Kemik Biyomekaniği

Kemik, vücudu oluşturan dokular arasında en

sert olanıdır. Organizmada gerçek anlamda destek görevi yapan dokudur. Ayrıca organizmanın kalsiyum depolarıdır. İnsan iskeleti, kemiklerden oluşur ve bağlar (ligamentler), tendonlar, kaslar, kıkırdaklar ve diğer organlar  tarafından desteklenir. İskelet sisteminin görevi iç organları korumak, kaslara tutunma alanları yaratmak, kas ve vücut hareketlerine yardımcı olmaktır.

Kemik Biyomekaniği

Kemik bu işlevlerini yerine getirebilmek için özel bir yapıya ve mekanik özelliklere sahiptir. Dinamiktir ve metabolik olarak aktif dokulardan biridir. Hayat boyu aktif kalır.

Fonksiyonel olarak kemiğin en önemli mekanik özellikleri sağlamlığı ve sertliğidir.

Mineral ---------> sertlik Protein lif --------- > Sağlamlık, elastiklik

Kemiğin diğer malzeme türleri arasındaki sertlik ifadesi

 

Bir kemiğe kuvvet ve momentler değişik yönlerde etki edebilir.

Bu kuvvetler gerilme, çekme, basma, kayma, burulma ve

eğilme bunların kombinasyonu şeklinde olabilir.

Çekme gerilmesi sonucu oluşan kırıklar genellikle kansellöz

kemik dokusu bol olan kemiklerde görülür. Eksenel

yüklenmelerde kemiğin yapısal dayanımı, kesit alanı ve

elastisite modülüne bağlıdır. Klinik olarak basma gerilmesiyle

oluşan kırıklar, büyük yüke maruz kalan omurgalarda sık

görülür.

Kemikte Oluşan Gerilme Türleri

Elastisite; cismin yük kaldırıldıktan sonra, orijinal şekline

dönebilme kapasitesidir. Yük uygulandıkça deformasyon olur ancak

kalıcı değildir. Yük kaldırıldığında yapı eski şeklini alır. Yüklenme

devam ettiğinde yapının en dıştaki lifleri bir noktadan sonra

ayrılmaya başlar. Bu yorulma noktasıdır ve cismin elastik limitini

gösterir.

Yüklenme bu limiti aşarsa yapı plastik davranışını ortaya koyar.

Yorulma noktasından sonra plastik deformasyon olur ve yük

kaldırıldıktan sonra cisim eski şekline dönmez. Yük progresif olarak

artırılsa, cisim bir noktadan sonra yetmezliğe girer.

-Kemik serttir ve gerilme-şekil değişimi eğrisi bir çok mühendislik malzemesininkine benzer.

Kırık, biyomekanik açıdan kemiğin yapısal

yetersizliği olarak tanımlanabilir. Yetersizlik, kemiğe uygulanan yüklerin kemiğin yük taşıma kapasitesini aşması sonucu oluşur.

Kemiğin yük taşıma kapasitesi; geometrisine (şekil, boyut ve kemik kütlesinin dağılımı), materyal özelliklerine (doku özellikleri) ve uygulanan yükün yönü ve büyüklüğüne bağlıdır.

Kemik kırılganlığının biyomekanik açıdan

tanımını en azından üç bileşen icerir; Dayanıklılık veya güç, Kırılabilirlik ya da deforme olma özelliği ve Kemiğin kırılıncaya kadar absorbe ettiği enerji

miktarı. Dördüncü bir parametre olarak sertlik

sayılabilir.

Basmadaki maksimum gerilme ve şekil

değişimi çekmedekinden yüksektir Çekmedeki E basmadakinden yüksektir

(kemiğin anizotropik yapısının bir sonucu) İnsan femuru: bending strength 160MPa, shear

strength in torsion 54.1 MPa, Modulus of elasticity in torsion 3.2GPa.

Kemiğin mukavemeti yaş ve cinse bağlıdır.

Loading Mode Ultimate

Strength (MPa) Longitudinal Tension 133 Compression 193 Shear 68 Transverse Tension 51 Compression 133

Kırıklar kemiğin yapısal yetersizliğinin bir

göstergesidir. Kemiğe uygulanan yük, spesifik aktivitelere bağlıdır ve uygulanan yükün yönü ve büyüklüğü ile değildir.

Örneğin; proksimal femura düşme sonucu uygulanan yük; düşmenin yönüne (öne, arkaya, yana),yüksekliğine, kalçadaki yumuşak doku miktarına ve kişinin düşmeden kendini koruyabilme yeteneğine bağlıdır.

İskelete uygulanan yükler ve kemiğin gücü

arasındaki ilişkiyi inceleyen bir calışmada yan tarafa doğru düşmenin arkaya doğru düşmeye göre daha fazla kalça kırığına neden olduğu, öne doğru düşmelerin ise daha çok el bilek kırıklarına neden olduğu gösterilmiştir.

Kırık oluşumunda kemiğin elastisite modulusu ve anizometrik özelliklerinin yanında kemiğin enerji absorbe edebilme kapasitesi rol oynar. Ani yüklenmeye maruz kalan kemik yavaş yavaş yük binen kemikten daha fazla enerji absorbe etmek zorundadır. Kemiğe yük bindiren cismin kinetik enerjisi ½ MV2 formülü ile hesaplanır.

M harfi cismin kütlesini, V harfi ise cismin hızını gösterir. Dolayısı ile hızdaki çok az artış bile enerjide büyük artışlara sebep olur. Yüklenme anında kemiğin absorbe ettiği enerji, kırılma ile boşalır.

Bu durum ani yüklenmeler sonucu oluşan kırıklarda, daha fazla yapısal değişikliklerin ortaya çıkmasını, daha fazla fragman parçalanmasını ve daha çok deplasman olmasını açıklar.

İnflamasyon dönemi:Dokular arasına kan ve lenf sıvısı birikir ve ilk 48 saat içinde hematom şekillenir. Kırık tamirinde, bu hematomun oluşumu ve organizasyonu ilk basamaktır.Tamir Dönemi:Bu devrede, ortamda yeterli oksijen bulunursa, kemik gelişimi ve iyileşmesinin olduğunu, aksi halde kaynama gecikmesinin veya kaynamamanın görüldüğünü belirtilmektedir.

Yeniden şekillenme dönemi:Bu son dönemde iyileşen kemik, lameller kemiğe dönüşür. Bu dönemde yeni kemikleşme meydana gelir. Yeniden şekillenme (remodelizasyon) en uzun devam eden dönemdir ve ortalama 1 yıl devam eder.

Kemiğin yeniden şekillenmesinde; mekanik faktörler, kan dolaşımı, endokrin, mineral yapı ve biyoelektrik etkiler çok önemli rol oynar.

2903010046-Okan KILIÇ

3003010072-Recai YILDIRIM

HAZIRLAYANLAR