ALGEMENE BIOMECHANICA
BIOMECHANICA VAN BOTWEEFSEL
BOTOMVORMING
Wet van Wolff
Botomvorming = botremodellering = eigenschap van een bot om zich aan te passen aan de
mechanische eisen van veranderingen in afmeting/vorm/structuur
Wet van Wolff: bot ontstaat waar nodig en wordt geresorbeerd waar niet nodig, het
past zich aan aan zijn belasting (moet relatief groot zijn en regelmatig voorkomen)
Belasting mag niet te veel toenemen in te korte tijd
Vorm bot bepaald door erfelijke factoren
Plaatselijke aanleg is belangrijk voor aanpassingsvermogen
Aanpassingsvermogen is verschillend voor belastingsverrichtingen
Bot past zich meer aan aan veranderlijke belasting dan constante belasting
Hypothesen: hoe past bot zich aan aan zijn belasting?
1. Piëzo-elektrisch effect
Negatieve elektrische spanning aan drukzijde => botgroei
Positieve elektrische spanning aan trekzijde => botafbraak
Aangetoond in droog bot: wordt toegeschreven aan collageen
2. Botvervorming => drukverschillen in botvloeistoffen => gedwongen om door wanden van
Haverse kanalen te stromen => elektrische spanning
Negatieve elektrische spanning => botgroei
Positieve elektrische spanning => botafbraak
Aangetoond in levend bot
3. Zware belasting => microscopische scheurtjes => botgroeistimulatie
Niet enigste reden voor botgroeistimulatie
4. Druk op groeischijf => botgroeistimulatie
Buiging => verminderde doorbloeding => lage O2-spanning => botgroeistimulatie
Hoe elektrische spanning botgroei stimuleert
Negatieve elektrische spanning => lage O2-spanning => hogere pH => stimulatie
Negatieve elektrische spanning trekt osteoblasten aan
Klinisch belang van elektrische spanning: therapie met elektromagnetische golven
Veranderingen ten gevolge van botbelasting
Veranderingen in krachten op groeischijf => afwijkende vorm
Normale belasting noodzakelijk
Fysiologische spierkrachten noodzakelijk
Meer belasting => dikkere wand pijpbeen
Veranderingen van bewegingsrichting => andere spongiosastructuur
Massadichtheid spongiosa = afhankelijk van schuifspanningen
Langdurige belastingsvermindering => minder calciumhydroxyapatiet => minder botmatrix
MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN VAN NORMALE BOTTEN
1
,Belastings-vervormingscurve
Sterkte en stijfheid
Elastisch gebied: geen blijvende
vervorming
Vloeigrens: punt waarop
materiaalvezels gaan vloeien
Plastisch gebied: blijvende
vervorming
Breekpunt: structuur breekt
Parameters voor het vaststellen van de
sterkte van de structuur
Belasting die structuur kan verdragen voor breuk
Vervorming die structuur kan verdragen voor breuk
Energie die kan opgenomen worden voor breuk (integraal onder kromme)
Belastbaarheid: aangeduid door breekpunt
Stijfheid: aangeduid door helling in elastisch gebied
Spanningsrekkromme
Spanning = belasting per oppervlakte-eenheid
spanning=
kracht
( )
N
oppervlakte cm ²
Rek = vervorming op belaste plaats => lengteverandering of afschuiving
mate van vervorming
rek= ( %)
oorspronkelijke structuur
Afschuiving = mate van hoekverandering (rad)
Stijfheidswaarde = elasticiteitsmodulus van Young
spanning ∆ stress
ε= =
rek ∆ strain
Verschil in niet-elastisch gedrag komt door verschil op micromechanisch vlak tijdens het
vloeien (vloeien van bot bij rekproeven: loslating osteomeren => microfracturen)
2
, Anisotropie
Anisotropie: het materiaal heeft berschillende mechanische eigenschappen bij belasting in
verschillende richtingen
Zowel corticaal als spongieus bot
Sterkte/stijfheid = sterkst in richting waarin bot het frequentst wordt belast (lengte)
BOTGEDRAG BIJ VERSCHILLENDE SOORTEN BELASTING
onbelast trek druk buiging afschuiving wringing samengestelde
(compressie) (torsie) belasting
Trek, druk en afschuiving
trek-/rekbelasting drukbelasting afschuiving
richting van belasting van structuur weg naar structuur evenwijdig aan
oppervlak
soort spanning trekspanning drukspanning schuifspanning
vormverandering langer en smaller korter en breder –
bij verdere belasting loslating cementlijnen, osteonen scheuren in inwendige angulaire
uitrekking osteonen schuine richting belasting
vaakst voorkomen spongieus bot wervels spongieus bot
Bot kan meer spanningen verdragen
onder druk dan bij trek of afschuiving
3
BIOMECHANICA VAN BOTWEEFSEL
BOTOMVORMING
Wet van Wolff
Botomvorming = botremodellering = eigenschap van een bot om zich aan te passen aan de
mechanische eisen van veranderingen in afmeting/vorm/structuur
Wet van Wolff: bot ontstaat waar nodig en wordt geresorbeerd waar niet nodig, het
past zich aan aan zijn belasting (moet relatief groot zijn en regelmatig voorkomen)
Belasting mag niet te veel toenemen in te korte tijd
Vorm bot bepaald door erfelijke factoren
Plaatselijke aanleg is belangrijk voor aanpassingsvermogen
Aanpassingsvermogen is verschillend voor belastingsverrichtingen
Bot past zich meer aan aan veranderlijke belasting dan constante belasting
Hypothesen: hoe past bot zich aan aan zijn belasting?
1. Piëzo-elektrisch effect
Negatieve elektrische spanning aan drukzijde => botgroei
Positieve elektrische spanning aan trekzijde => botafbraak
Aangetoond in droog bot: wordt toegeschreven aan collageen
2. Botvervorming => drukverschillen in botvloeistoffen => gedwongen om door wanden van
Haverse kanalen te stromen => elektrische spanning
Negatieve elektrische spanning => botgroei
Positieve elektrische spanning => botafbraak
Aangetoond in levend bot
3. Zware belasting => microscopische scheurtjes => botgroeistimulatie
Niet enigste reden voor botgroeistimulatie
4. Druk op groeischijf => botgroeistimulatie
Buiging => verminderde doorbloeding => lage O2-spanning => botgroeistimulatie
Hoe elektrische spanning botgroei stimuleert
Negatieve elektrische spanning => lage O2-spanning => hogere pH => stimulatie
Negatieve elektrische spanning trekt osteoblasten aan
Klinisch belang van elektrische spanning: therapie met elektromagnetische golven
Veranderingen ten gevolge van botbelasting
Veranderingen in krachten op groeischijf => afwijkende vorm
Normale belasting noodzakelijk
Fysiologische spierkrachten noodzakelijk
Meer belasting => dikkere wand pijpbeen
Veranderingen van bewegingsrichting => andere spongiosastructuur
Massadichtheid spongiosa = afhankelijk van schuifspanningen
Langdurige belastingsvermindering => minder calciumhydroxyapatiet => minder botmatrix
MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN VAN NORMALE BOTTEN
1
,Belastings-vervormingscurve
Sterkte en stijfheid
Elastisch gebied: geen blijvende
vervorming
Vloeigrens: punt waarop
materiaalvezels gaan vloeien
Plastisch gebied: blijvende
vervorming
Breekpunt: structuur breekt
Parameters voor het vaststellen van de
sterkte van de structuur
Belasting die structuur kan verdragen voor breuk
Vervorming die structuur kan verdragen voor breuk
Energie die kan opgenomen worden voor breuk (integraal onder kromme)
Belastbaarheid: aangeduid door breekpunt
Stijfheid: aangeduid door helling in elastisch gebied
Spanningsrekkromme
Spanning = belasting per oppervlakte-eenheid
spanning=
kracht
( )
N
oppervlakte cm ²
Rek = vervorming op belaste plaats => lengteverandering of afschuiving
mate van vervorming
rek= ( %)
oorspronkelijke structuur
Afschuiving = mate van hoekverandering (rad)
Stijfheidswaarde = elasticiteitsmodulus van Young
spanning ∆ stress
ε= =
rek ∆ strain
Verschil in niet-elastisch gedrag komt door verschil op micromechanisch vlak tijdens het
vloeien (vloeien van bot bij rekproeven: loslating osteomeren => microfracturen)
2
, Anisotropie
Anisotropie: het materiaal heeft berschillende mechanische eigenschappen bij belasting in
verschillende richtingen
Zowel corticaal als spongieus bot
Sterkte/stijfheid = sterkst in richting waarin bot het frequentst wordt belast (lengte)
BOTGEDRAG BIJ VERSCHILLENDE SOORTEN BELASTING
onbelast trek druk buiging afschuiving wringing samengestelde
(compressie) (torsie) belasting
Trek, druk en afschuiving
trek-/rekbelasting drukbelasting afschuiving
richting van belasting van structuur weg naar structuur evenwijdig aan
oppervlak
soort spanning trekspanning drukspanning schuifspanning
vormverandering langer en smaller korter en breder –
bij verdere belasting loslating cementlijnen, osteonen scheuren in inwendige angulaire
uitrekking osteonen schuine richting belasting
vaakst voorkomen spongieus bot wervels spongieus bot
Bot kan meer spanningen verdragen
onder druk dan bij trek of afschuiving
3
