Histopathologie: partim Bioweefselmechanica
H1: BIOMECHANICA VAN BOTTEN EN BOTWEEFSEL
Doel vh skelet:
Bescherming v inwendige organen (vitale organen)
Aanhechting weke delen (pezen, ligamenten, kapsels…)
Verschaffen v kinematische schakels (zorgen vr vrijheidsgraden & bewegen)
Belangrijke algemene eigenschappen
1. Verandering in botdichtheid (=aantal botcellen per oppeenheid) ifv de belasting
Hoe groter botdichtheid hoe meer botcellen & dus hoe steviger botweefsel
Bewegen: meer belasting, botweefsel w steviger (hogere dichtheid-
Bvb osteoporose na inactiviteit nt bewegen = porus bot
2. Veranderingen in vorm ifv de belasting
Bvb na fraktuurgenezing; herstelt zich & verandert v vorm
Bvb O-benen: abnormale belasting zorgt vr vormverandering
repareert en remodelleert zichzelf
Sterkte en stijfheid
Belasting geeft vervorming en spanning ih bot Belastings-vervormingscurve;
Parameters:
Elastische gebied: vnf belasting weg verdwijnt vervorming. Lopen evenredig. Komt
telkens tot initiële situatie terug. Helling vd kromme = stijfheid vh materiaal.
Vloeigrens = punt B; moleculen beginnen te vervormen, verplaatsen tov elkaar
Plastisch/niet-elastisch gebied: zitten met blijvende vervorming, gn nt mr terug nr
oorspr vorm. Kleine stijging vd belasting brengt groot verschil in vorm tot stand.
o Punt D: stel neemt belasting weg keren terug via stippelijn tot D’.
Breekpunt = punt C: weefsel over mechanische grens breekt, fractuur =
belastbaarheid
x-as: hvlhd vervorming, hvl verbuigt het
y-as: opgelegde belasting
Opp onder curve zegt iets over energie die je kunt opslaan
in een botweefsel! = sterkte in termen v energieopname
DUS zegt iets over:
- De belasting vooraleer het materiaal bezwijkt
- De vervorming vooraleer het materiaal bezwijkt
- De energie die kan worden opgenomen voor een breuk
1
,De belastings-vervormingscurve heeft nut voor het bepalen van de sterkte en de stijfheid
van structuren die verschillen in afmeting, vorm en materiaalsamenstelling!
Kunnen curve nt zeker in praktijk gebruiken, want versch in vorm, afmeting & samenstelling.
werken met Spannings-rekkromme die we gebruiken om botten te vergelijken.
Spannings-rekkromme
belasting per opp-eenheid = spanning. Ongeacht opp vh bot kunnen ze vgl mbt
spanning die we erin opbouwen. = NORMALISEREN.
Rek: zegt iets over mate v vervorming per lengte-eenheid (compressie/tractie)
Parameters:
Spanning
= de belasting per oppervlakte-eenheid die zich ontwikkelt op een plat vlak binnen een
structuur als reactie op een belasting van buitenuit.
Kracht (N) per oppervlakte-eenheid
- N/cm2 (- N/m2 of Pascal - MN/m2 of Megapascal)
Rek
= de mate van vervorming gedeeld door de oorspronkelijke lengte van de structuur
Dimensieloze grootheid: -% - vb : cm/cm
2 types rek:
- Lengteverandering
o Verkorting/verlenging
- Afschuiving = hoekverschuiving, uitgedrukt in rad
Materiaalstijfheid = helling in het elastische gebied
Energieopname = opp onder de kromme
Spannings-rekkromme vr corticaal bot onder trekbelasting
x-as = rek, y-as = spanning
Kromme blijft dezelfde!
Elastische gebied = materiaalstijfheid
2
,Elasticiteitsmodulus = Elastisch gedeelte gedeeld door de rek in dat punt.
ε = Δ stress/Δ strain
o hoe kleiner, hoe groter strain tov stress
o hoe groter, hoe groter stress tov strain
o stress komt overeen met spanning
o strain komt overeen met rek
Hoe stijver het materiaal, hoe hoger de modulus.
Metaal > glas > bot versch elasticiteitsmodulussen,
dus 3 versch krommes
o Glas: rechtlijning rekverhoging resulteert
direct in spanningsverhoging, gn blijvende
vervorming. Bouwt spanning & rek op tot
moment v breken.
o Metaal rechtlijning & dan plateauvorm.
Onderbreking tussen. Plateau zit dus veel
verder ad bovenkant & is nt meer te tekenen.
o Bot is rechtlijnig met kromming.
bot & metaal hebben plastisch gebied, zorgt voor blijvende vervorming.
DUS: breekpunt v glas<bot<metaal.
DUS: versch in opp rond curve: bot<glas<metaal
Het elastische gedrag van een materiaal kan lineair of niet-lineair zijn.
Elastisch gedrag van metaal is lineair
Elastisch gedrag van bot is niet lineair
Het niet elastisch gedrag van twee materialen kan verschillen op basis van micro
mechanische verschillen.
Vloeien van een materiaal
- Metaal boven vloeigrens afschuiving doordat atomen v hun plaats geraken
blijvende vervorming.
- Bot boven vloeigrens microbreuk door het loslaten v osteonen kleine blijvende
vervorming
Bros materiaal: vervormt weinig vooraleer het breekt en heeft bijgevolg een invloed op het
breukvlak. Vb: glas heeft geen plastisch gebied
Taai materiaal: vervormt voordat het breekt, geeft een breukvlak dat na reconstructie niet
meer de oorspronkelijke vorm geeft. Vb: metaal heeft langgerekt plast gebied
3
, Poreusheid: w bepaald door het volume bot dat bestaat uit niet gemineraliseerd weefsel.
-> uitgedrukt in %
Corticaal bot: 5 % - 30 % Spongieus bot: 30% - 90 %
(percentages individueel sterk verschillend, afh vd belasting)
- Is stijver dan spongieus bot - trabeculaire structuren
want grotere densiteit, hvlhd - mechanisch goede
botcellen per opp ook groter. eigenschappen
- Kan voor het breekt grotere - Gaten: hierdoor mindere
spanning aan densiteit
- Breekt als rek meer dan 2% - Breekt bij rek van 7% is
bedraagt vervormbaarder
- Kan veel energie stockeren
Anisotropie = de mechanische eigenschappen verschillen in versch richtingen
Zowel corticaal bot als spongieus bot zijn anisotroop!!
Sterkte en stijfheid zijn het sterkst in de richting waarin het bot het frequentst wordt
belast (=longitudinale richting/lengterichting, want staan & lichaamsgewicht op OL). (dus
ook persoonsgebonden met varianten)
Grafiek: anisotroop gedrag v menselijk femoraal corticaal bot onder trekbelasting in versch
richtingen. (examen!!!)
Rechts: symbolisch botweefsel met 4 versch belastingen
- Vakje L= longitudinale belasting
- Vakje T= dwarse belasting
- Hoek 30°
- Hoek 60°
Vaststelling 1: spanningsrekkromme heeft grootste sterkte &
stijfheid id lengterichting. Breekpunt ligt dus verste v L. breekpunt v 60° en T ligt veel eerder.
30° ergens tussen. Afh vd richting waarin we het bot (femur) belasten, zal het breekpunt
veranderen.
4
H1: BIOMECHANICA VAN BOTTEN EN BOTWEEFSEL
Doel vh skelet:
Bescherming v inwendige organen (vitale organen)
Aanhechting weke delen (pezen, ligamenten, kapsels…)
Verschaffen v kinematische schakels (zorgen vr vrijheidsgraden & bewegen)
Belangrijke algemene eigenschappen
1. Verandering in botdichtheid (=aantal botcellen per oppeenheid) ifv de belasting
Hoe groter botdichtheid hoe meer botcellen & dus hoe steviger botweefsel
Bewegen: meer belasting, botweefsel w steviger (hogere dichtheid-
Bvb osteoporose na inactiviteit nt bewegen = porus bot
2. Veranderingen in vorm ifv de belasting
Bvb na fraktuurgenezing; herstelt zich & verandert v vorm
Bvb O-benen: abnormale belasting zorgt vr vormverandering
repareert en remodelleert zichzelf
Sterkte en stijfheid
Belasting geeft vervorming en spanning ih bot Belastings-vervormingscurve;
Parameters:
Elastische gebied: vnf belasting weg verdwijnt vervorming. Lopen evenredig. Komt
telkens tot initiële situatie terug. Helling vd kromme = stijfheid vh materiaal.
Vloeigrens = punt B; moleculen beginnen te vervormen, verplaatsen tov elkaar
Plastisch/niet-elastisch gebied: zitten met blijvende vervorming, gn nt mr terug nr
oorspr vorm. Kleine stijging vd belasting brengt groot verschil in vorm tot stand.
o Punt D: stel neemt belasting weg keren terug via stippelijn tot D’.
Breekpunt = punt C: weefsel over mechanische grens breekt, fractuur =
belastbaarheid
x-as: hvlhd vervorming, hvl verbuigt het
y-as: opgelegde belasting
Opp onder curve zegt iets over energie die je kunt opslaan
in een botweefsel! = sterkte in termen v energieopname
DUS zegt iets over:
- De belasting vooraleer het materiaal bezwijkt
- De vervorming vooraleer het materiaal bezwijkt
- De energie die kan worden opgenomen voor een breuk
1
,De belastings-vervormingscurve heeft nut voor het bepalen van de sterkte en de stijfheid
van structuren die verschillen in afmeting, vorm en materiaalsamenstelling!
Kunnen curve nt zeker in praktijk gebruiken, want versch in vorm, afmeting & samenstelling.
werken met Spannings-rekkromme die we gebruiken om botten te vergelijken.
Spannings-rekkromme
belasting per opp-eenheid = spanning. Ongeacht opp vh bot kunnen ze vgl mbt
spanning die we erin opbouwen. = NORMALISEREN.
Rek: zegt iets over mate v vervorming per lengte-eenheid (compressie/tractie)
Parameters:
Spanning
= de belasting per oppervlakte-eenheid die zich ontwikkelt op een plat vlak binnen een
structuur als reactie op een belasting van buitenuit.
Kracht (N) per oppervlakte-eenheid
- N/cm2 (- N/m2 of Pascal - MN/m2 of Megapascal)
Rek
= de mate van vervorming gedeeld door de oorspronkelijke lengte van de structuur
Dimensieloze grootheid: -% - vb : cm/cm
2 types rek:
- Lengteverandering
o Verkorting/verlenging
- Afschuiving = hoekverschuiving, uitgedrukt in rad
Materiaalstijfheid = helling in het elastische gebied
Energieopname = opp onder de kromme
Spannings-rekkromme vr corticaal bot onder trekbelasting
x-as = rek, y-as = spanning
Kromme blijft dezelfde!
Elastische gebied = materiaalstijfheid
2
,Elasticiteitsmodulus = Elastisch gedeelte gedeeld door de rek in dat punt.
ε = Δ stress/Δ strain
o hoe kleiner, hoe groter strain tov stress
o hoe groter, hoe groter stress tov strain
o stress komt overeen met spanning
o strain komt overeen met rek
Hoe stijver het materiaal, hoe hoger de modulus.
Metaal > glas > bot versch elasticiteitsmodulussen,
dus 3 versch krommes
o Glas: rechtlijning rekverhoging resulteert
direct in spanningsverhoging, gn blijvende
vervorming. Bouwt spanning & rek op tot
moment v breken.
o Metaal rechtlijning & dan plateauvorm.
Onderbreking tussen. Plateau zit dus veel
verder ad bovenkant & is nt meer te tekenen.
o Bot is rechtlijnig met kromming.
bot & metaal hebben plastisch gebied, zorgt voor blijvende vervorming.
DUS: breekpunt v glas<bot<metaal.
DUS: versch in opp rond curve: bot<glas<metaal
Het elastische gedrag van een materiaal kan lineair of niet-lineair zijn.
Elastisch gedrag van metaal is lineair
Elastisch gedrag van bot is niet lineair
Het niet elastisch gedrag van twee materialen kan verschillen op basis van micro
mechanische verschillen.
Vloeien van een materiaal
- Metaal boven vloeigrens afschuiving doordat atomen v hun plaats geraken
blijvende vervorming.
- Bot boven vloeigrens microbreuk door het loslaten v osteonen kleine blijvende
vervorming
Bros materiaal: vervormt weinig vooraleer het breekt en heeft bijgevolg een invloed op het
breukvlak. Vb: glas heeft geen plastisch gebied
Taai materiaal: vervormt voordat het breekt, geeft een breukvlak dat na reconstructie niet
meer de oorspronkelijke vorm geeft. Vb: metaal heeft langgerekt plast gebied
3
, Poreusheid: w bepaald door het volume bot dat bestaat uit niet gemineraliseerd weefsel.
-> uitgedrukt in %
Corticaal bot: 5 % - 30 % Spongieus bot: 30% - 90 %
(percentages individueel sterk verschillend, afh vd belasting)
- Is stijver dan spongieus bot - trabeculaire structuren
want grotere densiteit, hvlhd - mechanisch goede
botcellen per opp ook groter. eigenschappen
- Kan voor het breekt grotere - Gaten: hierdoor mindere
spanning aan densiteit
- Breekt als rek meer dan 2% - Breekt bij rek van 7% is
bedraagt vervormbaarder
- Kan veel energie stockeren
Anisotropie = de mechanische eigenschappen verschillen in versch richtingen
Zowel corticaal bot als spongieus bot zijn anisotroop!!
Sterkte en stijfheid zijn het sterkst in de richting waarin het bot het frequentst wordt
belast (=longitudinale richting/lengterichting, want staan & lichaamsgewicht op OL). (dus
ook persoonsgebonden met varianten)
Grafiek: anisotroop gedrag v menselijk femoraal corticaal bot onder trekbelasting in versch
richtingen. (examen!!!)
Rechts: symbolisch botweefsel met 4 versch belastingen
- Vakje L= longitudinale belasting
- Vakje T= dwarse belasting
- Hoek 30°
- Hoek 60°
Vaststelling 1: spanningsrekkromme heeft grootste sterkte &
stijfheid id lengterichting. Breekpunt ligt dus verste v L. breekpunt v 60° en T ligt veel eerder.
30° ergens tussen. Afh vd richting waarin we het bot (femur) belasten, zal het breekpunt
veranderen.
4
