех.ОДА.кости..pptx

Количество слайдов: 21