1 / 58

AZ ÍZÜLETI PORCOK BIOMECHANIKÁJA

AZ ÍZÜLETI PORCOK BIOMECHANIKÁJA. A csontváz járulékos része, de a csontnál lágyabb, szívósabb, szilárdabb állagú.

hinto
Download Presentation

AZ ÍZÜLETI PORCOK BIOMECHANIKÁJA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. AZ ÍZÜLETI PORCOK BIOMECHANIKÁJA

  2. A csontváz járulékos része, de a csontnál lágyabb, szívósabb, szilárdabb állagú. Három típusa található meg a szervezetben:1. Üvegporc: a legtöbb felszínt ez a típus borítja, állaga rugalmas. Nyomásszilárdsága nagy, mely arra utal, hogy a porc felülete mekkora súlyt bír el annak károsodása nélkül.2. Kollagénrostos porc: ez a csigolyák közötti porckorongok rostos gyűrűjét alkotja. 3. Rugalmas porc: például a gégefőben megtalálható porcos szövet, rugalmas, elasztikus állaggal rendelkezik.

  3. A porc épségének nagyon fontos a szerepe abban, hogy az ízületek zavartanul tudjanak működni. A porc egyik leglényegesebb tulajdonsága a rugalmasság, amely a porc belsejében lévő víz mennyiségétől függ. Egy ép porcszövet optimális víztartalma 50% körüli, ami a kor előrehaladtával fokozatosan csökken. A rugalmasságon kívül a porc kemény is, amely rostos, hálózatos felépítéséből adódik.

  4. AZ ÍZÜLETI PORCOK ÖSSZETÉTELE ÉS SZERKEZETE Az emberi test teljes tömegének 1-2%-a Anyagok 1. CHONDROCITÁK (porcsejtek), 10% 2. KOLLAGÉN (leginkább II-es típus, rostos ultraszerkezet, prokollagén polipeptid) 10-30% 3. PROTEOGLYCAN/PROTEOGLYKÁT( PG ) nagy poliszaharid molekulák ( monomérek és adalékanyagok formájában) 3-10% 4. VÍZ + inorganic salts, glycoproteins, lipids, 60-87%

  5. Tissue                           Water               Collagen          ProteoglycansTissue                           Water               Collagen          Proteoglycans Articular Cartilage          68-85%           10-20%  (type I)        5-10%Meniscus                       60-70%           15-25% (type II)        1-2%

  6. Chondrocyta Kötőszöveti sejt, porc sejt

  7. Kollagén  A bőr/porc egyik fő összetevője a kollagén, mintegy 70%-át adja a bőr fehérje tömegének. A kollagének családja mintegy 28 féle fehérjét tartalmaz, mely az emberi szervezet teljes fehérje állományának 30%-át teszi ki. A kollagén közismert formájában három spirálisan felcsavarodott polipeptid láncból az ún. α-láncból áll. II és III kollagén van a porcokban.

  8. Proteoglykánok  A proteoglykánok a kollagén után a legnagyobb mennyiségben jelenlévő alkotó a porcszövet sejtközötti állományában. Ennek a fehérje családnak közös jellemzője, hogy a központi fehérjemaghoz speciális cukor oldalláncok (glycosaminoglycan = glükóz-amino-glikánok) kapcsolódnak. A molekula a térben különleges, ún. kefe alakú struktúrát vesz fel. Szerepük többek között a folyadék megkötése. (A szájon át szedhető „porcerősítő” gyógyszerek, egyik szerepe a proteoglycan-ok előállításának segítése)

  9. A felnőtt porc teljes egészében vérér, nyirokér és idegmentes szövet! Az oxigén, a szén-dioxid, az anyagcseréhez szükséges alapanyagok (víz, cukrok, zsírok, aminosavak, stb.) és a termelt salakanyagok csak hosszas, a porc keménységét adó fehérjehálón keresztül áramolva (diffúzióval) jutnak be illetve ki a szövetből. Minden anyag ki és beáramlása az ízületi folyadékon keresztül történik lassú áramlással!

  10. Térd ízületi porc felépítése

  11. A kollagén rostok elhelyezkedése

  12. Zónák

  13. The collagen arrangement in zone one is parallel to the joint surface.Therefore at the joint surface, when joint compressive forces occur, collagen becomes thinner. Since collagen adapts well to stretching and is able to withstand large tension loads, this arrangement is optimal for distribution of joint compressive loads. As discussed earlier, joint compressive loading is assisted by water. With joint motion, water is moved within the articular cartilage matrix. A large number of chondrocytes and a small amount of ground substance is contained in zone one. Since chondrocytes are responsible for collagen production, repair of injury is optimal in this zone. Prolonged static loading appears to result in higher strain being placed on zone one.

  14. The collagen in zone two and three is not arranged parallel to the joint surface.Therefore, when joint loading occurs, the collagen is loaded in a non-linear fashion (zone two) or results in a compressive load (zone three). Neither of these types of loads is optimal for collagen. Increased load must be absorbed by the ground substance (proteoglycans and water) in both of these zones.  Fortunately, zones two and three have large amounts of ground substance. Zone three is primarily designed to resist compressive loads.

  15. Zone four is a transition from the articular cartilage matrix in the superficial and intermediate zones to subchondral bone. The primary purpose of this layer is to attach the articular cartilage matrix to the underlying subchondral bone and provide a barrier for movement of fluids from the subchondral bone into the superficial layers of articular cartilage.

  16. Mechanikai jellemzők

  17. A porc, mint viszkoelasztikus anyag Ha egy anyag állandó tehernek (erőnek) és deformációnak van kitéve és erre a válasza időtől függetlenül változik, akkor az anyag mechanikai viselkedését viszkoelasztikusnak mondjuk. Bár úgy tűnhet, hogy a rehabilitációs programokat lassabb végrehajtási sebességnél érdemes kivitelezni, a viszkoelasztikus tulajdonságok miatt, a porc nagyobb sebességnél erősebb

  18. Az ízületi porcok permeabilitása Porózusság/Porozitás( b ): a folyadék térfogat (m3) aránya a porózus anyag teljes térfogatához (m3) viszonyítva Permeabilitás( k-permeabilitási koefficiens): az anyag (porc) áteresztő képességének a mérője, amely fordítottan arányos a súrlódási erővel ( K ) k = b2/ K (m4/Ns)

  19. A mechanikai hatásokra adott alapvető válaszok 1. Kétfokozatú feszülés változás 2. Kétfokozatú stress relaxáció

  20. 1. Kétfokozatú feszülés változás Az idő, amely szükséges a feszülési egyensúly létrejöttéhez ellentétesen változik a szövet vastagságának négyzetével.

  21. Feszülés változás oka

  22. Feszülés egyensúly időbeli lefolyása • humán és marha porc: 2-4 mm • > 4 - 16 hours • Nyúl porc: 1 mm > 1 hour 1 Mpa nyomás felett a porc folyadék tartalmának több, mint 50 százaléka kipréselődik. 2013.3.20

  23. A folyadékkiáramlás mértéke irányítja a feszülés változás mértékét. Ezzel lehet jellemezni a permeabilitási koefficienst. Szöveti permeabilitás koefficiens (k) Human porc: 4.7 +/- 0.04 x 10 -15 m4 / N s Szarvasmarha porc: 4.67 +/- 0.04 x 10 -15 m4 / N s

  24. Az egyensúlyi állapotban meghatározható deformáció mértékét a belső nyomási modulus mérésére lehet használni. Belső nyomási modulus ( HA ) Humán porc: 0.79 +/- 0.36 MPa Szarvasmarha: 0.85 +/- 0.21 MPa

  25. “k” egyenes arányban változik a folyadék mennyiségével. “HA” fordított arányban változik a folyadék mennyiségével.

  26. 2. stress relaxáció

  27. AXIÁLIS FESZÜLÉS

  28. Kollagén axiális (tengely irányú) stress-strain görbéje

  29. ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS E =  /  E = (F/A) / dl/L

  30. Tangencális modulus az anyag stiffnessét (merevségét) mutatja E=s / e Maximum stress : 3 - 100 MPa, Élettani nyúlás: 15 % > 5 - 10 MPa Compliance (nyújthatóság) = e / s szigma, epszilon

  31. Kenés (lubrikáció)

  32. A kenés típusai Határvonal kenés Folyadékfilm kenés

  33. Határvonalon abszorbeált kenőanyag

  34. Határvonal kenés Független a kenőanyag fizikai tulajdonságaitól (pl. viszkozitástól) és a terhet viselő anyagtól (merevségétől), de csaknem teljes mértékben a kenőanyag kémiai tulajdonságaitól. glycoprotein, lubricin A lubricin a felületen abszorbeálódott makromolekula

  35. Folyadékfilm kenés Hidrodinamikai kenés Kipréselt film kenés

  36. Folyadékfilm kenés A kenőanyag nagyobb felület szeparációt tesz lehetővé > 20 um

  37. Hidrodinamikai kenés Akkor történik, amikor a merev felszínek nem párhuzamosak egymással és a folyadék tangenciális irányban halad, azaz a felszínek elcsúsznak egymáson ék alakban.

  38. Emelő nyomás keletkezik ebben az ékben a folyadék viszkozitása által amint a talapzat mozgása behúzza a folyadékot a felszínek közötti résbe.

  39. Kipréselt film kenés Akkor történik, amikor a merev, terhelést viselő talapzatok merőlegesen mozognak egymás felé. A két ízületi felszín közötti résben a folyadék viszkozitás nyomást hoz létre, amely a folyékony kenőanyagot kipréseli. Ez a mechanizmus elégséges a rövid idejű nagy erők elviselésére.

  40. Befolyásoló tényezők • viszkozitás • a rés alakja • mozgás sebessége

  41. Elastodinamikai kenés deformáció jön létre az ízületi felszínen

  42. Boosted lubrication Az eltérő vastagságú folyadékrétegek megrekednek, a nyomás növekedése közben

  43. A felszínt alkotó anyag nem sima Nyomás alatti folyadék Határvonal érdesség találkozása

  44. Önkenés

  45. A kenés hatékonysága az alkalmazott terheléstől és a felszínek sebességének nagyságától és irányától függ. Határvonal kenés:nagy terhelés, lassú sebesség, hosszú idő. Folyadék film kenés: kis teher, nagy sebesség Elastohidrodinamikus kenés: a nyomás alatti folyadék film alapvetően deformálja az ízületi felszínt.

More Related