Teoretisk biomekanik noter
Teoretisk biomekanik noter
Teoretisk biomekanik noter
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Scalar<br />
Vector<br />
Dynamisk Biomekanik<br />
Statisk Biomekanik<br />
kvantitativ størrelse:<br />
masse<br />
energi<br />
styrke<br />
scalar med en retning:<br />
kraft<br />
moment<br />
hastighed<br />
acceleration<br />
Analyserer/beskriver bevægelse<br />
Ser bort fra kræfter der påvirker systemet<br />
Summen af kræfterne og summen af momenterne der påvirker led ≠ 0<br />
(Ganganalyse)<br />
Analysere størrelse + funktion af en kraft<br />
Typisk over 1 eller flere led<br />
(hvor stor kraft udvikler m. biceps brachii når man holder 5kg håndvægt i<br />
hånden, når albuen er 45° flekteret)
Forudsætningerne for statik<br />
Kinematik<br />
Kinetik<br />
Deformation<br />
Summen af alle kræfter i systemet = 0<br />
Summen af momenterne i systemet = 0<br />
Definerer ROM<br />
Beskriver overfladebevægelsen i et led i 3 planer<br />
(Frontalt, sagitalt, transveralt)<br />
Involverer både statisk og dynamisk analyse:<br />
Kræfter<br />
Momenter<br />
der påvirker et led<br />
Confining stress: lige meget stress fra alle sider<br />
Tensional stress: stress træk i enderne<br />
Compressional stress: kompressions stress fra 2 sider<br />
Shear stress:<br />
Stress og Shear stress<br />
F/A = kraft / areal<br />
Måles I N/m^2<br />
stress på øverste flade sker i 1 retning (f.eks. lateralt)<br />
stress på nederste flade er modsatrettet (dermed medialt)
Kompressions strain eller tensions strain<br />
Strain<br />
Shear strain<br />
Δl / l<br />
l = længde<br />
Elastisk materiale<br />
Deformationsgrad<br />
Forskydning ved tangentiel kraftpåvirkning<br />
Relativ forskydning = d<br />
Vinklen γ = normalt meget lille<br />
Små vinkler γ = d/h<br />
→ tangenten til vinklen eller forholdet mellem 2 længder<br />
Normalt en meget lille størrelse, evt. angivet i %<br />
E = youngs modul<br />
E = tensil stress / tensil strain = (F/A(0)) / (Δl / l(0))
Viskoelastisk materiale<br />
Stress-‐strain diagram<br />
Næsten alt biologisk matriale<br />
Gradvis deformering ved belastning<br />
Gradvis genoprettelse ved aflastning<br />
Respons afhænger af:<br />
Be-‐ + aflastnings hastighed (tidsfaktor)<br />
Graden af deformation<br />
Antal gentagelser<br />
Viskositet = væskeegenskaber; mål for modstand i et væske flow<br />
Elastisk = egenskab ved fast matriale<br />
Huskeregl: OPE YUR<br />
O = ingen belastning<br />
P = Proportionalitets grænse<br />
E = Elastisk grænse<br />
Y = Yield grænse = eftergivenhedsgrænse =<br />
U = Max stress punkt<br />
R = Ruptur<br />
Creep and recovery<br />
forlængelse uden væsentligt øget stress<br />
Forskelligt matriale eller væv → forskellig adfærd under forskellige forhold<br />
Benyttet for at anskue tidsafhængige aspekter af materialets adfærd
Stress and relaxation<br />
Udholdenhed<br />
Nervevæv<br />
Viskoelastisk materiale udviser flad i stress over tid<br />
Test ved gentagende<br />
Kompressioner<br />
Tensioner<br />
Nervevævs funktion<br />
Temperatur stigning → fald i ”udholdenheds styrke”<br />
Udholdenhedsgrænsen n = e<br />
Komposit materiale<br />
Hver vævskomponent har forskellige egenskaber<br />
Overfører elektriske impulser<br />
Sensorisk<br />
Motorisk<br />
Intraaxonal transport af proteiner<br />
Fra cellelegemet distalt<br />
Fra distale ende til cellelegemet
Nervefibre<br />
Axoner<br />
Myelinerede<br />
Funktion:<br />
Umyelinerede<br />
Schwann celler<br />
Myelinskede<br />
Ranviers knude<br />
Saltatorisk konduktion<br />
Motorfunktion<br />
Berøring<br />
Varme<br />
Kulde<br />
Ledposition<br />
Tryk<br />
Langsom løbende depolarisering<br />
Fibre for dyb murrende smerte<br />
Ej skarp smerte<br />
Axoner sprænger i myelinskeden før bindevævet tager skade<br />
PNS<br />
Perifere nervesystem<br />
Perifere nerve<br />
Afgående dorsale ramus<br />
Indeholder:<br />
Sensoriske fibre<br />
Motoriske fibre
Perifære nerve indhold<br />
PNS og traumer<br />
Nervefibre<br />
Bindevæv<br />
Blodkar<br />
Nerver = ekstremt følsomme for traumer<br />
Mekanisk beskyttede af flere lag bindevæv<br />
Epineurium<br />
Perineurium<br />
Stræk → ændringer i den intraneurale blodcirkulation inden nervestammen<br />
sprænger<br />
Kræver impulsledning og axonal transport ilt?<br />
JA!<br />
Blodforsyning af nerver<br />
Segmentel blodforsyning langs hele nerven<br />
God longitudinel blodforsyning i epineurium<br />
Store artrioler<br />
Store venoler<br />
Ascenderende<br />
Descenderende<br />
God kollateral blodforsyning<br />
Mange anastemoser
Epineurium<br />
Perineurium<br />
Endoneurium<br />
Løst bindevæv<br />
God blodforsyning<br />
Mest beskyttet i belastede områder hvor nerven er mest belastet<br />
Blodforsyning via perineurium → endoneurium<br />
-‐ Forløber skråt og aflukkes ved mindre trykstigninger i endoneurium<br />
Stor mekanisk styrke<br />
Lidt højere væsketryk<br />
Herniering ved incision<br />
Øget tryk ved traume<br />
→ ødem<br />
→ fald i microcirculation<br />
→ fald i nervefunktion<br />
Hvad afhænger nerveskade af?<br />
Kraftens:<br />
Typer nervelæsioner<br />
Stræk<br />
Tryk<br />
Størrelse<br />
Type<br />
Varighed<br />
3 ting afhænger af hinanden
Tension af perifær nerve<br />
Mindre diameter → blod flow begrænses<br />
Varighed + deformationsgrad → grad af nerveskade<br />
Kompression af perifær nerve<br />
Nedsat blod flow<br />
Ændret transport i axonet<br />
Tryg gradient = størst ved kanten af kompressionen<br />
→ størst skade der<br />
varighed af tryk:<br />
5 min. → ingen nedsat funktion<br />
6 timer → føleforstyrrelser
Spinal nerver<br />
Nerverødder:<br />
Omgivet af:<br />
ingen:<br />
Epineurium<br />
Perineurium<br />
Cerebrospinal væske<br />
Indsnævres ud i foramen intervertebrale<br />
I foramen intervertebrale:<br />
Kompression<br />
Gradvist mindre plads<br />
→ øget permeabillitet af kapilærer<br />
→ ødem<br />
→ entrapment syndrom pga. stramt bindevæv<br />
Dorsale rod granglion = specielt følsom for kompression<br />
Extrisic<br />
Intrinsic<br />
Spinale nerve rødder<br />
3 snoede kar ned i fasciclerne<br />
kapillær netværk<br />
blod-‐nerve barriere i endoneurale kapilærer<br />
Bevæger sig frit<br />
Kompression over lang tid → øget skade pga. viskoelastisk materiale<br />
Hurtige tryk → kraftigere ødem = større skade<br />
Kompression → udskillelse af substans P → smerte<br />
Spinale nerver = meget følsomme for påvirkninger pga. manglende bindevæv
Central spinal stenose<br />
Nerveregeneration<br />
Cirkumferentiel kompression<br />
Langsom proces<br />
Vaskulære stukturer = meget følsomme<br />
Dobbeltkompression → endnu større smerte<br />
Mulig i PNS<br />
Umulig i CNS<br />
Schwanns celler skal være tilstede<br />
Skade<br />
Aldersforandringer<br />
Makrofag resorption af distale axon<br />
Proximale axon vokser igen ud i myelinskeder<br />
Ingen myelinskede → kaosvækst → fantomsmerter<br />
70år:<br />
30år:<br />
Nedsat vibrationssans i underekstremitet<br />
Lidt nedsat berøringssans + hævet smertetærskel<br />
let nedsat ledningssans begynder<br />
rehabilitering af ældre lykkes mindre godt
Makroskopisk knoglestruktur<br />
Knoglevæv<br />
Yderst: Kortikal knogle<br />
Inderst: Trabekulær knogle<br />
Periosteum incl. Kar + nerver<br />
Kortikal og trabekulær knogle = mekanisk forskellig<br />
Osteocytter<br />
Osteoblaster<br />
Osteoklaster<br />
Organisk materiale<br />
Uorganiske salte<br />
Kollagene fibre = 95% af extracellulære matrix<br />
Proteiner<br />
Polysaccharider<br />
GAG = Proteoglykaner = 5% af extracellulære matrix<br />
Calcium<br />
Phosphat (hydroxyapatit)<br />
65-‐7+% af tør-‐vægt
Knogle egenskaber<br />
Knoglevæv<br />
Bifasisk materiale (som glasfiber)<br />
Stærkt<br />
Fleksibelt<br />
Mineralske slate = skrøbeligt / stærkt materiale<br />
Kollagene fibre = fleksibelt materiale<br />
Tilsammen stærkere relativt til vægten end hver for sig<br />
Periost<br />
Knogler belastes<br />
Sharpeys’ske fibre<br />
Koncentriske lameller (indre + ydre grundlameller)<br />
Haverske lamelsystemer = osteon<br />
Haverske kanaler<br />
Volkmannske kanaler<br />
Kitlinier<br />
Unload<br />
Tension<br />
Kompression<br />
Bøjning<br />
Shear<br />
Torsion<br />
Kombineret load
Stræk + spænding = tension<br />
Kompression<br />
Forskydning (shear)<br />
Modsatrettede kræfter ligeligt fordelt<br />
Knoglen forlænges og afsmalnes<br />
Avulsionsfraktur<br />
Modsatrettede kræfter<br />
Typisk skader på knogler med<br />
Mængde spongiøst væv<br />
mod hinanden ligeligt fordelt<br />
Knoglen forkortes og fortykkes<br />
Kompressionsfraktur<br />
Typisk knolger med<br />
stor mængde spongiøst væv<br />
(vertebrae, calcaneus)<br />
Modsatrettede kræfter vinkelret<br />
på knoglen<br />
Indre deformation -‐> vinkelændring<br />
Stump / spids<br />
Tværfraktur = vinkelret fraktur<br />
Typisk knogler med stor mængde<br />
spongiøst væv<br />
(femur kondyl, tibia plateau)
Bøjning<br />
3 -‐> 4-‐punkts bøjning<br />
kombination af stræk på 1. side<br />
kopression på 2. side af neural aksen<br />
tværfraktur, skråfraktur<br />
3-‐punkts bøjning (skistøvle)<br />
4-‐punkts fraktur<br />
knogler = svagest ved stræk<br />
→ fraktur først ved den ene side<br />
hvor der er stræk<br />
Punktet hvor kraften i er i midten<br />
modsatrettet kraften på 2 yderpunkter<br />
fraktur hvor knogle er svagest mellem de 2 sæt kræfter<br />
2 midterste kræfter = modsatrettet de 2 yderste kræfter
Vridning (torsion)<br />
Modsatrettede kræfter<br />
Vride karklud<br />
Kraftmoment = torque<br />
→ dannet inde i knoglen<br />
kraften er størst perifært i cylinderen<br />
Både parallelle og vinkelrette kræfter på neutral aksen<br />
Maksimal stræk og kompression diagonalt på neutral aksen<br />
1. fraktur pga. forskydning<br />
2. fraktur pga. max stræk<br />
spiralfraktur<br />
typisk for rørknogler<br />
femur, tibia<br />
Kombineret belastning<br />
Knogler er konstant belastet i flere uafhængige retninger<br />
Udformning = ureglmæssig, f.eks. ikke udformet som rigtigt rør<br />
Trabekler belastes forskelligt afhængigt af deres retning<br />
Fraktur = oftest som følge af flere forskellige samtidige belastninger<br />
Anisotropisk krakteristika<br />
Forskellige mekaniske egenskaber under belastning fra forskellige retninger<br />
Knogler strækkes ved:<br />
Kompression<br />
Træk<br />
Forskydning
Hastigheden for belastningen<br />
Knoglers geometri<br />
Knogler = viskoelastisk materiale<br />
Hurtig belastning → Stivere opførsel<br />
→ mere energi ophobes<br />
Langsom belastning → mindre stiv opførsel<br />
→ mindre energi ophobes<br />
Lav-‐, høj-‐, meget høj-‐energi fraktur<br />
Tværsnitsareal → evne til at modstå tension og kompression proportional med<br />
TvA<br />
Form<br />
Længde<br />
Load-‐deformationskurve<br />
tykkere knogle → stærkere knogle<br />
Længere knogle → større bøjningsmoment<br />
Inertimoment = tværsnitsarealet og distribution af knoglevæv<br />
omkring neutral akse → væsentlig i forhold til bøjning<br />
større inertimoment → stærkere knogle + stivere knogle<br />
1. Elastisk område<br />
a. Knoglen vender tilbage til oprindelige form efter belastning<br />
2. Yield punkt<br />
a. Punkt hvor de yderste fibre brister → point-‐of-‐no-‐return<br />
3. Plastisk område<br />
a. Knogle = permanent deformeret efter belastningen<br />
4. Ultimate failure punkt<br />
a. fraktur<br />
b. knogle stivhed måles på hældningen af kurven<br />
i. stejlere kurve → stivere knogle<br />
c. arealet under kurven → lagret energi
Stress-‐strain kurve<br />
Samme som load-‐deformation<br />
Mere som forhold<br />
Knoglers remodulering<br />
Stress = kraft / load over areal<br />
Strain = %’vis deformation som følge af belastning → ændring af længden<br />
Longitudinal deformitet = ændring af længde = %’vis<br />
Shear deformitet = ændring af vinkel i forhold til vinkelret = grader = γ<br />
Samme opdeling af områder som ved load-‐deformations kurven<br />
Elastiske område = youngs modul<br />
Udtrykt: Stress / strain<br />
Stejlere kurve → stivere materiale<br />
Kortikal knogle = stivere end trabekulær knogle<br />
→ ↑stress, ↓strain<br />
Spongiøst væv → fraktur ved 25%<br />
Kompakt væv → fraktur ved 2%<br />
Wolff’s lov:<br />
Knogle deponeres der hvor der er brug<br />
for det<br />
resorberes hvor der ikke er brug for det<br />
Immobilisering af aber i 60 dage →<br />
knoglers brudstyrke reduceres til 1/3<br />
Plader som isættes ved fraktur bør fjernes<br />
efter heling
Indflydelse på knoglers opbygning<br />
Belastning / immobilisering (motion)<br />
Medicin (steorider / kønshormoner)<br />
Meno-‐pause<br />
Rygning<br />
Sollys (D-‐vitamin)<br />
Calciumindtag<br />
Arv + miljø<br />
Alders afhængig degenerative forandringer i knogler<br />
Mænd: begynder omkring 27år<br />
Kvinder: begynder omkring 30 år<br />
Longitudinelle trabekler udtyndes<br />
Nogle transverse trabekler resorberes<br />
Mindre knoglemasse → ↓knoglestyrke<br />
Dvs. Lavere knoglemineraltæthed (BMD)<br />
Knoglers overordnede funktion<br />
Beskytter organer<br />
Fæste for muskler<br />
Ca depot<br />
Blodlegemer<br />
Ligamenters funktion<br />
Sørge for at knogler ”hænger sammen”<br />
Sikre mekanisk stabilitet i leddene<br />
Styre leddets bevægelse<br />
Hindre bevægelser i ufysiologiske retninger
Serners funktion<br />
Hæfte for muskler<br />
Overføre tensile kræfter fra muskler til knogler / led<br />
Med til at sikre ledbevægelse<br />
Placerer muskeltrækningen i optimal position i forhold til ydelse + funktion<br />
Sener og ligamenters opbygning<br />
Parallelt-‐orienteret kollagent væv<br />
Grundsubstans:<br />
Sammensætning + struktur<br />
Kollagent væv:<br />
Sparsomt vaskulariseret<br />
PG 20%<br />
Glycoproteiner<br />
+andre små molekyler<br />
Dannes af fibroblaster<br />
Type 1 kollagen<br />
Kollagene inbyrdes bindinger = tværbroer<br />
Vigtige for kollagenmolekylers stabiliet<br />
Stærkt parallelorienteret kollagent væv → høj styrke i uniaksial tension<br />
Elastin:<br />
Generelt sparsomt i ligamenter<br />
Gælder ikke lig. Flavum<br />
→ fleksibelt for at undgå afklemning
Vaskularisering<br />
Proprioreception<br />
Bursae<br />
Begænset<br />
Påvirker direkte helingsprocessen<br />
+ metaboliske aktivitet i sener + ligamenter<br />
Primære blodforsyning fås fra højt vaskulariseret insertionsområde<br />
Sener + ligamenter har mange højt specialiserede nerveender<br />
Spiller stor rolle i proprioception + nociception<br />
Dannes et ekstra-‐synovialt lag, hvor sener + ligamenter<br />
Bliver udsat for stor friktion<br />
→ slimsække = bursae<br />
Insertion sene → knogle<br />
Gradvise skift fra sene til knogle ved insertion<br />
→ ændring i de mekaniske egenskaber ved senen<br />
Opdelt i 4 zoner:<br />
øget stivhed / styrke<br />
Senen<br />
Gradvis indfletning i fibrocartilago<br />
Fibrocartilago<br />
Forbindes med kortikale del af knoglen
Biomekaniske egenskaber for sener og ligamenter<br />
Sener:<br />
Load-‐elongationskurve<br />
Lig. Flavum<br />
Hysterese<br />
Stærke:<br />
Fleksible:<br />
Kan modstå tensile kræfter<br />
(opstår under muskel kontraktion)<br />
Kan bøje omkring knogler<br />
(adaption til underliggende strukturer)<br />
Elongation rate = konstant forlængelseshastighed<br />
→ klassisk load/elongation forløb<br />
Load/elongation kurve:<br />
Toe region<br />
Linær region<br />
Yield point<br />
Max load<br />
Strain ca. 1,5% → 4%<br />
Kan strækkes 50% før markant stivhed observeres<br />
Stigning = stejl<br />
Kort efter indtræder Pmax omkring 70%<br />
Areal mellem load og undload = tabt energi i væv
Senestyrke<br />
Normale aktiviteter:<br />
→ belastning af:<br />
ligamenter + sener mindre end<br />
1/3 af deres max tension styrke<br />
Hop + løb → 2%-‐5% strain på ligamenter + sener<br />
Max strains mellem 9%→30%<br />
Tværsnitsarealet → hvor stærk senen er<br />
Stort TvA → Stærkere sene<br />
Sener kan klare dobbelt så høj træk i forhold til musklerne<br />
Fiberskader ses ved insertionen eller i selve muskelbugen<br />
→ sjældent i selve senen
Seners og ligamenters viskoelastiske egenskaber<br />
Stress relaxation<br />
Creep<br />
Stor sammenhæng med stræk-‐hastighed<br />
Større belastningshastighed:<br />
→ stejlere kurve = større stivhed<br />
under cyklisk belastning: skiftevis load/unload:<br />
→ mindre hysterese = mindre areal mellem kurver<br />
Stress-‐strain kurven forskydes mod højre<br />
Indikerer tilstedeværelse af non-‐elastisk komponent<br />
Graden = irriversibel → deformation vil øges for hver cyklus<br />
Mikrofraktur sker allerede indenfor den lineære region = fysionlogiske område<br />
Ved langsom loading rate: 60s to failure<br />
Typisk ved ruptur ved knogle insertion<br />
Hurtigloading rate: 0,6s to failure<br />
Typisk ved ruptur af senen<br />
Øget loading rate → øger knoglestyrken mere end senestyrke<br />
Konstant træk / længde indenfor normale område<br />
Ses en faldende belastning: kan falde over meget lang tid<br />
Konstant belastning: indenfor normale område<br />
Først ses en initial øget deformation<br />
Som langsomt indstiler sig på næsten vandret forløb = ligevægt
Ligament ruptur og skadesmekanisme<br />
Ligament belastes (strækkes) udover dets fysiologiske grænse,<br />
→ mikrofrakturer allerede inden Yield point (Plin) passeres<br />
Yieldpoint passeres → ligamentet undergår store deformationer<br />
→ makrofrakturer<br />
Kategorisering af ligamentskade<br />
3 kliniske niveauer:<br />
1. få ubetydelige symptomer<br />
2. Stærkesmerter + klinisk ses let instabilitet<br />
a. Væsentlig lig. ruptur + lig. styrken kan være nedsat med op til 50%<br />
3. Udtalt smerte under traumet og klinisk ved total instabillitet<br />
a. Der behøver ikke være komplet ruptur af ligamentet<br />
Faktorer der påvirker seners + ligamenters biomekaniske egenskaber<br />
Modning + aldring<br />
Undermodning: til 20år<br />
Ses øget tværbroer mellem de kollagene fibre<br />
Stagnation i en tid før degeneration ses<br />
Graviditet og postpartum (efter fødsel) perioden<br />
Øget bøldhed / eftergivenhed især i sidste triester<br />
Sker omkring os pubis + sacro iliaca leddet
Mobilisering og immobilisering<br />
Diabetes mellitus<br />
Meicin<br />
Senernes + ligamenternes mekaniske egenskaber<br />
afhænger af ydre belastninger<br />
(ligesom wolff’s lov)<br />
Fysisk aktivitet / træning<br />
→ øger tensile styrke; svækker den tensile styrke<br />
Øget risiko for:<br />
sene kontraktur<br />
tenosynovit<br />
ledstivhed<br />
Elastiske egenskaber ændres ikke; viskøse komponent øges<br />
Steroider:<br />
NSAID:<br />
Kortikosteroider injiceret kort efter skade<br />
→ forværring for de biomekaniske + histologiske<br />
egenskaber i et ligament<br />
Kortvarig behandling med NSAID<br />
→ ikke skadelig for heling af senen<br />
→ øger helingsprocessen
Change language