Kaulu biomehānika un izmantošana

Kaulu biomehānika

• Prezentācija par kaulu biomehāniku, ko lasa RSU Rehabilitācijas katedras lektore Indra Straumēna.

Skeleta uzdevumi

• Aizsargā iekšējos orgānus.
• Nodrošina stingras kinemātiskās ķēdes.
• Nodrošina muskuļu piestiprināšanās vietas.
• Vieglināt muskuļu funkciju un ķermeņa kustības.
• Kaulam ir unikāla struktūra, kas ļauj veikt šos uzdevumus.

Kaulu īpašības

• Ir cietākās ķermeņa struktūras (tāpat kā dentīns un zobu emalja).
• Ir viens no dinamiskākajiem un metaboliski aktīvākajiem ķermeņa audiem.
• Saglabā aktivitāti visu mūžu.
• Labi apasiņoti, spēj sevi atjaunot.
• Atkarībā no mehāniskās slodzes pielāgojas.

Kaula uzbūve un struktūra (I)

• Kaulaudi ir specializēti saistaudi.
• Sastāv no šūnām un starpšūnu vielas, ko producē šūnas.
• Augsts neorganisko vielu, īpaši minerālvielu, saturs, kas ir saistīti ar organisko vielu pamatstruktūru.

Kaula uzbūve un struktūra (II)

• Neorganiskās vielas piešķir kaulu cietību un stingrību.
• Organiskās vielas piešķir kaulu lokanību un elastību.
• Minerāli lielākoties ir kalcija un fosfora kristāli, līdzīgi sintētiskajam hidroksiapatītam.
• Minerāli veido 65-70% no kaula sausā svara.
• Kauli ir ķermeņa minerālu rezervuāri.

Kaula uzbūve un struktūra (III)

• Minerāli ir ieslēgti kolagēna šķiedrās, kas atrodas starpšūnu vielā.
• Kolagēna šķiedras ir izturīgas pret stiepšanos, bet ar nelielu elastību.
• Starpšūnu viela lielākoties sastāv no 95% kolagēna.
• Kolagēna šķiedras ir 25-30% no kaula sausā svara.

Kaula uzbūve un struktūra (IV)

• Želatīna pamatviela sastāv no glikozaminoglikāniem (proteoglikāniem).
• Tas ir cementa līdzīgs savainojums starp minerālvielām bagātajām kolagēna šķiedrām.
• Proteoglikāni ir daļa no starpšūnu vielas (5%).
• Proteoglikāniem ir loma arī skrimšļa veidošanā.

Kaula uzbūve un struktūra (V)

• Ūdens dzīvā kaulā ir līdz 25% no tā masa.
• Aptuveni 85% no šī daudzuma veido organisko daļu (kolagēna šķiedras, aptver kristālus un šūnas).
• Atlikušie 15% ūdens atrodas kaula kanālos un dobumos.

Kaula uzbūve un struktūra (VI)

• Mikroskopiskā līmenī kaula pamatvienība ir osteons jeb Haversa sistēma.
• Katram osteonam centrā ir kanāliņš (Haversa kanāls), kas satur asinsvadus un nervus.
• Osteoni sastāv no lokveida, mineralizētiem pamatvielu slāņiem (lamellām).

Biomehāniskās īpašības (I)

• Kauls ir divfāzu vai bifāzisks materiāls (līdzīgi kā organiskais stikls): organiskā un neorganiskā daļa.
• Elastīgāka spēja atgriezties savā sākotnējā formā pēc svara noņemšanas.
• Plastiskāka spēja saglabāt deformāciju pēc svara noņemšanas.

Biomehāniskās īpašības (II)

• Grafiks, salīdzinājumā ar citiem materiāliem, piemēram, metālu un stiklu.
• Kaulu elastības un izturības raksturojums.

Biomehāniskās īpašības (III)

• Elastīgās un plastiskās zonas diagrammā.

Biomehāniskās īpašības (IV)

• Grafiks, kas parāda slodzes un deformācijas attiecības, nodrošinot elastīgās un plastiskās zonas.

Biomehāniskās īpašības (V)

• Strain – deformācija, dimensiju izmaiņas struktūrā.
• Deformācijas plastiskā daļa var apzīmēta kā ļodze.
• Savērpes deformācija – mainīti leņķiskās attiecības struktūrā.
• Lineāra deformācija – mērīsa saīsināšanos vai pagarināšanos.
• Kaula reakcija uz dažādiem slodzes virzieniem.
• Anizotropija –kaula atšķirīga reakcija uz dažādiem slodzes veidiem.

Biomehāniskās īpašības (VI)

• Grafiks, kas demonstrē kaula atšķirīgo izturību dažādos virzienos.

Biomehāniskās īpašības (VII)

• Kortikālie kauli ir cietāki un iztur lielāku stresu, bet mazāku deformāciju.
• Trabekulārie kauli ir mazāk izturīgi pret stresu, bet iztur daudz lielāku deformāciju.
• Deformācija pārsniedzot 2% noved pie lūzuma.
• Trabekulārie kauli ir potenciālās enerģijas krātuve.
• Kauls nav lineāri elastīgs.

Biomehāniskās īpašības (VIII)

• Grafiskā salīdzinājuma attēls par kortikālā un trabekulārā kaula izturību.

Biomehānikas īpašība (IX)

• Kaula slodzes veidi (bez slodzes, stiepšanā, saspiešanā, saliekuma, griešanā, pagriešanā, kombinētās slodzes).

Biomehāniskās īpašības (X)

• Kaula slodzes veidi (bez slodzes, stiepšanā, saspiešanā).

Biomehānikas īpašības (XI) – trakcija

• Stress ir vislielākais struktūrā plaknē, kas perpendikulāra trakcijas virzienam.
• Kortikālais kauls uzlaužas pa cementa līnijām.
• Trakcijas lūzumi parasti rodas kaulos ar lielāku trabekulāru daļu.

Biomehāniskās īpašības (XII) – kompresija

• Stress saspiešanā rodas horizontālā plaknē.
• Kaula struktūra saīsinās un paplašinās.

Biomehānikas īpašības (XIII) – kompresija

• Attēls demonstrē kaula reakciju uz kompresiju.

M/k jostas daļas skriemelis

• Attēls – skriemeļu rtg.

Abu augšstilba kakliņu lūzumi

• Attēls: skriemeļu rtg.

Biomehāniskās īpašības (XIV) – nobīdes stress

• Attēls - dažādi 2 ķermeņa paņēmieni.

Biomehāniskās īpašības (XV) – nobīdes stress

• Attēls – dažādi 2 ķermeņa paņēmieni.

Biomehāniskās īpašības (XVI) – lieces stress

• Attēls – dažādi 2 ķermeņa paņēmieni.

Biomehāniskās īpašības (XVII) – lieces stress

• Attēls – lieces stresa demonstrācija 3 un 4 punktu slodzēs.

Tibijas t.s. "Boot top” lūzums

• Attēls rtg.

Biomehāniskās īpašības (XIX) – savērpes stress

• Attēls – dažādi 2 ķermeņa paņēmieni.

Stobrkaula savērpes lūzums

• Attēls - lūzuma līnija 30 grādos no gareniskās ass.

Biomehāniskās īpašības (XX) – kombinēts stress

• Attēls - savieno stiepjas, saspiežas, izstiepjas (vai griezīs).

Noslogojums uz tibijas anteriomediālās virsmas

• Diagrammas par slodzes izmaiņām ejot un skrienot.

Kaula izturība dažādās ātrumā

• Diagrammas par kaula slodzes noturību.

Suņa tibijas izturība pret slodzi

• Izturīguma grafika attēls pie dažāda noslogojuma.

Slodzes un atkārtojumu skaita ietekme uz kaulu

• Grafika attēls par slodzes noturības samazināšanos.

Noguruma lūzumu rašanās mehānisms

• Mehānisms, kā rodas noguruma lūzums.

Noguruma lūzums, skrienot ar slodzi uz muguras

• Attēls: skriemeļu rtg.

Noguruma lūzums, ilgstošas kustības

• Attēls 1: gados vecāka cilvēka krūškurvī atklāts noguruma lūzums.
• Attēls 2: pacienta stāvoklis.

Attiecība starp kaula atjaunošanos un noārdīšanos

• Kaula atjaunošanas attiecība.

Lielas enerģijas (šāviena) izraisīts lūzums

• Attēls: skriemeļu rtg.

Kaula saaugšana pēc lūzuma

• Attēls - kaulu saaugšanas grafika attēls.

Kaula izturības izmaiņas pēc imobilizācijas

• Diagrammas: kaulu izturības izmaiņas imobilizācijas rezultātā.

Kauls pēc metāla konstrukcijas izņemšanas

• Attēls rtg.

Kaula saaugšana

• Attēls - kaulu saaugšanas grafika attēls.

Kortikālā kaula biezums dažādos vecumos

• Kaula biezuma attēls atkarībā no vecuma.

M/k skriemelis jaunam un gados vecākam cilvēkam

• Attēls: skriemeļu rtg, jauns cilvēks
• Attēls: skriemeļu rtg, gados vecs cilvēks
• Attēls: mikroskopisks skriemeļa skats.

Kaula izturība jaunam un gados vecākam cilvēkam

• Grafika attēls par kaula izturības atšķirībām.

Kaula masa – kalcija daudzums sievietēm un vīriešiem dažādos vecumos

• Grafika attēls par kaula masas izmaiņām atkarībā no vecuma.

Kaula bojājumi no dažādiem faktoriem

• Shēma vai diagramma, prezentēti dažādi kaulaudu bojājumu faktori.
• Shēma ietilpst intīmie bojājumi, ārējie bojājumi un iekšējie bojājumi.

Šis tests pārbauda jūsu zināšanas par kaulu biomehāniku, noguruma lūzumu cēloņiem un kaulu struktūras atšķirībām. Uzziniet, kā dažādi faktori ietekmē kaulu izturību un atjaunošanās procesus. Iesaistieties un nostipriniet savas zināšanas par kauliem un to lomu cilvēka organismā.