Biomeccanica del tessuto osseo

Comportamento biomeccanico del tessuto osseo

Esso dipende da diversi fattori, poi analizzati:

ETA’ SESSO DIREZIONE APPLICAZIONE LOCALIZZAZIONE

tessuto VELOCITA’ DEFORMAZIONE UMIDITA’

COMPOSIZIONE

• 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.

• 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 n 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 poisson (altrimenti potrei

solo misurare la forza alle estremità)).

Il modulo di Young è diverso (vertebra << femore di quasi un ordine di grandezza! sul collo

femorale si scarica tutto il peso del corpo-> modulo alto! Sul grande trocantere si

inseriscono i muscoli, non ho così tanto carico.). I limiti di deformazione elastica (quando si

rompe) sono simili; statisticamente si ha comunque una certa differenza tra compressione

e trazione, perché l’osso spongioso si deforma maggiormente e ha quindi resilienza

maggiore a compressione (intesa come capacità di assorbire energia senza rompersi).

• Inoltre dipendono anche dalla densità apparente dell’osso. Essa non è quella reale

dell’osso (indipendente da osso spongioso o compatto: il materiale osseo è lo stesso!

sempre 1.8/2), quella apparente tiene conto dei vuoti: nello spongioso è la densità della

struttura dato da trabecole + vuoti (cambia di un ordine di grandezza). Nel compatto è circa