BIOMECHANIKA TKANEK
Wprowadzenie
Na początek spróbujemy rozszerzyć trochę nasza tematykę i potraktujemy układ ruchu nie tylko jako zespół mięśni (siłowników), dźwigni kostnych i zawiadujący tym układ nerwowy. W szczególności należy uświadomić sobie ścisłe zależności między właściwościami biomechanicznymi tkanek układu ruchu a aktywnością organizmu oraz nierozerwalnie z związane z nią procesami troficznymi czy adaptacyjnymi. Jak również uwzględnić wpływ patologii na i towarzyszące jej procesy naprawcze. Zmiany pojawiają się na poziomie całego ustroju, jak i na poziomie tkanek tworzących układ ruchu.
Ciało człowieka wystawione jest na ustawiczne działanie różnorodnych sił zewnętrznych oraz generowanych wewnątrz organizmu. Podczas tych działań w układzie ruchu powstają różnorodne siły ściskające i skręcające oraz powiązane z nimi momenty sił. Mogą one wielokrotnie przekraczać ciężar ciała. W warunkach dynamicznych naprężenia mogą nawet przekraczać granice wytrzymałości tkanek. Powstają wtedy uszkodzenia upośledzają aktywność ruchową organizmu i tym samym pojawia się efekt błędnego koła: uszkodzenie upośledza funkcję narządu ruchu, a to z kolei prowadzi do zmian strukturalnych ( odwapnienie kości, zanik mięśni itp.) pogłębiających niewydolność układu ruchu. W procesie rehabilitacji należy dążyć do przerwania tego błędnego koła.
Zasadniczą grupą urazów występujących w układzie ruchu, są tzw. Mikrourazy.
Drobne uszkodzenia tkanek, występujące w czasie nadmiernego wysiłku, są impulsem do przebudowy (rozbudowy) tkanek narządu ruchu. Długotrwałe obciążenia , kumulacja mikrourazów prowadziło zwyrodnienia aparacie ruchu.
WYKŁAD 4
Temat
Fizyczne właściwości kości i funkcjonalna adaptacja kości w stanach patologicznych.
Zagadnienia: Elastyczność i wytrzymałość kości, kształt i konstrukcja elementów szkieletu. Stany zmienionej statyki, przebudowa kości w stanach pourazowych, zapalnych, nowotworowych, wady wrodzone
Kości:
Kości, połączenia stawowe oraz mięśnie tworzą całość biomechaniczną nazywaną narządem ruchu. Zarówno ich rozwój jak i funkcjonowanie są od siebie wzajemnie zależne. Patologie mięśniowe maja szkodliwy wpływ na stan stawów i kości.
Czynnikiem decydującym prawidłowym działaniu aparatu ruchu jest równowaga mechaniczna regulowana przez aktywność ruchowa organizmu. Jest ona źródłem bodźców mechanicznych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania tkanek narządu ruchu. Zachodzi sprzężenie zwrotne: prawidłowa aktywność ruchowa organizmu jest źródłem bodźców niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania tkanek narządu ruchu , a prawidłowe funkcjonowanie tkanek pozwala na prawidłową aktywność ruchową.
Bodźce mechaniczne powstające podczas aktywności ruchowej stymulują nie tylko rozwój, ale kontrolują procesy odżywcze w tkankach. Szczególną rolę odgrywają tu bodźce dynamiczne. Bodźce statyczne mająraczej wpływ na degenerację tkanek.
Najlepsze warunki do funkcjonowania tkanek zapewnia działanie na organizm umiarkowanych bodźców o zmiennym nasileniu.
Morfologia i fizjologia kości
Kości stanowią mechaniczną ramę, której zadaniem jest:
utrzymanie kształtu całego organizmu
zespoły dźwigni kostnych pozwalają na przekształcanie skurczu mięśni na siły i momenty niezbędne do wykonania reakcji ruchowej
W ciele człowieka mamy 206 kości. Ich położenie i kształt zależy od funkcji pełnionych w organizmie.
Głównym bodźcem mechanicznym działającym na kości są siły zewnętrzne związane z działaniem pola grawitacyjnego oraz siły wewnętrzne powstające w trakcie wykonywania ruchu.
Wewnętrzna struktura kości odzwierciedla działanie na nią sił fizycznych. Potwierdza zależność między architekturą kości a jej funkcją. Kość jest metabolicznie aktywna strukturą zdolną do dynamicznej adaptacji.
Strukturę aktywną kości tworzą powiązane z sobą komórki : osteoblasty i osteoklasty oraz substancja międzykomórkowa - macierz kostna.
Tkanka kostna może dostosowywać się do wymagań mechanicznych oraz zdolność samonaprawy w przypadku uszkodzenia.
Gęstość kości( a związku z tym wytrzymałość) maleje po dłuższym okresie unieruchomienia a wzrasta w wyniku intensywnego treningu.
Zmiany kształtu i przebudowa kości są charakterystyczne dla procesu gojenia złamania.
Kość jest wyspecjalizowaną formą tkanki łącznej. Wyróżnia ją twardość. Jest ona związana z wbudowaniem w miękki szkielet kolagenowy substancji nieorganicznych w tym:
soli wapnia ( głównie w postaci hydroksyapatytuCa10(PO4)6OH2
fosforu sodu
magnezu
fluoru
i innych w ilościach śladowych
Zawartość substancji mineralnych kościach sięga 70%, pozostałe 30% to części organiczne.
Część organiczna to:
osteocyty 90%
macierz kostna ( kolagen i inne białka)
woda
cukry ( mukopolisacharydy)
Kości otrzymują ok. 5% objętości krwi. Kości długie otrzymują krew przez trzy systemy krążeniowe:
Odżywczy
Okostnowy
Przynasadowy
Kości są głównym magazynem i źródłem zaopatrzenia organizmu w podstawowe pierwiastki.
W kościach jest magazynowane 99% wapnia.
Jony wapnia decydują o aktywności komórek mięśniowych i nerwowych
Wpływają na przepuszczalność błon komórkowych oraz na aktywność niektórych enzymów.
Ich stężenie jest zapewniane przez wewnętrzne mechanizmy regulacyjna zapewniające homeostazę wapniową.
Makroskopowo kości składają się z dwóch części
Zewnętrznej, zbitej nazywanej Kością korową
We wnętrzu kości krótkich, płaskich oraz w nasadach i w odcinkach przynasadowych kości długich występuje substancja gąbczasta nazywana kością rdzeniową.
Kość korowa stanowi 80% tkanki układu szkieletowego.
Cechy kości korowej:
Powolny proces przemiany
Znaczna odporność na zginanie i skręcanie
Wysoki moduł sprężystości
Jest zbudowana ze ściśle upakowanych osteonów nazywanych od nazwiska XVII wiecznego anatoma Kanłami Haversa. Utworzone są przez koncentryczne blaszkowate cylindry otaczające centralny kanał naczyniowy.
Każda blaszka kostna grubości 3-7 μm zbudowana jest z równolegle ułożonych włókien kolagenowych.
W kolejnych blaszkach układ włókien jest inny.
Wokół kanału Haversa znajduje się 4-20 koncentrycznie ułożonych blaszek kostnych, otoczonych na zewnatrz tzw. Linią cementową ( 1-2 μm grubości). Jest ona zbudowana ze zwapnionych mukopolisacharydów i łączy sąsiednie osteony.
Kość korowa ma dwa systemy wzajemnie połączonych kanałów.
Większy system porowatości naczyniowych utworzony przez kanały Haversa ( średnica 22-110 μm, w nich są rozmieszczone naczynia krwionośne i włókienka nerwowe. Oraz
Mniejszy o średnicy poniżej pół mikrona, który jest wypełniony płynem pozakomórkowym w który są wbudowane osteocyty. Są one rozlokowane wzdłuż granicy każdej warstwy blaszki kostnej w niewielkich zatokach (lacunae) w kształcie dysku.
Osteocyty pomagają w wymianie materiału między płynem tkankowym a macierzą kostna.Mają również znaczenie dla funkcji mechanosensorycznych.
Naprężenia mechaniczne i odkształcenia powstające w kości podczas wykonywania ruchu powodują przemieszczenia płynu oraz generację wewnętrznych potencjałów elektrycznych.
Potencjały te regulują aktywność kościotwórczych i kościogubnych.
Kość rdzeniowa ma mniejszą gęstość upakowania i jest bardziej elastyczna.
Zbudowana jest z beleczek kostnych tworzących gąbczastą strukturę.
W jej zagłębieniach znajduje się szpik kostny.
Kość zbita i gąbczasta ma podobną charakterystykę materiałową i morfologiczną. Różnica dotyczy stopnia porowatości.
Kość korowa ma porowatość w granicach 5-30%, porowatość kości rdzeniowej sięga 30-90%
Biomechanika kości
Culmann w 1867 stwierdził, że kość udowa zbudowana jest na podobieństwo żurawia.
Jego konstrukcja oparta jest na zasadzie najwyższej wytrzymałości największej ekonomii materiałowej. Culman stwierdził, że przebieg beleczek kostnych, zwanych trajektoriami, jest matematycznie zgodny z tzw. Ortogonalizmem, tzn. krzyżowaniem się pod katem prostym różnych systemów beleczkowych.
W 1870 Wolff : kość gąbczasta pod wpływem nowych warunków mechanicznych (ucisk, rozciąganie)ma zdolność przebudowy ( reorientacji) systemu beleczkowego.
Pod wpływem ściskania czy rozciągania nie złamanej , a także jej odłamów po złamaniu występują zjawiska piezoelektryczne, które mają ważny wpływ na powstanie struktury kostnej w kostninie, a przedtem przyspieszają gojenie się odłamów.
Prawo funkcjonalnej przebudowy kości Wolffa zyskało ostateczną formę 1892 roku i można je ująć następująco: Kość sama zmienia kształt w warunkach normalnych i patologicznych, tak aby wytrzymać maksymalny ucisk przy minimalnym wydatku tkanki kostnej; ta reorientacja architektury wewnętrznej kości dokonuje się w stopniu niemal matematycznej perfekcji przez proces wchłaniania się i odkładania tkanki.
Być może dzieje się to pod wpływem sygnałów elektrycznych pojawiających się pod wpływem działania sił mechanicznych, czy też pod wpływem nieznanych bliżej sygnałów chemicznych modyfikujących kierunek działania osteoklastów i osteoblastów.
Wg Joresa ucisk nie zawsze jest bodźcem wzrostu, lecz może mieć też efekt hamujący a nawet prowadzić do zaniku. Zanik taki występuje, gdy ucisk jest nadmierny lub stały , lub gdy okresy ucisku są dłuższe niż okresy bez ucisku.
Z drugiej strony kość może reagować na wstrząsy lub przerywany ucisk rozrostem. Przejawia się to wytwarzaniem dziobów i mostków w zmianach zwyrodnieniowo-zniekształcających kręgosłupa i i innych stawów, gdy buforowe działanie krążka międzykręgowego czy chrząstek stawowych lub łąkotek staje się niedostateczne.
Elastyczność i wytrzymałość kości
Reakcję kości na działanie sił określają dwie fizyczne własności tj, elastyczność i wytrzymałość.
Elastyczność oznacza możliwość deformacji kości bez jej złamania
Wytrzymałość wskazuje na siłę, która działając na jednostkę przekroju porzecznego, powoduje jej złamanie lub niewydolność.
Elastyczność kości
W 1660 roku Hooke stwierdził,że istnieje zależność między siłą i wydłużeniem Jedna jednostka siły daje jedną jednostkę wydłużenia, dwie jednostki siły dają dwie jednostki wydłużenia.
Tkanki są ≈ elastyczne, poddane działaniu siły odkształcają się i powracają do swojego poprzedniego kształtu gdy siła przestaje działać.
Jeżeli każda jednostka siły wywołuje analogiczną i stałą jednostkę wydłużenia, mówimy, że ciało jest doskonale elastyczne w sensie prawa Hooke'a.
Różne struktury się jednak różnią w swoich możliwościach wydłużenia bez rozpadu.
Ustalono punkt odniesienia względnej wytrzymałości struktury na rozciąganie. Jest to teoretyczna siła, która działając na jednostkę przekroju poprzecznego struktury, podwaja jego pierwotną długość.
Siłę tę nazywa się modułem elastyczności Younga
Modułem mierzy się tylko wytrzymałość ciał na rozciąganie.
Kość jest strukturą bardzo nieelastyczną. Jej moduł elastyczności wynosi 2000kg/mm2. Punkt rozpadu kości wynosi tylko 10ko/mm2 przekroju poprzecznego. Oznacza to, że kość ulega rozpadowi, gdy zostanie wydłużona o 1/200 część swojej pierwotnej długości.
W wąskim zakresie kość zachowuje się zgodnie z prawem Hooke'a następnie deformacja i siła nie jest już arytmetycznie proporcjonalne i gdy siła przestanie działać, kość nie wraca do poprzednich rozmiarów i zniekształcenie pozostaje.
W praktyce w pewnych stanach chorobowych kość staje się bardziej rozciągliwa/ moduł elastyczności obniża się/ i jednocześnie staje się mniej elastyczna.
Kość zostaje rozciągnięta i deformacja pozostaje. ( rozmiękanie kości - osteomalacja, krzywica).
Wytrzymałość kości
Wytrzymałość kości na rozciąganie mierzy się modułem elastyczności , a w zasadzie jej ułamkiem( 10kg/mm2). Siły, na jakie kość jest narażona to także ucisk, zginanie i skręcanie. Punkty rozpadu tych sił pod wpływem działania tych sił zostały określone eksperymentalnie.
1/ ucisk ( kompresja)
Tutaj działa III prawo Newtona, siła kompresji i reakcja na tą siłę.
Siły działają w jednej płaszczyźnie ale przeciwnie do siebie ( siły komplanarne i kolinearne) - siły miażdżące.
Wytrzymałość na kompresję wacha się od 12,56 - 16,87 kg/mm2
Kości różnią się między sobą wytrzymałością na działanie sił
Rzepka wymaga siły 192 kg
Kość ramienna 600 kg
Udowa 756 kg
Piszczel 450 kg
Część energii miażdżącej może być pochłonięta przez tkanki elastyczne.
Złamania są najczęściej kombinacją sił zginania ze skręcającymi.
Ucisk może być statyczny lub dynamiczny
Statyczna kompresja wywołuje obciążenie spoczynkowe, kompresja dynamiczna występuje przy spadaniu ciała.
U osobników żywych siła kompresji dynamicznej jest połową iloczynu masy spadającego ciała i kwadratu przeciętnej szybkości, jaką ciało nabywa podczas spadania. ( prawo Kocha mv2/2)
Większość złamań to złamania w wyniku kompresji dynamicznych.
Świeża kość wykazuje wytrzymałość na rozciąganie 12,41 kg/mm2 a na kompresję 16,85 kg,mm2 przekroju poprzecznego. Stosunek 1 : 0,73
Dlatego przy zginaniu kości najpierw dochodzi do uszkodzenie jest najpierw po stronie wypukłej.
(Złamania marszowe: 2 i 3 kość śródstopia, kosc udowa, piszczel )
2/ Siły ścinające i zginające
Działają 2 siły nie kolinearne ( nie w tej samej linii ) ale komplanarne ( w tej samej płaszczyźnie)
( drążek podparty na obu końcach i obciążony w środku dużym ciężarem.
Samo ścinanie to siły muszą być względem siebie nie tylko równolegle, lecz także działać prostopadle do drążka.
3/ skręcenie
Skręcenie wywołują dwie siły sprzężone działające w równoległych płaszczyznach , pod kątem prostym do osi, skierowane w przeciwnych kierunkach. Jeżeli siły te nie działają w płaszczyznach równoległych i pod kątem prostym do osi kości, to efekt skręcenia łączy się z innymi rodzajami obciążeń jak rozciąganie i kompresja.
Skręcenie często prowadzi do uszkodzeń .
Wyjaśnienie kształtu i konstrukcji elementów szkieletu
za pomocą praw mechaniki i inżynierii
1/ Teoria obciążonego drążka w zastosowaniu do szkieletu ludzkiego
Miednicę można porównać do drążka spoczywającego na dwóch podporach- głowach kości udowych
Obciążenie ciężarem ciała tego drążka w linii środkowej pierścienia miednicy wywołuje jej zginanie z maksimum w środku miednicy.
Na obu końcach takiego drążka( w okolicy głów kości udowych) działają siły przeciwne i w tych miejscach są one maksymalne.
Żuraw Dźwigar, Ankylotyczne biodro, usztywniony staw skokowy
Stopa to również drążek obciążony ekscentrycznie w stawie skokowym. Obciążenie stopy powoduje powstanie sił zginających i działających przeciwnie w analogiczny sposób.
2/ Teoria ekscentrycznie obciążonej kolumny w zastosowaniu do szkieletu ludzkiego
Teoria kolumny stwierdza, że jeżeli długość kolumny znacznie przekracza jej średnicę, to każde obciążenie kolumny nie jest ściśle koncentryczne i na skutek pionowego obciążenia kolumny dochodzi do jej pewnych deformacji wygięciowych.
Obciążone rury kostne można uznać za ekscentrycznie obciążone kolumny.
3/. Efekt pociągania mięśniowego na grawitacyjne obciążenia kości
Napięcie mięśni może neutralizować kompresyjne i naprężające siły grawitacyjne działające na kości. Pauwels przyrównał pociąganie mięśni z systemem łańcuchów żurawia służących podtrzymywaniu ładunku, tj przeciwdziałania siłom grawitacji.
W przypadku kości udowej , podczas stania na jednej nodze rolę łańcuchów żurawia spełnia pasmo
biodrowo-piszczelowe. Podtrzymujące miednicę wbrew sile grawitacji.
Mięsień obszerny boczny w czasie kurczenia się odciąga pasmo biodrowo-piszczelowe od kości zwiekszając moment obrotowy.
W stawie łokciowym kombinacja dwu - jednostanowych mięśni powoduje zmniejszenie naprężenia kości ramiennej w wyniku skurczu mięśnia dwugłowego ramienia, podczas gdy skurcz mięśnia ramienno-promieniowego zmniejsza tylko naprężenia w górnej części romieniowej i łokciowej, i dolnej części kości ramiennej.
W stanach patologicznych, w których następuje nie tylko zniesienie, czy obniżenie funkcji mięśni lub ich wzmożone napięcie, pozbawione kontroli ośrodkowej, a idące nierzadko łącznie ze zmianami struktury kości ( odwapnienie),złamania z wygięcia kości długich występują częściej. Dzieje się tak z braku ochronnych napięć mięśni, neutralizujących naprężenia w kościach.
Podsumowując
1/ wewnętrzna struktura kości odzwierciedla wysoki stopień oddziaływania na nią sił fizycznych.
Należy jednak również uwzględniać wpływ na kość innych praw biologicznych mogących wpływać na zmianę oczekiwań oddziaływań biomechanicznych.
2/ Dwie najistotniejsze jakości fizyczne kości to elastyczność i wytrzymałość.
3/ Zasadę obciążonego drążka stosujemy do miednicy i stopy, obciążenie grawitacyjne na zarośnięty staw biodrowy, lub skokowy porównujemy do dźwigara
4/ Teorię kolumny można z zastrzeżeniem stosować do kości długich: udowa, piszczelowa
5/ Napięcie mięśniowe może obniżać wewnętrzne napięcie w kościach.
FUNKCJONALNA ADAPTACJA KOŚCI W STANACH PATOLOGICZNYCH
Zmiany w kościach wynikające z działania prawa Wolffa przebiegają odmiennie w stanach normy i stanu chorobowego kości rodzajem i stopniem zmian. Reakcje kości chorych lepiej klasyfikować na podstawie fizjologicznej niż czysto morfologicznej.
1/ Zmiany zmienionej statykiem
Przebudowa kości wynikająca ze zmienionych warunków statyki dotyczy sytuacji zniekształceń kości normalnej. Zaburzenia czy niedobory kościotworzenia oraz kostnienia śródchrzęstnego i śródkostnego są związane ze zmianami hormonalnymi i metabolicznymi.
Przykład 1
Czysta zmiana statyczna to np. zgrubienie drugiej kości śródstopia w przypadkach zespołu Mortona.
( skrócenie I kości śródstopia powoduje konieczność większego niż normalnie obciążenia kości II, która reaguje wzrostem grubości trzonu.
Przykład 2
Zmiany występujące w tzw strefach absorpcji Loosera.
Są to pola zaniku kości powstające po wypukłej stronie kości krzywej, np. piszczelowej. Zmianę wywołuje rozciąganie kości, co ostatecznie prowadzi do przerwania jej ciągłości i wystąpienia tzw złamania zmęczeniowego( marszowego).
Wcześniej złamanie marszowe rozpoczyna się absorbcją z przeciążenia drugiej i trzeciej kości śródstopia.
( cieńka szpara złamania) ,złamaniom mogą też ulegać: szyjka kości udowej, kości kkd, miednica, żebra.
Stały, długotrwały zewnętrzny ucisk na kość może powodować jej wchłanianie ( wydrążenie trzonu kręgowego przez tętniak aorty)
Zanik kości ( atrofia) przy porażeniach kości jest dostosowaniem do zmniejszonych potrzeb ilości tkanki kostnej i funkcjonalnych w związku z niedomogą mięśni.
Reorganizacja kości jest związana z czynnym działaniem muskulatury jak również w mniejszym stopniu obciążeniem statycznym.
Niedobory hormonalne i metaboliczne zmniejszają wytrzymałości kości na obciążenie kości.
Każde schorzenie które powoduje demineralizację kości < jej wytrzymałość.
W krzywicy miejscem zmian jest przynasada : tworzy się tkanka kostnawa( osteoid) o znacznie mniejszej wytrzymałości. Rozwija się charakterystyczne zniekształcenie :krzywiczne biodro szpotawe lub koślawe kolano.
Inny charakter maja zmiany w rozmiękaniu kości (osteomalacji) i są wynikiem zaburzeń kostnienia śródkostnego.
Tutaj odkłada się osteoid zamiast uwapnionej kości, ale obejmuje on całą kość. Bierze w tym udział zarówno grawitacja jak i siły mięśniowe.
2/ Przebudowa kości w stanach pourazowych
Mówiąc o przebudowie kości w stanach pourazowych mamy na myśli zmiany w kości pierwotnie normalnej, zdrowej.
Nadmierne obciążenia, których wielkość przekracza wytrzymałość mechaniczną, powodują złamania kości. Pęknięcia lub złamania można przedstawić jako najbardziej skrajny mechanizm zabezpieczenia stawu przed uszkodzeniem.
O rodzaju złamania decyduje rodzaj urazu, kierunek i wielkość działających sił. Zdrowe, prawidłowo zbudowane kości są strukturami lepko-sprężystymi. Cechuje je większa wytrzymałość na przeciążenia dynamiczne. W trakcie takich przeciążeń w kości akumulowana jest energia kinetyczna, która jeśli przekroczona zostanie granica wytrzymałości tkanki kostnej, powoduje złamania wieloodłamowe.
Nadmierne obciążenia skręcające są przyczyną złamań spiralnych
Na postać złamania ma wpływ wiek i stan zdrowia pacjenta.
W wieku rozwojowym często pojawiaja się złamania podokostnowe typu zielonej gałązki
Są o złamania zamknięte bez naruszenia elastycznej powłoki okostnej.
U osób starszych kości są kruche i częściej pękają na kawałki imamy obraz złamania typu tłukącego się szkła.
Ważną grupę stanowią złamania z oderwania ( awulsyjne) - rozerwanie tkanki kostnej w wyniku przeciążenia układu kostnego siłami rozciągającymi. ( rozerwanie rzepki, guzowatość piszczeli,
Gojenie się złamań
Fazy gojenia się złamań:
Faza zapalna: Następuje bezpośrednio Podrazie, trwa kilka godzin. Charakteryzuje się krwawieniem ze złamanej kości i otaczających ją tkanek . Towarzyszy temu krwiak, opuchlizna, ból. Uwalniane są enzymy lizosomalne i pojawiasię nekroza tkanek.
Faza naprawcza: wzmożona aktywność osteoklastów i mikrofagów usuwającychobumarłą tkankę z obszarów złamania. Następuje proliferacja komórek kościotwórczych ( osteoblastów) trwa odkilku tygodni do wielu miesięcy. W dwa tygodnie po urazie tworzą się mostki kostninowe zawierające fibroblasty, proliferujące osteoblasty i chondroblasty wbudowane w macierz bogatą w kolagen i glikoproteiny. Następuje rozrost naczyń krwionośnych. Kostnina miękka przekształca się w utkana kość ( głównie na skutek kostnienia chrzęstnego ). Twarda kostnina wzmacnia mostkowe połączenia złamanej kości. Trwa to od momentu złamania aż do całkowitego połączenia kości 2-3msc.
Faza przemodelowania trwa długo. Nawet do 7 lat. Następuje zmiana kości tkanej strukturę blaszkową. Usuwana jest zbędna tkanka i wzmacniana jest mechaniczna wytrzymałość połączenia.
Uwarunkowania biomechaniczna wpływające na proces gojenia się złamań
1/ prawidłowe zestawieniekości
2/ sztywne połączenie odłamów
3/ kopresja odłamów
Szczególną rolę odgrywa szerokość szczeliny między odłamami kostnymi
Funkcją kostniny ( callus) jest unieruchomienie i utrzymanie ciągłości kości: statyczna orientacja wewnętrznej architektury kości dokonuje się później przez śródkostne przekształcenie kostniny.
Funkcjonalna przebudowa kości w kość plecioną zaczyna się wówczas, gdy tylko kończyna zaczyna być używana ( Zondeck 1914).
Kość lepiej zrasta się gdy jest możliwość biernego i czynnego ruchu w stawie.
W kości źle zrośniętej ( angulacja) można oczekiwać naturalnego spontanicznego wyprostowania się kości przez jej funkcjonalną adaptację.
Najważniejszym czynnikiem decydującym o tym jest jednak wiek pacjenta.
Problem stanowią duże złamania zagojone ze zrotowaniem kości może być przyczyną znacznego inwalidztwa.
3/ Przebudowa kości w stanach zapalnych
Po zakończeniu destrukcyjnej fazy zapalenia zaczynają się procesy naprawcze. Dziła prawo Wolffa. Stan stawu decyduje o możliwościach oddziaływania procesów naprawczych.
Pierwszym naturalnym zabiegiem przywrócenia ciągłości kości jest wczesna reakcja okostnowa ( w przebiegu zapalenia kości i szpiku - osteomielitis). Właściwy proces nowotworzenia kości jest procesem późniejszym.
Dokonanie się ostatecznej przebudowy wewnętrznej kości wskazuje, że zarówno stawie gruźliczym, jak i w stawie ropnym proces chorobowy całkowicie wygasł.
W kręgosłupie gdy radiogram wykazuje, że dwa lub więcej trzonów ulega zespolenia do tego stopnia, że ich systemy trajektorii są ze sobą połączone i nie wykazują przerw, można być pewnym, że nastąpiło wyleczenie i założyć, że struktury stały się biologicznie zdrowe.
W przypadkach zmian zwyrodnieniowo-zniekształcających kręgosłupa ( spondylosis i spondyloarhritis) funkcja osteofitów ma raczej znaczenie lecznicze ,ograniczając nadmierne obciążenie zmienionych chorobowo struktur kręgosłupa.
Ponieważ krążek międzykręgowy nie może dłużej funkcjonować jako amortyzator wstrząsów i kręgosłup stracił swą elastyczność , to jedyną drogą jegoochrony jest ograniczenie ruchów. Dokonuje się to przez blokujący efekt mostków i dziobiastych wyrośli.
Podobnie jest w zapaleniu stawu biodrowego. Proces patologiczny zamyka możliwość zarośnięcia stawuiprodukcji ciągłych beleczek kostnych, takich jak w przypadku bardzie destruktywnych zmian zapalnych. Zamiast tego kość tworzy dzioby i mosty chroniące staw przed ruchami , które już nie mogą być tolerowane.
Celem natury jest ratowanie pewnych statycznych funkcji w części układu ruchu, gdy zagrożone są jej funkcje przez ograniczenie ruchów.
Czasami daje to niekorzystny efekt przykurczów w nieprawidłowej pozycji, a głównie ból.
4/ Przebudowa kości w guzach nowotworowych
Nawet w guzach złośliwych występuje funkcjonalna adaptacja kości : złamania patologiczne goją się niekiedy z zadziwiającą szybkością
W guzach łagodnych zmiany adaptacyjne mogą się utrzymywać lub trwać.
Np. W guzach torbielowatych reakcja okostnowa odkładania się kości powoduje, że okostna warstwa za warstwą odkłada istotę zbitą kości.
5/ Reakcja kości w wadach wrodzonych
Nie można tu mówić o spontanicznej korekcjiale zachodzą jednak zmiany adaptacyjne celem poprawy funkcji
Przykład - wrodzona szpotawość miednicy ( coxa vara congenita)
Zachodzą zmiany w zgrubieniu szyjki kości udowej i przebudowy systemu beleczkowego dostosowanego do zmian statyki.
Podsumowanie
I/ Zjawisko funkcjonalnego przystosowania się struktury wewnętrznej kości przebiega trójtorowo:
Samokorekcja czynnościowa - polega na tym, że statyczne zaburzenia przebiegu beleczek i zaburzenia struktury kości wywołane czynnikiem chorobowym ulegają stopniowej korekcji, częściowo lub całkowicie, przez proces wyrównawczego wzrostu jako reakcja na wpływy obciążenia statycznego ( samokorekcja wygięć, zniekształceń i innych deformacji spowodowanych złamaniem
Ochronna funkcjonalna przebudowa, hamująca funkcje dynamiczne dla zachowania funkcji statycznych: tworzenie się wyrostków i mostkówkostnych lub usztywnienie stawu przez wytworzenie ciągłego systemu beleczkowego.
Statyczna przebudowa struktury wewnętrznej kości, czyli zjawisko wyrównawcze spostrzegane w stanach patologicznych,które maja naturę nieodwracalną - Strukturalne zmiany w biodrzeszpotawym( coxa vara) lub wrodzonych zniekształceniach stopy.
II/ Oczekiwań co do zniesienia i minimalizacjimechanicznego efektu zniekształceń nie można ustalić z całą precyzją. Każdorazowo decyzję należy zostawić chirurgowi fizjoterapeucie, którzy będą w stanie określić, w jakim zakresie lecznicze wysiłki natury mogą skorygować zniekształcenia i przywrócić funkcję, a w jakim te wysiłki należy wspomóc.