Tessuto osseo

ONE LAMEoff lamedicostantiµfaape 1 EntErat dijEssNEI e4del ordine 81dij con 9 9tensore parametriCijkeEraCigna 3139 9 2 di 66etcsimmetria on onsemplificazioni orgAltrasimmetriaÈ33 21 indipendentiparametriµ ggggdi ortotropoMaterialeCaso 9 indipparamOsso Comemateriale mtrasversalmente VoightisotropodirL isotropodirIle anisotropo piùI 6prestazionale Gazma EHApparentementeg parametriindipendentiII E sia176Pa siatrazionex x compressione1gOssoCaratteristicheMeccaniche corticaleon oniYÉdithi iiii 130 EnergiaAccumulatadiRotturaEnergia• materiale elastico lineare nei primi tratti • L’energia di rottura a compressione è pari a• L’energia di rottura accumulabile dall’errore a quella di rottura in direzione longitudinale.trazione e compressione è confrontabile (nelcalcolo trascuro l’area viola) 292028 MpcomprEtna102 2µg1351,03 • L’energia accumulata a trazione è quasi nullacompr

(l'osso non è mai soggetto a sforzi di trazione• osservo che l'osso è in grado di accumulare in direzione trasversale)più energia a trazione che a compressione ma Etrail comportamento a trazione risulta meno Mpa0,17550.92007lineare e può portare a deformazioni plastiche(lo noto perché area viola a destra è maggiore)Tre test meccanici differenti:Test standard di trazione-compressione. misura diretta che può essere sia distruttiva che non. Il vantaggio di una prova distruttiva, che porta alla rottura del provino, ha il vantaggio di poter ottenere sforzo e deformazione di rottura. Inoltre, è una misura locale, in quanto mi permette di ottenere le caratteristiche di una certa porzione di osso corticale. Va ETest acustico. misura diretta e non distruttiva. Applico un'onda sonora ad un'estremità dell'oggetto e calcolo la velocità di propagazione nel mezzo. La velocità di propagazione

è direttamente proporzionale al Modulo di Young. Si tratta di una misura integrale, in quanto misuro la caratteristica media di tutto l'osso.

4 EDurezzaNanoindentazione. misura la durezza super ciale di un materiale. Si preme con una forza nota su una super cie, si rimuove la punta e si misura l'impronta che rimane. Durezza è proporzionale al modulo elastico. Misura indiretta, locale e non distruttiva. Valuta solo la STRUTTURA del materiale (si tiene conto sia dei pieni che dei vuoti)+ valutano direttamente il MATERIALE (si tiene conto solo dei pieni)4 permettono di capire che osso spongioso e corticale sono fatti dello stesso materiale+ L'osso è formato da materiale viscoelastico la velocità di deformazione varia nel tempo lo sforzo non dipende solo dalla deformazione che applico ma anche dal tempo.

Fattori che influenzano le proprietà meccaniche:

• Età
• Sesso
• Localizzazione del tessuto
• Composizione del tessuto
• Direzione

Applicazione del carico. Velocità di deformazione. Condizioni di umidità: l'assenza d'acqua rende l'osso sempre più fragile. Rimodellamento osseo = processo continuo di adattamento strutturale dell'osso alle sollecitazioni provenienti dall'esterno, in modo da avere sempre una struttura adatta alle reali necessità biomeccaniche.

• In funzione dei requisiti funzionali a cui è chiamato nell'osso ci sarà una variazione dell'architettura generale delle trasformazioni ossee, dell'osso stesso (TEORIA tiene conto del principio di adattamento funzionale) TRAIETTORIALE DELL'OSSO
• L'orientamento delle trabecole dipende dal carico esterno (TEORIA TRABECOLARE, tiene conto del principio del progetto minimax per ottenere la massima resa con il minimo materiale)

ACCRESCIMENTO. Ha la funzione di incrementare la dimensione, aumentando il numero di cellule e la quantità del materiale intercellulare

MODELLAMENTO.

Si occupa di costruire un'architettura funzionalmente e meccanicamente adeguata. Si arrestano al raggiungimento della maturità scheletrica. RIMODELLAMENTO 3. Opera durante tutta la vita RIPARAZIONE 4. 1° stadio: la frattura (1 settimana) Attivazione delle cellule e liberazione di sostanze 2° stadio: formazione del tessuto di granulazione (2 settimane) Le cellule precursori stimolate dai meccanismi mediatori locali incominciano a produrre nuovi vasi, fibroblasti, matrice intercellulare, cellule di supporto ed altre cellule. 3° stadio: formazione del callo, struttura in grado di resistere ai carichi (4-16 settimane) Produzione di una matrice extracellulare cartilaginea ed osteoide (osso poco organizzato) 4° stadio: turn over (1-4 anni) Processo di rimodellamento che porta alla sostituzione del callo stesso con osso nuovo. 5° stadio: rimodellamento esterno (1-4 anni) Processo di rimodellamento esterno. Giunge sempre a compimento nei bambini piccoli e nei giovani, ma mai negli adulti.

adulti. L'assenza di carico provoca la perdita di parte minerale. Cosa succede se facciamo passare 40 settimane (circa un anno) senza alcun carico? Si osserva una perdita molto consistente pari a circa il 50%, ma ad un certo punto si ha un arresto del fenomeno: il corpo si accorge che la densità ossea non può diminuire ulteriormente. Questo accade perché il deposito e riassorbimento del calcio non è solo un fattore biomeccanico ma dipende anche da altri fattori quali: l'omeostasi del calcio, il ruolo di protezione di organi che rivestono alcune ossa, il ruolo di ancoraggio dei muscoli alle ossa, la protezione del midollo rosso presente all'interno ecc...

Meccanotrasduzione= processo secondo cui lo stimolo meccanico agisce sulle strutture subcellulari e attiva mediatori chimici che generano una risposta adattativa.

Sono state effettuate tre diverse ipotesi:

1. EFFETTO PIEZOELETTRICO: l'idrossiapatite, se compressa, genera corrente e se è

Alimentata da corrente si deforma. Ipotesi presto abbandonata per due motivi:

1. Hanno visto che osteoblasti, osteociti e osteoclasti non reagiscono a correnti.
2. Il fenomeno piezoelettrico si osserva solo per l'osso secco e non per l'osso umido (che è la condizione di lavoro normale dell'osso).

2-TRASPORTO DI METABOLITI: liquido che scorre nei canali di trasporto e che porta il nutrimento alle cellule. Fluido è effetto di un gradiente di pressione che spinge il fluido in una prima direzione e poi nell'altra. Il nutrimento viene quindi trasportato in maniera efficiente alle cellule.

3-DEFORMAZIONE MECCANICA: Frost afferma che il responsabile del rimodellamento è la deformazione e non lo sforzo e che esiste uno stato di omeostasi nell'osso quando la deformazione è compresa tra 200 e 2500 µstrain (0.02%-0,25%): frattura appetito sito ageaaaa ai. Ma le cellule reagiscono a deformazioni comprese nel range 10.000-240.000.

µstrain.NUOVA IPOTESI:Salzstein e Pollock fanno un esperimento di flessione all'osso in 3 punti e misurano le correnti ioniche.In Esse partono da un massimo e poi decadonoesponenzialmente.Tali correnti sono generate dal movimento all'internodell'osso di un uido, al cui interno sono presenti deisali dissociati.Essendo le pareti cariche negativamente, i cationiAnm20013 tenderanno a disporsi lungo tali super ci mentre gliam anioni genereranno un usso di corrente. Il tempo diEIrs decadimento della corrente dipende dalla dimensioneI delle porosità.6020 nmEsistono diverse porosità ad ognuna delle quali è associato il relativo tempo di decadimento:

1. dei canali di havers - diametro di 50 micrometri
2. dei canalicoli - 200nm
3. dell'impaccamento dei cristalli di idrossiapatite (siccome gli aghetti sono molto vicini tra di loro ma cisono comunque delle zone di passaggio) - diametro 2/4 nm (l'acqua, per esempio, essendo molto piccola,

se viene posta a contatto col tessuto osseo pian piano viene assorbita; molecole con dimensioni superiori ai 4nm non possono passare attraverso tali porosità). Il tempo caratteristico che Salzstein e Pollock misurano è di 2 secondi, tempo relativo ad una microporosità di 20-60 nm => Limiti del modello di Salzstein e Pollack: 1. Dimensione ipotizzata della microporosità in contrasto con le prove sperimentali 2. Non spiega l'attivazione delle cellule - loro cercano di spiegare tale processo con la corrente, ma abbiamo già detto che gli osteociti non reagiscono a questa. La spiegazione avviene mediante una nuova ipotesi di Weinbaum, Cowin e Zeng. Nuova ipotesi: gli spazi interni ai canalicoli non sono vuoti, ma presentano una serie di proteoglicani che partono dall'osso e finiscono sulla membrana cellulare. I GAG sono distanziati da molecole di albumina, che ha una dimensione pari a 7nm. Questa disposizione disomogenea dei proteoglicani.

All'interno dei canalicoli permette di avere una porosità compresa tra i 20 e i 60 nm.

Evoluzione: considerano lo sforzo di taglio come effettore (e non più la corrente). Esso è legato al flusso confinato del liquido all'interno del canale - scorrendo contro le pareti genera degli attriti (sforzi di taglio). Più aumenta il flusso più aumentano gli sforzi.

All'aumentare della velocità il profilo si inarca sempre di più. A Te M gradientediVelocità viscosità. Vedono che gli sforzi di taglio sono nell'ordine dei 1,5 - 2 Pa, valore compatibile con la risposta del sistema ad uno sforzo di taglio. Tale risposta la vediamo solitamente nelle cellule endoteliali che ricoprono i vasi sanguigni.

Accade che, quando il sangue scorre con queste forze di taglio, le cellule rilasciano l'ossido nitrico (NO), un vasodilatatore che rilassa le pareti provocando vasodilatazione - a parità di portata, se il vaso si dilata.

lavelocità diminuisce e quindi anche gli sforzi. Inoltre, scopre che il segnale del rimodellamento è massimo in due casi:

• per alti carichi e basse frequenze (1Hz) - es: camminare (scarico tutte il mio peso prima su una gamba e poi sull'altra).
• per bassi carichi e alte frequenze (20 Hz) - es: mantenimento della postura - i muscoli, per non andare in contrazione, devono lavorare in modo molto rapido.