Остання редакція: 2016-06-16
Тези доповіді
Удосконалення систем фіксації, які застосовуються при лікуванні пошкоджень кісток людини, є однією з найважливіших задач сучасної травматології. На даний час почали застосовувати нові типи фіксуючих накістних пластин, що розсмоктуються, впроваджуються компресійні пластини. Оптимізація всіх цих методів потребує комплексного біомеханічного аналізу властивостей кісткових тканин.
Механічні властивості КТ можуть суттєво змінюватися в залежності від віку, статі, структурно-функціонального стану кісткової тканини, наявності локальних і системних патологічних процесів. Кісткову тканину на сьогоднішній день розглядають як трьохфазний композиційний матеріал, що складається з органічних колагенових волокон, мінерального компоненту і міжфібрилярної речовини . Кістка оптимально пристосована до сприйняття функціональних та фізіологічних навантажень. За своїми механічними властивостями вона є неоднорідною, нелінійною, анізотропною і не суцільною, має виражені в’язко-пружні властивості і здатність до структурної перебудови під дією навантажень.
Кістка має складну багаторівневу структурну організацію і є динамічною відкритою системою, що перебуває в процесі постійної перебудови та іонного обміну з оточуючим середовищем.
Архітектоніка кісток формується в процесі індивідуального розвитку організму, як інтегральна відповідь кістки на напруження і деформації, яких вона зазнає при різноманітних функціональних навантаженнях. На окремих ділянках при цьому орієнтація остеонів і трабекул є досить сталою, а на інших (ділянки прикріплення м’язів, підборіддя) зазнає значних індивідуальних варіацій. Кісткова тканина є ортотропним матеріалом. Головні осі пружності визначаються орієнтацією остеонів в кортикальній кістковій тканині і балочок в губчастому шарі кістки. Максимальна жорсткість при цьому збігається за напрямком з орієнтацією більшості структурних одиниць кісткового матриксу .
На сьогодні в літературі існують значні розбіжності у визначенні основних механічних констант і ступеня механічної анізотропії навіть для неураженої кісткової тканини. Модулі пружності кортикальної кістки, визначені в різних дослідженнях, коливаються від 4 до 20-22 ГПа, а губчастої від 0,05 до 1,5 ГПа і більше . Величина коефіцієнту Пуассона для різних типів кісткової тканини і в різних напрямках також коливається в межах 0,05-0,35 .
Метою наших досліджень було вивчення механічних характеристик кісткової тканини, отриманої в ході операцій, виконаних на кінцівках, з урахуванням їх структурної та механічної анізотропії.
В ході дослідження було вивчені зразки кортикальної і губчастої тканини великогомілкової кістки. Фрагменти були видалені за допомогою спеціального порожнього свердла діаметром 7мм. Перед проведенням дослідження фрагменти піддавали механічній обробці, надаючи їм правильної геометричної форми у вигляді циліндру заданої висоти з рівними паралельними торцями. Для визначення механічних властивостей зразка проводили його навантаження стиском за допомогою універсальної випробувальної машини.
Зразок встановлювали на робочому столі випробувальної машини, піддавали стискаючому навантаженню та записували діаграму деформування.
Після цього на шліфувальному пристрої видаляли шар кісткової тканини s = 0.1 h1 з одного боку зразка, зберігаючи паралельність його поверхонь. Після видалення першого шару проводили навантаження інших зразків та записували діаграми деформування.
За умови невеликої товщини зрізаного шару його пружні властивості вважаємо незмінними. Допускаючи це, модуль пружності видаленого шару можна розрахувати за формулою Е' = Е1 × Е2 × s / (Е2× h1– Е1 × h2) , де Е1 та Е2 - усереднені модулі пружності матеріалу зразків до та після видалення шару відповідно; h1 - висота зразка до видалення шару; h2 - висота зразка після видалення шару; s - товщина видаленого шару .
Видалення шару та його повторне навантаження можна проводити необхідне число (до 10) разів. Це дає можливість визначити модулі пружності всіх типів кісткової тканини, що входять до складу неоднорідного зразка.
Результати досліджень. За результатами вимірювань встановлені модулі пружності в різних областях кісток кінцівок та співвідношення модулів пружності кортикального та губчастого шарів. Встановлені максимальні та мінімальні значення модулів пружності кортикального шару КТ. Кісткова тканина має максимальну жорсткість в напрямку, що відповідає орієнтації більшості її структурних одиниць (остеонів і трабекул). Спонгіозний шар КТ характеризується меншою анізотропією і, на відміну від кортикального шару, суттєвою просторовою неоднорідністю.