Histopathologie —
Weefselbiomechanica
Samenvatting · hoofdstukken H1 t/m H5
H1 — Biomechanica van het botweefsel
Doel van het skelet
• Beschermt de inwendige organen.
• Vormt het aanhechtingspunt voor de weke delen (pezen, ligamenten).
• Maakt beweging mogelijk.
Algemene eigenschappen
• Botdichtheid past zich aan de belasting aan. Wie veel sport heeft denser bot; wie veel
stilzit heeft minder dens bot.
• Bot is vervormbaar en past zich aan wat ervan gevraagd wordt. Na een breuk herstelt en
remodelleert het bot.
Belastingsvervormingscurve
Deze curve geeft informatie over (1) de belasting tot het materiaal bezwijkt, (2) de vervorming tot
het bezwijkt, en (3) de energie die wordt opgenomen vóór de breuk.
• Energieopname = oppervlakte onder de curve.
• Vloeigrens = het moment waarop er moleculaire verandering in het materiaal optreedt.
• Breekpunt = geen verdere vervorming meer mogelijk; er treedt een breuk op.
• Helling van de kromme = de stijfheid van het materiaal.
Spannings-rekkromme
Omdat elk bot een andere lengte en vorm heeft, is de belastingsvervormingscurve niet universeel
toepasbaar. Daarom gebruiken we de spannings-rekkromme: belasting per oppervlakte-
eenheid + vervorming per lengte-eenheid.
Spanning - De belasting per oppervlakte-eenheid, als reactie op een uitwendige kracht. -
Eenheden: N/cm², N/m² (Pascal), MN/m² (Megapascal).
Rek - Mate van vervorming gedeeld door de oorspronkelijke lengte. - Twee types die in de praktijk
altijd gecombineerd zijn: - Lengteverandering: verkorting of verlenging. - Afschuiving:
hoekvervorming, uitgedrukt in radialen.
Elasticiteitsmodulus - = Δ spanning / Δ rek (het elastische gedeelte gedeeld door de rek in dat
punt). - Hoe stijver het materiaal, hoe hoger de modulus: metaal > glas > bot. - Vergelijking: bot
heeft een veel lagere helling dan metaal (dus minder stijf), een breekpunt veel vroeger dan
metaal, en een veel kleinere oppervlakte onder de grafiek.
Vloeien van een materiaal
• Metaal: vloeit doordat atomen van hun plaats geraken.
• Bot: botcellen komen kort los van elkaar boven de vloeigrens; daarboven ontstaat kans op een
microbreuk.
Weefselbiomechanica — pagina
, Bros ↔ taai materiaal
• Bros: weinig vervorming vóór de breuk (geen plastisch gebied).
• Taai: veel vervorming vóór de breuk (groot plastisch gebied).
Bijkomende begrippen
Poreusheid = hoeveelheid gemineraliseerd bot t.o.v. niet-gemineraliseerd bot. Veel sport →
weinig poreus bot. - Corticaal bot: ~95% gemineraliseerd → stijver, kan grotere spanning aan. -
Spongieus bot: ~10% gemineraliseerd → kan veel energie stockeren, breekt bij een rek van ~7%.
Anisotropie = de mechanische eigenschappen verschillen naargelang de oriëntatierichting van
het bot. - De meeste botten zijn het meest stabiel in de lengterichting. - De meeste botten zijn het
minst stabiel langs de zijkant.
Soorten belasting
Trekbelasting - Werkt weg van het botstuk; doet trekspanning ontstaan, maximaal in het vlak
loodrecht op de kracht. - De structuur wordt langer en smaller. - Gebeurt meestal bij spongieus
bot en geeft altijd een afrukkingsfractuur. - Voorbeelden: afrukking van de calcaneus door de
achillespees; afrukking van metatarsaal 5 door de peroneusspier.
Drukbelasting - Compressie naar het bot toe; doet drukspanning ontstaan, maximaal in het vlak
loodrecht op de kracht. - De structuur wordt korter en breder. - Komt heel vaak voor bij wervels en
geeft een indeukingsfractuur, meestal onder invloed van de zwaartekracht. - Voorbeelden: hard
neerkomen bij parachutespringen, van een trapje vallen, abnormale spiercontractie (tetanisatie,
bv. bij elektrocutie).
Afschuiving - Belasting evenwijdig aan het oppervlak; doet schuifspanning ontstaan die
evenwijdig aan de belasting verloopt. - De structuur vervormt angulair (afschuifhoek); de maat
hiervoor is de glijdingsmodulus. - Komt vaak voor in spongieus bot, bv. femorale condylen die
van het tibiaplateau gaan. - Bot bezwijkt sneller bij afschuiving dan bij druk. De maximaal
toegelaten spanning voor menselijk corticaal bot daalt van druk → trek → afschuiving (ruwweg 200
→ 130 → 90).
Buiging - Het botstuk verbuigt om een as; geeft een combinatie van trek en druk. - Ter hoogte
van de buigingsas zijn trek en druk gelijk aan nul. De spanningsgrootte is evenredig met de
afstand tot de as. - Bot is asymmetrisch, dus druk- en trekspanning zijn ongelijk. - Breukinitiatie:
bij volwassenen begint de breuk aan de trekzijde; bij (skelettaal onvolwassen) kinderen aan de
compressiezijde. - Buigingstypen: - Driepuntsbuiging → breuk t.h.v. de middelste kracht (bv.
boot-topfractuur, skiër met bot tegen boom). - Vierpuntsbuiging → breuk t.h.v. het zwakste punt
(bv. femurbreuk).
Wringing (torsie) - De structuur draait rond zijn as; de schuifspanning wordt over de hele
structuur verdeeld. - De spanningsgrootte is evenredig met de afstand tot de as; maximale
schuifspanning in vlakken evenwijdig of loodrecht op de neutrale as. - Geeft een torsiefractuur.
Voorbeeld: voetballer wiens tappen in de grond blijven en die plots draait → meniscus- en
kruisbandscheuren.
Conclusie belastingen: de meeste breuken ontstaan door een combinatie van belastingen.
Invloed van spieractiviteit op de spanningsverdeling
Een spiercontractie elimineert de trekspanning bijna volledig door een drukspanning te creëren.
Conclusie: belasting op het botweefsel kan gecompenseerd worden door spieractiviteit.
Weefselbiomechanica — pagina
Weefselbiomechanica
Samenvatting · hoofdstukken H1 t/m H5
H1 — Biomechanica van het botweefsel
Doel van het skelet
• Beschermt de inwendige organen.
• Vormt het aanhechtingspunt voor de weke delen (pezen, ligamenten).
• Maakt beweging mogelijk.
Algemene eigenschappen
• Botdichtheid past zich aan de belasting aan. Wie veel sport heeft denser bot; wie veel
stilzit heeft minder dens bot.
• Bot is vervormbaar en past zich aan wat ervan gevraagd wordt. Na een breuk herstelt en
remodelleert het bot.
Belastingsvervormingscurve
Deze curve geeft informatie over (1) de belasting tot het materiaal bezwijkt, (2) de vervorming tot
het bezwijkt, en (3) de energie die wordt opgenomen vóór de breuk.
• Energieopname = oppervlakte onder de curve.
• Vloeigrens = het moment waarop er moleculaire verandering in het materiaal optreedt.
• Breekpunt = geen verdere vervorming meer mogelijk; er treedt een breuk op.
• Helling van de kromme = de stijfheid van het materiaal.
Spannings-rekkromme
Omdat elk bot een andere lengte en vorm heeft, is de belastingsvervormingscurve niet universeel
toepasbaar. Daarom gebruiken we de spannings-rekkromme: belasting per oppervlakte-
eenheid + vervorming per lengte-eenheid.
Spanning - De belasting per oppervlakte-eenheid, als reactie op een uitwendige kracht. -
Eenheden: N/cm², N/m² (Pascal), MN/m² (Megapascal).
Rek - Mate van vervorming gedeeld door de oorspronkelijke lengte. - Twee types die in de praktijk
altijd gecombineerd zijn: - Lengteverandering: verkorting of verlenging. - Afschuiving:
hoekvervorming, uitgedrukt in radialen.
Elasticiteitsmodulus - = Δ spanning / Δ rek (het elastische gedeelte gedeeld door de rek in dat
punt). - Hoe stijver het materiaal, hoe hoger de modulus: metaal > glas > bot. - Vergelijking: bot
heeft een veel lagere helling dan metaal (dus minder stijf), een breekpunt veel vroeger dan
metaal, en een veel kleinere oppervlakte onder de grafiek.
Vloeien van een materiaal
• Metaal: vloeit doordat atomen van hun plaats geraken.
• Bot: botcellen komen kort los van elkaar boven de vloeigrens; daarboven ontstaat kans op een
microbreuk.
Weefselbiomechanica — pagina
, Bros ↔ taai materiaal
• Bros: weinig vervorming vóór de breuk (geen plastisch gebied).
• Taai: veel vervorming vóór de breuk (groot plastisch gebied).
Bijkomende begrippen
Poreusheid = hoeveelheid gemineraliseerd bot t.o.v. niet-gemineraliseerd bot. Veel sport →
weinig poreus bot. - Corticaal bot: ~95% gemineraliseerd → stijver, kan grotere spanning aan. -
Spongieus bot: ~10% gemineraliseerd → kan veel energie stockeren, breekt bij een rek van ~7%.
Anisotropie = de mechanische eigenschappen verschillen naargelang de oriëntatierichting van
het bot. - De meeste botten zijn het meest stabiel in de lengterichting. - De meeste botten zijn het
minst stabiel langs de zijkant.
Soorten belasting
Trekbelasting - Werkt weg van het botstuk; doet trekspanning ontstaan, maximaal in het vlak
loodrecht op de kracht. - De structuur wordt langer en smaller. - Gebeurt meestal bij spongieus
bot en geeft altijd een afrukkingsfractuur. - Voorbeelden: afrukking van de calcaneus door de
achillespees; afrukking van metatarsaal 5 door de peroneusspier.
Drukbelasting - Compressie naar het bot toe; doet drukspanning ontstaan, maximaal in het vlak
loodrecht op de kracht. - De structuur wordt korter en breder. - Komt heel vaak voor bij wervels en
geeft een indeukingsfractuur, meestal onder invloed van de zwaartekracht. - Voorbeelden: hard
neerkomen bij parachutespringen, van een trapje vallen, abnormale spiercontractie (tetanisatie,
bv. bij elektrocutie).
Afschuiving - Belasting evenwijdig aan het oppervlak; doet schuifspanning ontstaan die
evenwijdig aan de belasting verloopt. - De structuur vervormt angulair (afschuifhoek); de maat
hiervoor is de glijdingsmodulus. - Komt vaak voor in spongieus bot, bv. femorale condylen die
van het tibiaplateau gaan. - Bot bezwijkt sneller bij afschuiving dan bij druk. De maximaal
toegelaten spanning voor menselijk corticaal bot daalt van druk → trek → afschuiving (ruwweg 200
→ 130 → 90).
Buiging - Het botstuk verbuigt om een as; geeft een combinatie van trek en druk. - Ter hoogte
van de buigingsas zijn trek en druk gelijk aan nul. De spanningsgrootte is evenredig met de
afstand tot de as. - Bot is asymmetrisch, dus druk- en trekspanning zijn ongelijk. - Breukinitiatie:
bij volwassenen begint de breuk aan de trekzijde; bij (skelettaal onvolwassen) kinderen aan de
compressiezijde. - Buigingstypen: - Driepuntsbuiging → breuk t.h.v. de middelste kracht (bv.
boot-topfractuur, skiër met bot tegen boom). - Vierpuntsbuiging → breuk t.h.v. het zwakste punt
(bv. femurbreuk).
Wringing (torsie) - De structuur draait rond zijn as; de schuifspanning wordt over de hele
structuur verdeeld. - De spanningsgrootte is evenredig met de afstand tot de as; maximale
schuifspanning in vlakken evenwijdig of loodrecht op de neutrale as. - Geeft een torsiefractuur.
Voorbeeld: voetballer wiens tappen in de grond blijven en die plots draait → meniscus- en
kruisbandscheuren.
Conclusie belastingen: de meeste breuken ontstaan door een combinatie van belastingen.
Invloed van spieractiviteit op de spanningsverdeling
Een spiercontractie elimineert de trekspanning bijna volledig door een drukspanning te creëren.
Conclusie: belasting op het botweefsel kan gecompenseerd worden door spieractiviteit.
Weefselbiomechanica — pagina
