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La competenza meccanica dell’osso osteoporotico: cosa è opportuno conoscere, cosa è opportuno evitare, quando è opportuno fermarsi, nel trattamento delle fratture da fragilità

Relatore: C. Trevisan!


BONE AS A HIERARCHICAL MATERIAL!


Scheletro! ! ! 256 ossa! Peso: circa 5kg! HA circa 2Kg! ECF: 1-1,5 litri! Superficie Ossea Totale: 1000-5000 m²! 25000 cellule per mm³!


COMPETENZA MECCANICA DEL TESSUTO OSSEO
 
 !


QUANTITA’ DI MATERIALE! Bone compressive strength: the influence of density and strain rate Carter DR, Hayes WC Science 194: 1174-1176, 1976.


PROPRIETA’ STRUTTURALI – Geometria: forma e dimensione!


PROPRIETA’ STRUTTURALI – Geometria: forma e dimensione!


PROPRIETA’ STRUTTURALI – Geometria: forma e dimensione!


PROPRIETA’ STRUTTURALI – Geometria: forma e dimensione!


PROPRIETA’ DEL MATERIALE! Lo strato composito minerale-collageno è il blocco base di costruzione al livello più basso. È ben conservato rispetto ai diversi tipi di tessuto osseo e tra le diverse specie.! 67 nm

1,5 nm

Particelle di fosfato di calcio con spessore = 2 – 4 nm

Molecole di collageno a tripla elica 300 nm lung.

crosslinks

WJ Landis et al., Micr. Res. Tech., 1996


PROPRIETA’ DEL MATERIALE!

Bassa mineralizzazione

Elevata Mineralizzazione

Reproduced with permission from Seeman E. Advances in Osteoporotic Fracture Management 2: 2-8; 2002 and Currey JD. J Biomechanics 12: 459-469; 1979


INVECCHIAMENTO – Riduce la Quantità di Materiale!


INVECCHIAMENTO – Deteriora l’Architettura Trabecolare
 !


INVECCHIAMENTO – Perdita delle Trabecole di Connessione! Ruolo strutturale delle trabecole Resistenza alla compressione delle trabecole interconnesse e disconnesse

AGE 40yrs

AGE 80yrs

1

16 X

Bell et al. Calcified Tissue Research 1: 75-86, 1967


INVECCHIAMENTO – Alterazioni delle Corticali!

AGE 34yrs

AGE 76yrs


INVECCHIAMENTO – Alterazioni delle Corticali!


INVECCHIAMENTO – Irrigidisce il Materiale! Eterogenea Bassa mineralizzazione

Osso "giovane"

Elevata Mineralizzazione

Osso "vecchio"

Cristalli minerale

Omogenea Cross-links collagene Non riducibile

Riducibile


INVECCHIAMENTO – Aumento degli Stress Riser!

Trasmissione degli stress meccanici

stress “riser”

Adapted from Parfitt AM. Am J Med, 1987


INVECCHIAMENTO – Microcracks!


INVECCHIAMENTO – Microcracks!


From a mechanical perspective, age-related degradation appears to be more pronounced for mechanical properties associated with tissue failure than for those associated with tissue stiffness. 
 
 Fracture toughness and ultimate tensile strain show age-related changes of about 5–10% per decade, elastic moduli in tension or compression degrade by only about 2% per decade . 
 
 It appears, therefore, that the relationship between stiffness properties and failure properties changes with increasing tissue maturity. 
 
 This is especially problematic because non-invasive image assessment measures mineral density, which is more closely related to stiffness properties than to failure strength or toughness.
 !


INVECCHIAMENTO – Osso Trabecolare! The bone mineral content and ultimate compressive strength of lumbar vertebrae Hansson T, Roos B, Nachemson A

Spine 5: 46-54, 1980

71%


INVECCHIAMENTO – Osso Corticale!

50%

McCalden RW et al. J Bone Joint Surg 75-A: 1193, 1993


TENUTA DELLE VITI IN OSSO SANO E OSTEOPOROTICO!


COMPETENZA MECCANCA – Massa Ossea e Cicli di Carico !

Lim T-H et al. Spine 20(23): 2565, 1995


Cosa è opportuno evitare – Osteosintesi Insufficienti!


Cosa è opportuno evitare – Errori di Tecnica!


Quando è opportuno fermarci!


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Trevisan la competenza meccanica dell'osso osteoporotico  
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