Osso cortical, osso trabecular. Biomecânica dos Tecidos, MEBiom, IST

Transcrição

1 Osso cortical, osso trabecular

2 osso trabecular

3 V T =V m +V v V T volume total V m volume massa óssea V v volume dos voids B v fracção volúmica (B v = 0 1) p v porosidade (p v = 0 1) osso cortical, osso trabecular densidade aparente m densidade da massa óssea 2.0 g/ml v densidade dos voids 1.0 g/ml B v V V m T, p v V V V m m v v V V g/ ml T v T Valores de porosidade usuais: osso cortical p v = 5% ~ 10% osso trabecular p v = 75% ~ 90% (50% ~ 90%)

4 osso níveis hierárquicos

5 osso cortical modos de classificação (níveis hierárquicos,...) nível tipo de estrutura dimensões 0 material sólido > 3000 m 1 osteons secundários (A) Ø=200 ~ 300 m osteons primários (B) plexiforme (C) l 150 m m woven bone (D) 2 lamelas (A,B*,C*) lacunas (A,B,C,D) cement lines (A) canaliculi 3 compósito de colagéniomineral (A,B,C,D) t 3 ~ 7 m Ø max =10~20 m t 1 ~ 5 m 3 20 m m numa análise ao nível 1 podem co-existir elementos independentes de nível 2 Outros modos de classificar a estrutura do osso: osso lamelar vs woven bone osso primário vs osso secundário

6 woven bone e osso plexiforme surgem associados a crescimentos rápidos woven bone é a forma mais desorganizada de osso motivo a rapidez de deposição pode ser criado num local sem existir previamentemente osso ou cartilagem surge em crianças mas também em adultos em adultos surge em casos de traumas ou doença casos de SOS, duma necessidade rápida de suporte estrutural a designação de osso plexiforme deve-se à sua estrutura tipo tijolo sanduíche de osso lamelar e de woven bone surge particularmente em animais grandes e de crescimento rápido vacas, carneiros,...

7 osso primário osteons primários osteons primários são formados pela mineralização da cartilagem os osteons primários tem menos lamelas e o canal é mais pequeno que os osteons secundários notas: osso primário por vezes designado por imaturo atender à necessidade de vascularização difusão não é suficiente

8 osso cortical osteons secundários

9 osso cortical osteons secundários ososteons secundários surgem da remodelação óssea notar a cement line a envolver os osteons Ø osteons = 200 ~ 300 m Ø canal = 50 ~ 90 m Ø veia = 15 m Ø max lacuna = 10 ~ 20 m

10 BMU formação do túnel, formação do osteon BMU Basic multicellular unit

11 BMU formação do túnel, formação do osteon

12 osso cortical osteons secundários

13 osso cortical % de osso primário e # de osteons

14 osteons estrutura lamelar os osteons são compostos por diversas lamelas notar o osso intersticial

15 orientação das fibras de colagénio Teoria de Ascenzi and Bonucci hipóteses de: fibras paralelas numa lamela diferentes orientações entre lamelas a = tipo T (transversal) b = tipo A (alternado) c = tipo L (longitudinal) Outras teorias para orientação das fibras ex: Giraud-Guille lâminas paralelas alternando 90 (T,L) pilhas helicoidais (A)

16 Estrutura osso cortical? 3 2 1

17 osso trabecular no osso trabecular também podemos estabelecer uma estrutura hierárquica a grande diferença para o osso cortical é a substituição dos osteons pelas trabéculas. em geral, a trabécula terá uma espessura inferior a 200 m e um comprimento de cerca de 1000 m=1mm ter em atenção as diferentes topologias. em geral, a trabécula não contém canais vasculares difusão é suficiente. nas trabéculas as lamelas não estão dispostas de modo concêntrico como nos osteons do osso cortical, estão dispostas longitudinalmente ao longo da trabécula o osso trabecular é menos rígido (mais complacente) que o cortical, conduzindo a uma melhor distribuição e absorção de energia das cargas aplicadas. a remodelação óssea (bone turn over) é mais rápida no osso trabecular

18 osso trabecular

19 comparação osso cortical vs trabecular característica osso cortical osso trabecular fracção volúmica superfície / volume de osso (mm 2 /mm 3 ) Volume total osso (mm 3 ) Superfície interna total (mm 2 ) (80%) (33%) (20%) (67%) a maior superfície do osso trabecular será uma das razões para uma remodelação mais acentuada. este facto pode ser consequência de uma maior necessidade de remodelação. a maior dinâmica da remodelação pode explicar o osso ser menos rígido

20 remodelação óssea no osso trabecular remodelação à superfície da trabécula

21 estrutura do osso trabecular

22 osso trabecular vs osso cortical

23 remodelação óssea no osso cortical

24 remodelação óssea no osso cortical num local onde não existem osteons, a criação dum osteon aumenta a porosidade, devido à formação do canal de Harvers num local saturado de osteons, a formação de um osteon mantém a porosidade, pois o novo osteon vai posicionar-se sobre os antigos osteons

25 remodelação óssea no osso cortical a densidade de osteons é utilizada para prever a idade de um individuo (atenção à localização da zona analisada, junto ao endosteal ou periosteal)

26 remodelação óssea boa correlação entre a taxa de activação de BMU (basic multicellular unit) e a taxa de formação de osso

27 taxa de remodelação óssea a taxa de remodelação óssea difere ao longo da vida de um indivíduo, sendo mais acentuada em criança a taxa do bone turnover difere também do osso em questão a remodelação óssea é mais activa no osso trabecular do que no osso cortical em humanos o bone turnover é de cerca de 5% ao ano para o osso cortical e de cerca de 25% ao ano para o osso trabecular (nota: a tabela é relativa a cães)

28 taxas de remodelação óssea osso cortical atender à última linha, onde são indicadas as taxas de formação/renovação de osso as restantes linhas são outros dados, p.ex. T F representa o tempo necessário para a deposição do osso enquanto t mw representa a espessura da parede a preencher com osso (espessura do osteon)

29 remodelação óssea na remodelação óssea, o processo de remoção do osso é mais rápido que o processo de deposição. Em humanos, o processo de deposição pode demorar cerca de 3 meses, num total de cerca de 4 meses. segue-se um processo de mineralização, com uma duração de cerca de 6 meses. grande parte da mineralização dá-se nos primeiros dias (mineralização primária). A restante mineralização (secundária) vai diminuindo gradualmente ao longo do tempo. o nível de mineralização do osso influi nas suas propriedades mecânicas. os tempos anteriores são para um observador fixo com uma secção (onde está a ocorrer a criação de um osteon)

30 remodelação óssea A maior taxa de remodelação em crianças torna o osso das crianças menos mineralizado, resultando num módulo de elasticidade mais baixo. Para um idêntico nível de carga, um modo de elasticidade mais baixo origina maiores deformações. Estudos com cavalos, mostram picos de extensão de 5000 durante a fase de crescimento, baixando depois para 3000 após a maturidade do cavalo. Níveis de extensão elevados originam maiores danos por fadiga Nota: 5000 = = = 0.5%, ou seja, 5000 = 0.5%. De igual modo, 3000 = 0.3%