AZ INAK ÉS SZALAGOK BIOMECHANIKÁJA

Az előadások a következő témára: "AZ INAK ÉS SZALAGOK BIOMECHANIKÁJA"— Előadás másolata:

1 AZ INAK ÉS SZALAGOK BIOMECHANIKÁJA

2 Az ín szerkezete

3 Az inak és szalagok összetétele és szerkezete
Sejtes anyag 20 %, Sejtközötti állomány 80% A sejtközötti állomány 70 % vizet, 30 % szilárd anyagot tartalmaz

4 A végtagi inak akár 99 % kollagént is tartalmazhatnak
SZILÁRD ANYAGOK Kollagének (75 %) Elasztin ( 2-5 %) Alapanyagok (gélszerű anyagok, PGs) % A végtagi inak akár 99 % kollagént is tartalmazhatnak

5 A kollagén molekulák a fibroplaszt által szintetizálódnak a sejten belül mint nagyobb prokollagének, amelyek aztán kiválasztódnak és széthasadnak kollagénekké.

6 A kollagének mikrostruktúrája
Keresztösszeköttetés is található a kollagén molekulák között, amelyek lényeges szereppel bírnak a molekulák fibrulomokká alakításában. A keresztösszekötetés növeli a kollagén fibrillumok erőkifejtését a nyújtó erővel szemben. A kollagén molekulák lépcsőzetesen eltolt kötegekké szerveződnek. Az inak és szalagok I típusú kollagénekből állnak. Ez a molekula három polipeptide láncból ( lánc) formálódik, mindegyik helixé tekeredve.

7 MICRO STRUCTURE OF COLLAGENE

8 INAK SZALAGOK

9 ELASZTIKUS ROSTOK ÉS ELASZTIN
Az egészséges emberi inak 10 %-ban elasztikus rostokból épülnek fel. 2%-az inak szárazanyag tartalmának nem kollagén fehérje, hanem elastin. A rostos porc és az ásványi anyag tartalmú rostos porc csont-ín összeköttetésnél elasztikus rostokból állnak.

10 LIGAMENTUM FLAVUM ELASZTIN : KOLLAGÉN = 2 : 1

11 ÍN-IZOM, ÍN-CSONT ÁTMENET
Ín-izom átmenet midsubstance IZOM ÍN CSONT

12 Ujjszerű befűződések: 1-8 m ín
Az átkapcsolódási %-al nagyobb a II típusú izomrostok esetében izom

13 Rostos porc (gyerekek 1-2 mm, felnőttek 150-400 m)
Ín-csont átmenet Rostos porc (gyerekek 1-2 mm, felnőttek m)

14 Vérellátás Az Achilles inban 2-6 cm-es zónában nem találhatók kapillárisok az ín-izom átmenetnél.

15 BIOMECHANIKAI JELLEMZŐK

16 ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS
NYÚJTÁSI ERŐ NYÚJTÁSI ERŐ MEGNYÚLÁS MEGNYÚLÁS STRESS - STRAIN STIFFNESS - COMPLIENCE ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS NYÚJTÁSI ENERGIA HISZTERÉZIS

17 Erő-elmozdulás összefüggés
ACL Length: area:

18 ERŐ – MEGNYÚLÁS GÖRBE dL = 15 mm F = 1500 N Noyes and Grood, 1976
Noyes et al. 1984 dL = 15 mm F = 1500 N

19 Tiszta kollagén megnyúlás
Elnyuló szakasz: 1-4 % Líneáris szakasz: 2-5 %

20

21 Relaxált Megnyújtott

22 A patella ín hossz-feszülés jellemzőinek mérése kadaver modellen
PT ACL Noyes et al. 1984 Ahmed et al. 1987

23 Kadaver inak megnyúlása
Noyes et al. 1984 dL = 10 mm F = 3000 N Ahmed et al. 1987 Huberti et al. 1984 F = N

24 ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS
NYÚJTÁSI ERŐ MEGNYÚLÁS STIFFNESS - COMPLIENCE STRESS - STRAIN ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS NYÚJTÁSI ENERGIA HISZTERÉZIS

25 ERŐ – MEGNYÚLÁS KAPCSOLAT
Stiffness = dF • dl-1 769.2 N m-1 335 N m-1 dF dl Noyes et al. 1984

26 Az ín hosszúság és keresztmetszet hatása a stiffness-re
STIFFNESS = dF / dL COMPLIENCE = dL / dF

27 STIFFNESS 129 N/mm 182 N/mm 194 N/mm 140.8 N/mm 161 N/mm 756 N/mm
ACL Ember (50 yr) 129 N/mm Noyes et al.1976 Ember (22 yr) 182 N/mm Rheusus majom 194 N/mm In vivo Első interosseus izom ina a mutatóujjon 140.8 N/mm Cook and McDnogh, 1996 Tibialis anterior ín 161 N/mm Maganaris and Paul, 1999 Patella ín 756 N/mm Tihanyi et al., 2000

28 ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS
NYÚJTÁSI ERŐ MEGNYÚLÁS STIFFNESS - COMPLIENCE STRESS - STRAIN ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS NYÚJTÁSI ENERGIA HISZTERÉZIS

29 N / m2, Pa STRESS - STRAIN Hogyan számítjuk ?
Erő / keresztmetszeti terület N / m2, Pa

30 digital extensor és flexor ín
ÁLLAT MODELL Shadwick (1990) Újszülött Felnött Sertés digital extensor és flexor ín Megnyúlás: Stress : 17%, 7-9 % 16 MPa 40-90 MPa

31 HUMAN MODELL ACL Idős Fiatal Rheosus majom Strain (%): Stress (MPa): 21.9 25.5 38.0 13.3 37.8 66.1 In vivo Tibialis anterior Patella ín Strain (%): Stress (MPa): 2.5 17.9 25 39.3

32 ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS
NYÚJTÁSI ERŐ MEGNYÚLÁS STIFFNESS - COMPLIENCE STRESS - STRAIN ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS NYÚJTÁSI ENERGIA HISZTERÉZIS

33 ELASTIKUS/ YOUNG MODULUS
E = (F/A) / dl/L

34 ELASTIKUS (YOUNG) MODULUS
Δσ Δε

35 RUGÓ TÍPUSÚ AZ ÍN ? AQF APT > 30

36 A QUADRICEPS FEMORIS TRANSVERZÁLIS METSZETEI
Keresztmetszeti területek A QUADRICEPS FEMORIS TRANSVERZÁLIS METSZETEI Anatómiai: 110,8 cm2 Élettani: 126,813,2 cm2 1,10,2 cm2

37 HUMAN MODELL 65.3 111 186 1200 260 Számítások: 1200 - 2900 MPa
ACL Idős Fiatal Rheosus majom E (MPa): 65.3 111 186 In vivo Tibialis anterior Patella ín E (MPa): 1200 260 Számítások: MPa

38 Nyújtási energia W = dF · dl =

39 2.0 – 5.0 AZ ÍNAK BIZTONSÁGI FAKTORA Maximális feszülés (erő)
A sporttevékenység alatt meghatározott maximális erő 2.0 – 5.0

40 Mélybeugrás Leugrási magasság: 40 cm Erőplató: Kistler FP 9287A

41 Forgatónyomaték a térdnél
Patella ínra ható erő Biztonsági faktor 3.0 L = m

42 Biztonsági faktor  1.4

43 M = 580 Nm F = N ? Biztonsági faktor 

44 HISZTERÉZIS Hiszterézis = A/ A+B · 100 5.1 %

45 A keresztösszeköttetések száma 20 éves korig nővekszik, majd csökken.
MATURÁCIÓ ÉS ÉLETKOR Az inak mechanikai tulajdonságai a keresztösszeköttetések számától függ. A keresztösszeköttetések száma 20 éves korig nővekszik, majd csökken.

46 digital extensor és flexor ín
Nyújtási energia (J/kg) digital extensor és flexor ín Újszülött Felnött E: 900 Human patella ín E: 5744

47 A FIZIKAI TERHELÉS HATÁSA
Növekszik a maximális nyújtóerő elasztikus energiatárolás a sérülésekkel szembeni ellenállóképesség

48 A bemelegítés hatása Növekszik A stiffness nem változik
a nyújtási erő, A megnyúlás mértéke elasztikus energia tároló képesség A stiffness nem változik

49 IMMOBILIZÁCIÓ - REHABILITACIÓ

50 energy % Force 100 100 91 92 79 78 69 61 intact intact IMMOB (8 hét)
95 energy 90 Force 85 80 75 100 100 91 92 70 65 79 78 60 69 61 55 50 intact intact IMMOB (8 hét) IMMOB (8 hét) REHAB (5 hónap) REHAB (12 hónap) REHAB (5 hónap) REHAB (12 hónap)

51 A GYÓGYSZEREK HATÁSA

52 NEM SZTEROIDOK (aspirin, indometacin stb.)
Mechanikai hatás: Megnövekedett ellenállás a nyújtással szemben Szöveti hatás: a kollagén tartalom megnövekszik a keresztösszeköttetés száma megnövekszik

53 Corticosteroid (katabolikus hatás)
gyengíti a kötőszövetet atrofia Anabolikus steroid csökkenő ellenállás a megnyújtó erővel szemben izom-ín erő arány növekszik

54

55 A sérülés bekövetkezése (%) az ínhossz függvényében