Kaulu Biomehānika 2020 PDF

Kaulu biomehānika RSU Rehabilitācijas katedra Lektore Indra Straumēna  Skeleta uzdevumi Aizsargāt iekšējos orgānus Nodrošināt rigīdas kinemātiskās ķēdes Nodrošināt muskuļu piestiprināšanās vietas Vieglināt (facilitēt) muskuļu funkciju un ķermeņa kustības Kaulam i...

Kaulu biomehānika RSU Rehabilitācijas katedra Lektore Indra Straumēna  Skeleta uzdevumi Aizsargāt iekšējos orgānus Nodrošināt rigīdas kinemātiskās ķēdes Nodrošināt muskuļu piestiprināšanās vietas Vieglināt (facilitēt) muskuļu funkciju un ķermeņa kustības Kaulam ir unikāla struktūra, kas ļauj šos uzdevumus izpildīt  Kaulu īpašības Ir cietākās ķermeņa struktūras (vēl cietāki ir tikai dentīns un zobu emalja) Ir vieni no dinamiskākajiem un metaboliski aktīvākajiem ķermeņa audiem Saglabā aktivitāti visu mūžu Labi apasiņoti, spēj paši reģenerēties Atgūst īpašības un konfigurāciju atkarībā no izmaiņām mehāniskajā pieprasījumā  Kaula uzbūve un struktūra(I) Kaulaudi ir specializēti saistaudi Sastāv no: - šūnām - starpšūnu vielas, ko producē šūnas Atšķirīgais – augsts neorganisko vielu saturs – minerālsāļi, kas ir iesaistīti organisko vielu pamattīklā  Kaula uzbūve un struktūra(II) Neorganiskās vielas padara kaulu cietu un rigīdu Organiskās vielas – piešķir lokanību un elasticitāti Minerālu daļa ir galvenokārt Ca un P kristāli – atgādina sintētiskos hidroksiapatīta kristālus Minerāli ir 65 – 70% no kaula sausā svara Kauli ir ķermeņa minerālu rezervuāri  Kaula uzbūve un struktūra(III) Minerāli ir ieslēgti dažādi orientētās kolagēna šķiedrās, kas atrodas starpšūnu vielā Kolagēna šķiedras pretojas stiepšanai – ir ar nelielu stiepjamību Starpšūnu viela satur 95% kolagēna Ir 25-30% no kaula sausā svara  Kaula uzbūve un struktūra(IV) Želatīnveida pamatviela – sastāv no glikozaminoglikāniem (proteoglikāni) Tā ir cementējošā viela starp mineralizētajām kolagēna šķiedrām Ir 5% no starpšūnu vielas sastāva No šiem proteoglikāniem būvēts arī skrimslis  Kaula uzbūve un struktūra(V) Ūdens dzīvā kaulā ir līdz 25% no svara Apmēram 85% no šī daudzuma ir kaula organiskajā daļā – ap kolagēna šķiedrām un aptver kristālus, ir šūnās Atlikušie 15% atrodas kaula kanālos un dobumos  Kaula uzbūve un struktūra(VI) Mikroskopiskajā līmenī kaula pamatvienība ir osteons jeb haversa sistēmas Katra osteona centrā ir kanāliņš ( haversa kanāls), kas satur asinsvadus un nervu šķiedras Osteons sastāv no lokveidā novietotām mineralizētām pamatvielas plāksnītēm – lamellām – kā kokam (augšanas līnijas koksnē) Kaula uzbūve un struktūra(VII) Kaula uzbūve un struktūra(VIII)  Kaula uzbūve un struktūra(IX) Plāksnītēs ir padziļinājumi – lakūnas, kas ietver 1 kaulu šūnu Daudz mazu kanāliņu (canaliculi) stiepjas uz visām pusēm no lakūnām un aizsniedz haversa kanālus – tie ietver šūnu izaugumus Tā šūnas iegūst barības vielas no asinsvadiem Katrs osteons ir atdalīts no citiem ar cementa līniju – kolagēna šķiedras un kanāliņi to nešķērso Cementa līnija ir vājākā vieta kaula struktūrā Kaula uzbūve un struktūra(X)  Makroskopiskajā līmenī(I) Kauli ir veidoti no 2 kaulaudu veidiem: 1. kortikālais jeb kompaktais – blīvs kauls 2. trabekulārais jeb spongiozais kauls – starp trabekulām ir pildīts ar sarkanajām kaulu smadzenēm, sastāv no plānām plāksnītēm Kortikālais kauls vienmēr ieskauj trabekulāros kaulus, bet to proporcijas nosaka funkcionālais noslogojums Porozitāte (caurspīdīgums): kortikālajam kaulam 5-30%, trabekulārajam kaulam – 30-90% Makroskopiskajā līmenī(II) Mikroskopiskajā līmenī(I) Mikroskopiskajā līmenī(II)  Biomehāniskās īpašības(I) Kauls ir bifāzisks materiāls (līdzīgi kā organiskais stikls) – organiskie audi un minerāli – neorganiskā daļa Elasticitāte ir spēja atgriezties oriģinālajā izmērā pēc svara noņemšanas Plasticitāte – struktūrā pēc svara noņemšanas paliek deformācija Šīs zināšanas vajadzīgas studējot lūzumu rašanās mehānismu un iemeslus, lūzumu sadzīšanu, arī protezēšanu, stieņu ievadīšanu. Biomehāniskās īpašības(II) Biomehāniskās īpašības(III) Biomehāniskās īpašības(IV)  Biomehāniskās īpašības(V) Strain = deformācija – dimensiju izmaiņas struktūrā Deformācijas plastisko daļu var saukt arī par ļodzi Savērpes deformācija – izmaina leņķiskās attiecības struktūrā Lineāra deformācija – to mēra ar struktūras saīsināšanos vai pagarināšanos Kaulu noslogojot dažādos virzienos deformācijas līknes atšķiras – šo kaula īpašību sauc par anizotropiju Biomehāniskās īpašības(VI)  Biomehāniskās īpašības(VII) Kortikālie kauli ir cietāki – iztur lielāku stresu, bet mazāku deformāciju - lūzt, kad deformācija pārsniedz 2% Trabekulārie kauli lūzt, ja deformācija ir > 20 - 25% - tā ir liela potenciālās enerģijas krātuve Kauls nav lineāri elastīgs Biomehāniskās īpašības(VIII) Biomehāniskās īpašības(IX) Biomehāniskās īpašības(X) Biomehāniskās īpašības(XI) – trakcija  Biomehāniskās īpašības(XII) – trakcija Vislielākais stress struktūrā veidojas plaknē, kas perpendikulāra trakcijas virzienam Stress ir iekšā struktūrā Kortikālais kauls plīst pa cementa līnijām Trakcijas lūzumi parasti veidojas kaulos ar lielāku trabekulārā kaula daļu Biomehāniskās īpašības(XIII) – trakcija Calcaneus trakcijas lūzums  Biomehāniskās īpašības(XII) – kompresija – stress horizontālajā plaknē – struktūra saīsinās un paplatinās Biomehāniskās īpašības(XIII) – kompresija M/k jostas daļas skriemelis Abu augšstilba kakliņu lūzumi Biomehāniskās īpašības(XIV) – nobīdes stress Biomehāniskās īpašības(XV) – nobīdes stress Biomehāniskās īpašības(XVII) – lieces stress Biomehāniskās īpašības(XVIII) – lieces stress – 3 punktu un 4 punktu Tibijas t.s. “Boot top” lūzums Biomehāniskās īpašības(XIX) – savērpes stress Stobrkaula savērpes lūzums – lūzuma līnija 30 grādos no gareniskās ass Biomehāniskās īpašības(XX) – kombinēts stress Noslogojums uz tibijas anteriomediālās virsmas ejot un skrienot Suņa tibijas izturība pret slodzi - testēta noslogojot ātrākā tempā un lēnākā – kauls ir viskoelastīgs materiāls Slodzes un atkārtojuma skaita ietekme uz kaulu – jo lielāks atkārtojumu skaits jo mazāku noslodzi kauls iztur Noguruma lūzumu rašanās mehānisms Noguruma lūzums, kas radies skrienot nesot biedru uz muguras Noguruma lūzums, kas radies ilgstoši ( vairākas nedēļas) pildot līšanas aktivitātes Attiecība starp kaula atjaunošanos un noārdīšanos Lielas enerģijas( šāviena) izraisīts lūzums Kaula saaugšana pēc lūzuma Kaula izturības izmaiņas pēc imobilizācijas Kauls pēc metāla konstrukcijas izņemšanas Kaula saaugšana Kortikālā kaula biezums dažādos vecumos M/k skriemelis jaunam un gados vecākam cilvēkam Kaula izturība jaunam un gados vecākam cilvēkam Kaula masa – Ca daudzums sievietēm un vīriešiem dažādos vecumos Paldies par uzmanību!