Anatomie a biomechanika kolenní chrupavky (PDF - 1.25 MB) - SSTA
Anatomie a biomechanika kolenní chrupavky (PDF - 1.25 MB) - SSTA
Anatomie a biomechanika kolenní chrupavky (PDF - 1.25 MB) - SSTA
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
14.2.2012<br />
<strong>Anatomie</strong> a <strong>biomechanika</strong><br />
<strong>kolenní</strong> <strong>chrupavky</strong><br />
Vojtěch HAVLAS<br />
Ortopedická klinika UK - 2.LF<br />
a FN v Motole<br />
Stavba hyalinní <strong>chrupavky</strong><br />
• Chondrocyty<br />
• Kolagenní vlákna<br />
• Mezibuněčná hmota<br />
– Hyaluronát<br />
– Proteoglykany (ChS,KS,DS)<br />
– Lipidy, fosfolipidy, proteiny …<br />
– Voda (60-80%)<br />
1
14.2.2012<br />
Složení EC matrix<br />
Chondrocyt<br />
• Produkce hyaluronátu (HA)<br />
• Produkce proteoglykanů<br />
• Syntéza kolagenu<br />
(kolagen II = hyalinní chrupavka)<br />
2
Počet buněk (x1000/mm2)<br />
14.2.2012<br />
Přirozený úbytek chondrocytů<br />
125<br />
100<br />
75<br />
50<br />
dětství adolescence dospělost<br />
25<br />
0<br />
0 10 20 30<br />
Věk (roky)<br />
Kolagenní vlákna<br />
• Kolagen II. typu (také typ IV,VI, X,XI)<br />
• Cross-links (hydroxipiridin)<br />
• 3D síť<br />
Struktura <strong>chrupavky</strong><br />
Mechanická odolnost chr.<br />
bez zátěže<br />
v zátěži<br />
3
14.2.2012<br />
Struktura kolagenu - SEM<br />
Proteoglykany<br />
Chondroitinsulfát<br />
Keratansulfát<br />
Dermatansulfát<br />
Hustota <strong>chrupavky</strong><br />
Obsah vody = viskoelastické vlastnosti <strong>chrupavky</strong><br />
4
14.2.2012<br />
% složení kloubní<br />
<strong>chrupavky</strong><br />
Voda<br />
Proteoglykany<br />
a<br />
kolagen<br />
Organizace <strong>chrupavky</strong><br />
lamina splendens<br />
povrchová vrstva<br />
střední vrstva<br />
hluboká vrstva<br />
kalcifikovaná chrupavka<br />
tide mark<br />
subchondrální kost<br />
spongiózní kost<br />
Třecí koeficient (lamina splendens):<br />
Chrup. – Chrup. = 0,01<br />
Led – Led = 0,1<br />
Látka - Ocel = 0,3<br />
Pneu - Asfalt = 1,0<br />
5
14.2.2012<br />
Biomechanické vlastnosti<br />
• Anizotropie<br />
• Nehomogenita<br />
• Viskoelasticita = voda a PG<br />
• (Pevnost = kolagenní vlákna)<br />
• Avaskulární tkáň<br />
• Nízká kapacita hojení (vazivová chrupavka = kolagen I)<br />
Princip viskoelasticity při kompresi<br />
Mechanické vlastnosti<br />
hyalinní X vazivová<br />
kolagen<br />
proteoglykany<br />
!!!<br />
elastin<br />
glykoproteiny<br />
HYALINNÍ CH.<br />
VAZIVOVÁ CH.<br />
Hlavní zodpovědnost za viskoelastické vlastnosti<br />
HYALINNÍ <strong>chrupavky</strong> nesou PROTEOGYLANY !!!<br />
6
14.2.2012<br />
Mechanické vlastnosti<br />
Pro klinické modelování zjednodušujeme na:<br />
• Izoelastický, izotropní, homogenní materiál<br />
• Lineárně-elastický model<br />
• Pro testování nutno vybrat reprezentativní<br />
lokus<br />
7
Deformace (mm)<br />
Síla (N)<br />
14.2.2012<br />
Deformace na čase<br />
Síla na čase<br />
0,1<br />
0,09<br />
0,08<br />
0,07<br />
0,06<br />
0,05<br />
0,04<br />
0,03<br />
0,02<br />
0,01<br />
0<br />
0 500 1000 1500<br />
Čas (s)<br />
0,16<br />
0,14<br />
0,12<br />
0,1<br />
0,08<br />
0,06<br />
0,04<br />
0,02<br />
0<br />
0 500 1000 1500<br />
čas (s)<br />
Měřené veličiny:<br />
Síla F [N]<br />
Deformace L [mm]<br />
Poměrná deformace ε<br />
Vypočtené veličiny:<br />
Tuhost K = F / L [N/mm]<br />
Napětí (tlak) σ = F / A (plocha) [N/mm2 = MPa]<br />
Youngův modul E = σ / ε (poměrná deformace) [N/mm2 =MPa]<br />
8
Napětí (N/mm2)<br />
Síla (N)<br />
14.2.2012<br />
Tuhost<br />
K=3,27 N/mm<br />
0,16<br />
0,14<br />
0,12<br />
0,1<br />
0,08<br />
0,06<br />
0,04<br />
0,02<br />
0<br />
y = 3,312x - 0,0865<br />
y = 3,5568x - 0,1779<br />
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1<br />
Deformace (mm)<br />
Youngův modul pružnosti<br />
E=2,54 N/mm2<br />
0,18<br />
y = 2,7428x - 0,2294<br />
0,16<br />
y = 2,5152x - 0,1088 R 2 = 0,9988<br />
0,14<br />
R 2 = 0,998<br />
0,12<br />
0,1<br />
0,08<br />
0,06<br />
0,04<br />
0,02<br />
0<br />
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16<br />
Poměrná deformace<br />
Řada1<br />
Řada2<br />
Havlas V.: Kontakt; 7(1-2): 141-145, 2005<br />
Poranění <strong>chrupavky</strong><br />
9
14.2.2012<br />
Hyalinní chrupavka<br />
Trauma / Degenerace<br />
Vazivová chrupavka<br />
Artróza<br />
Etiologie defektů <strong>chrupavky</strong><br />
I. Osteochondritis dissecans<br />
II. Traumatické (až 3 z 5)<br />
III. Degenerativní / kombinované<br />
Prevalence výskytu:<br />
Curl (1997) 31516 artroskopií 20% celkem<br />
5% pod 40 let<br />
Kaplan (2005) MRI asymptomatičtí vrcholoví basketbalisté 55%<br />
Ding (2005) MRI asymptomatické populace 31% pod 45 let<br />
51% nad 45 let<br />
Widuchovski (2007) 25124 artroskopií 60% celkem<br />
9% pod 40 let<br />
Stahl (2009) MRI asymptomatické populace 45%<br />
10
14.2.2012<br />
Osteochondrosis dissecans<br />
Conway 1937<br />
Akutní traumatické<br />
11
14.2.2012<br />
Degenerativní<br />
(trauma, chronické)<br />
Primární role chondrocytů ?<br />
Produkce Interleukinu 1<br />
TNF alfa<br />
TGF beta<br />
Prostaglandiny - derivace lytických enzymů<br />
Degradace kolagenu a proteolykanů<br />
Inhibice syntézy matrix<br />
Redukce množství GAG<br />
Smížení vazeb mezi GCS a kolagenem<br />
Změna obsahu vody v matrix<br />
Snížení odolnosti na tah a tlak<br />
12
14.2.2012<br />
Patogeneze - rekapitulace<br />
vyvolávající podnět<br />
<br />
biochemické změny<br />
<br />
mikroskopické změny<br />
<br />
makroskopické změny<br />
<br />
klinické změny<br />
<br />
RTG změny<br />
Biologie hojení <strong>chrupavky</strong><br />
• Autoreparační schopnosti minimální<br />
• Vazivová jizva (fibroblasty, kolagen I)<br />
• Nepříznivé BM vlastnosti<br />
• Rozvoj artrózy<br />
• Cílem terapie<br />
– obnovit hladkou a kongruentní plochu kloubu<br />
– snaha vytvořit hyalinní chrupavku (kolagen II)<br />
13
14.2.2012<br />
Klasifikace<br />
• Outerbridge (1961)<br />
1) Edém<br />
2) Fragmentace <strong>chrupavky</strong><br />
3) Trhlina <strong>chrupavky</strong><br />
4) Eroze SCH kosti<br />
• ICRS (1998, 2002)<br />
• Hloubka I-IV<br />
• Lokalizace - mapování<br />
• MRI klasifikace (Yulish)<br />
• Osteochondritis dissecans<br />
– MRI (Nelson 1990)<br />
– ASK (Guhl 1979)<br />
Clanton-De Lee 1982<br />
1. osteochondrální zlomenina s depresí<br />
2. přihojený fragment<br />
3. separovaný, nedislokovaný fragment<br />
4. volný defekt – separace fragmentu<br />
Noyes, Stabler 1989 (kombinovaná)<br />
• povrch <strong>chrupavky</strong> (vzhled)<br />
• rozsah postižení (chrupavka / SCH kost)<br />
• velikost léze (10 mm, >25 mm)<br />
• lokalizace (femur, tibie, sulcus, patella)<br />
• úhel kontaku (úhel kontaktu s protilehlou kl. Plochou)<br />
14
14.2.2012<br />
Outerbridge 1961<br />
(povrch <strong>chrupavky</strong>)<br />
1. st.: změknutí + edém<br />
2. st.: fragmentace povrchu<br />
3. st.: fibrilace, trhliny<br />
4. st: eroze SCH kosti<br />
Outerbridge RE. The etiology of chondromalacia patellae.<br />
J Bone Joint Surg. 1961;43-B:752-757.<br />
Cíl terapie :<br />
• zachovat pevnou chrupavku<br />
• obnovit hladkou a kongruentní plochu kloubu<br />
• snaha vytvořit hyalinní chrupavku (obtížně regenerovatelná)<br />
X<br />
• horší biomechanické vlastnosti (menší mechanická odolnost<br />
na zátěž a střižné síly<br />
15
14.2.2012<br />
1743<br />
Poznatky Hippokratovy o hojení kloubní <strong>chrupavky</strong><br />
potvrdil britský anatom<br />
William Hunter (1718 – 1783)<br />
„… kloubní chrupavka, pokud dojde k jejímu<br />
poškození nebo ke vzniku patologického onemocnění,<br />
se nezhojí.<br />
Hunter W. Of the structure and diseases of articulating cartilage. Phil Trans 1743:42:514-521.<br />
Děkuji za pozornost<br />
16
Change language