Biomeccanica del tessuto osseo

Comportamento biomeccanico del tessuto osseo

Il comportamento biomeccanico del tessuto osseo dipende da diversi fattori, poi analizzati: età, sesso, direzione di applicazione, localizzazione del tessuto, velocità di deformazione, umidità e composizione.

Anisotropia

Anisotropia: le proprietà dell’osso dipendono dalla direzione del carico. Il tessuto ha un modulo elastico longitudinale (cioè la direzione dei sistemi haversiani) maggiore di circa il 40% rispetto al trasversale, segno che evolutivamente la struttura si è sviluppata per rispondere in modo ottimale ai carichi nella direzione tipica. Essa è data dall’orientamento delle trabecole o degli osteoni.

Modulo elastico

• Per l’uomo non sono state riscontrate differenze tra il modulo elastico a trazione e quello a compressione. In realtà le evidenze sperimentali non sono numerose, perché la maggior parte degli esperimenti valuta solo la compressione (nanoindentazione) o non riesce a distinguere le due modalità (tecniche acustiche che correlano la velocità di propagazione dell’ultrasuono alla rigidezza del materiale).
• Per l’osso corticale, si rileva un diverso comportamento a rottura tra compressione e trazione. In particolare, a compressione lo sforzo a rottura è più elevato in entrambe le direzioni; longitudinalmente è maggiore la deformazione a trazione, trasversalmente quella a compressione. La capacità di assorbire energia (area sottesa dalla curva sforzo-deformazione) è quindi comparabile in direzione longitudinale (i due valori si compensano), mentre è decisamente maggiore a compressione in direzione trasversale.
• Il modulo elastico dell’osso spongioso è confrontabile con quello del corticale, a conferma che il materiale che li costituisce è lo stesso. Nel caso di nanoindentazione, ottengo un valore locale perché “taglio” una precisa trabecola ed effettuo numerose misure in diversi punti; invece la tecnica acustica è integrale e calcola il valor medio del modulo elastico nel provino.
• Le proprietà dell’osso spongioso dipendono dal sito anatomico da cui viene estratto il provino, perché dipendono dall’architettura delle trabecole; invece per l’osso corticale sono tendenzialmente indipendenti. Variano in base al tipo di osso (femore, vertebra…) nonostante l’osso si sia formato nello stesso modo. Prendo una “carota” di materiale osseo spongioso (NO corteccia esterna) e faccio prove in laboratorio (pinze = estensometri misurano direttamente deformazioni dell’osso anche in direzione trasversale -> modulo di Poisson (altrimenti potrei solo misurare la forza alle estremità)).