BIOMECHANIKA ŠLACHY, VAZY, CHRUPAVKA

Transkript

1 BIOMECHANIKA ŠLACHY, VAZY, CHRUPAVKA

2 FUNKCE ŠLACH A VAZŮ Šlachy: spojují sval a kost přenos svalové síly na kost nebo chrupavku uložení elastické energie Vazy: spojují kosti stabilizace kloubu vymezení rozsahu pohybu

3 STRUKTURA ŠLACH A VAZŮ Základní protein vláknitý kolagen levotočivá trojitá šroubovice ( lanovitá tuhá molekula) Složení: kolagen (80 %), elastin, proteoglykan, fibronectin Ve vysušené tkání je množství kolagenu větší u šlach (více než 90 %).

4 STRUKTURA ŠLACH A VAZŮ Elastinová vlákna pružná deformace až 200 % Kolagenní vlákna pevnější a tužší 1 směr dominantního zatížení mimoosové, v menším rozsahu

5 STRUKTURA VAZŮ Vlákna a svazky vláken se mohou (přední vaz zkřížený) a nemusí (vnitřní pobočný vaz) sdružovat do snopců Kosterní vazy 1,5 % vláknitého elastinu X Elastický vaz (ligamentum flavum) elastinová vlákna s dvojnásobným průměrem

6 BIOMECHANICKÉ VLASTNOSTI ŠLACH A VAZŮ Vysoké elastické vlastnosti vazu (elasticického) při nízké hysterezi Běžné aktivity: zatížení je asi 1/4 až 1/3 meze pevnosti protažení o 5 % klidové délky

7 BIOMECHANICKÉ VLASTNOSTI ŠLACH A VAZŮ pevnost svalu v tahu pevnost šlachy v tahu = 1 2 až 4 První část konkávní Druhá část lineární

8 NAPOJENÍ ŠLACH A VAZŮ NA KOST Přenos sil ze svalu na kost Tuhost a pevnost šlachy bez výrazné deformace Šlacha může uložit a uvolnit elastickou deformační energii s minmální ztrátou 4 vrstvy pro napojení kosti a vazu

9 SPOJENÍ ŠLACHY A SVALU Plochá šlacha hlavní význam pro vlastnosti spojení Sval šlacha větší průřez svalu větší zátěž šlachy Spojení šlachy a svalu zřasení membrány zvětšení plochy kontaktu až 22x ostrý úhel možnost přenášet i smyková napětí

10 VEDENÍ ŠLACHY Vedení šlachy přes kloub kostní vyvýšeniny pouzdra pojivové tkáně pomocí šlachového vazu Pouzdro je tvořeno dvěma membránami visceral, parietal

11 VISKOELASTICITA ŠLACH A VAZŮ Elastický základ + viskózní tekutina k deformaci nedochází okamžitě Konstantní nízká zátěž (využití při idiopatické skolióze) Pozvolné protahování x švihové provedení Mez pevnosti: MPa

12 VLIV IMOBILIZACE NA VLASTNOSTI VAZŮ Změna modulu pružnosti až o 50 % Remobilizace časově mnohem delší než imobilizace Přetržení vazu: Nižší rychlost 28 % střed, 57 % od tibie Vyšší rychlost 66 %, 28 % Při přiměřeném přetěžování zlepšení mechanických vlastností; po odeznění rozdíly vymizí

13 ZMĚNY BIOMECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ ŠLACH A VAZŮ Po 40 týdnech po zranění jsou kolagenní fibrily odlišné od původního stavu.

14 STRUKTURA KLOUBNÍ CHRUPAVKY (sklovitá, hyalinní) Funkce: přenos tlaku z kosti na kost snížení tření tlumení rázových sil Šířka vrstvy: 1-5 mm (2-3 mm) 1 cm Kolagen nejčastěji zastoupená bílkovina v lidském těle (hlavní složka mezibuněčné hmoty) Kolagenní vlákna (tenčí než u vazů) odolnost proti natažení

15 BIOMECHANICKÉ VLASTNOSTI KLOUBNÍ CHRUPAVKY Mechanická odezva Orientace kolagenních fibril Nehomogenita vrstev Biomechanické vlastnosti tkáně Povrchová nejslabší, jemné, husté svazky fibril tlaková napětí Střední nejtlustší, nahromadění proteoglykanu a vody tahová napětí Hluboká největší, orientovaná kolmo k povrchu kosti Zvápenatělá chrupavka zvlněná transformace smykových napětí na tlaková

16 BIOMECHANICKÉ VLASTNOSTI KLOUBNÍ CHRUPAVKY Porézní permeabilní látka, která je schopná pohlcovat tekutinu. Fáze: tekutá (fluid) x pevná (solid). Viskoelasticita viskózní tekutina + elastická tuhá látka Voda tvoří 65-85% hmotnosti, její množství se snižuje od povrchové (80%) do hluboké zóny (65%) zóny. Při stlačení tkáně se může přelévat asi 70%. Velikost síly na povrchu kloubu kolísá od nízké hodnoty až po několikanásobek tíhové síly těla.

17 BIOMECHANICKÉ VLASTNOSTI KLOUBNÍ CHRUPAVKY napěťová relaxace konstantní deformace creep efekt konstantní zátěž Creep je doprovázen vydatným vyloučením tekutiny z vzorku, poměr vyloučení se s časem snižuje (od A do C). Vytlačovaná tekutina slouží k lubrikaci povrchu kloubu

18 BIOMECHANICKÉ VLASTNOSTI KLOUBNÍ CHRUPAVKY Konstantní tlak působící na vzorek kloubní chrupavky (vlevo) a creep vzorku při konstantním působícím tlaku (vpravo). V rovnovážném stavu se proudění tekutiny zastaví a zatížení je neseno výhradně pevnou hmotou (Armstrong and Mow, 1980).

19 MECHANICKÉ VLASTNOSTI Relaxace chrupavky přerozdělení vody uvnitř tkáně. Relaxační proces je asi 4 x rychlejší než creep. Po odlehčení se zdravá chrupavka vrací do původního stavu.

20 PERMEABILITA KLOUBNÍ CHRUPAVKY permeabilita vzájemné propojení pórů určení snadnosti, se kterou může tekutina prostupovat přes porézní materiál pro kloubní chrupavku je poměrně nízká póry mají velikost srovnatelnou s velikostí molekuly (3-6,5 nm) Permeabilita se s rostoucím tlakem tekutiny a s rostoucí deformací snižuje kompaktnost tkáně zmenšení velikosti pórů

21 NAPĚŤOVÁ RELAXACE šířka vrstvy působící tlak S rostoucí rychlostí deformace roste tuhost chrupavky.

22 MAZÁNÍ (LUBRIKACE) KLOUBNÍ CHRUPAVKY Boundary (mezní vrstva) adsorpce glykoproteinu povrchem kloubní chrupavky (při velké zátěži trvající delší dobu) Fluid film (tenký povlak) způsobuje oddělení povrchů dvou kloubních chrupavek (při nižší zátěži, ale rychlém vzájemném pohybu kontaktních ploch).

23 MAZÁNÍ (LUBRIKACE) KLOUBNÍ CHRUPAVKY Hydrodynamické Stlačení Elastohydrodynamické

24 POŠKOZENÍ KLOUBNÍ CHRUPAVKY Působící faktory: velikost působící síly frekvence maxim této síly změny v molekulární struktuře kolagenu snížení pevnosti chrupavky + zvýšení permeability Celková zátěž na kloub x rozložení této zátěže na povrchu kloubu (změny v reakci pod chrupavkou a v měkkých tkáních v okolí) Velký tlak mezi kontaktními plochami snižuje možnost vzniku tenkého filmu. Lubrikace je primárním faktorem v etiologii osteoartritidy.