‫ביומכניקה של עצמות‬
‫ורקמות רכות‬
‫פרופ' משה איילון‬
‫פגיעה היא נזק לרקמות הגוף כתוצאה‬
‫ממאמצים מכניים שפעלו על רקמות אלו‬
‫מאמצים מכניים!!??‬
‫על מנת שתתרחש פגיעה‪…..‬‬
‫ערך קריטי הייחודי‬
‫לרקמה עליה פועל‬
‫המאמץ‬
‫<‬
‫מאמץ מכני‬
‫מאמץ דחיסה‬
‫לפני הפעלת‬
‫כוח‬
‫הגלילים עשויים מאותו חומר ושווים באורכם‪.‬‬
‫מה יקרה אחרי הפעלת כוח‬
‫דחיסה שווה בגודלו על שני‬
‫הגלילים?‬
‫מאמץ דחיסה‬
‫לפני הפעלת‬
‫כוח‬
‫‪F‬‬
‫אחרי הפעלת‬
‫כוח‬
‫‪F‬‬
‫מאמץ דחיסה‬
‫לפני הפעלת‬
‫כוח‬
‫‪F‬‬
‫‪F‬‬
‫אחרי הפעלת‬
‫כוח‬
‫‪F‬‬
‫‪F‬‬
‫חוליות צרות‬
‫חוליות‬
‫רחבות‬
‫את הפגיעות ניתן לחלק לשני סוגים ‪:‬‬
‫א) פגיעות טראומטיות ‪ -‬כתוצאה ממאמץ מכני חד פעמי החורג‬
‫מעבר לסף הקריטי של הרקמה‪.‬‬
‫ב) פגיעות "שימוש יתר ‪" (overuse injuries) -‬‬
‫כתוצאה ממאמץ מכני‪ ,‬הנמוך מהסף הקריטי של‬
‫הרקמה‪ .‬מאמץ זה הוא מחזורי‪ ,‬בתדירות קבועה או‬
‫משתנה ולפרקי זמן ממושכים‪ .‬פגיעות מסוג זה‬
‫מכונות לעיתים פגיעות התעייפות‪.‬‬
‫מרפק טניס‬
‫‪Tennis Elbow‬‬
‫הרקמות העיקריות שעלולות‬
‫להינזק הן‪:‬‬
‫• עצמות‬
‫• רצועות‬
‫• גידים‬
‫• שרירים‬
‫תכונות מכניות של רקמות ביולוגיות‬
‫מהם סוגי העומסים המסכנים את הרקמות?‬
‫• כדי להבין את טבעו של תפקוד נורמלי מול טבעה של‬
‫קריסה‪ ,‬דרושה הבנה של התכונות המכניות של הרקמות‬
‫הרלבנטיות‪.‬‬
‫• פגיעה ברקמה יכולה להיות תוצאה של ‪ 3‬סוגי עומסים‪:‬‬
‫א‪ .‬עומס חד פעמי העובר את גבולות העמידות של החומר‪.‬‬
‫ב‪ .‬טראומה מצטברת כתוצאה מהפעלת מספר רב של‬
‫עומסים נמוכים‪.‬‬
‫ג‪ .‬טראומה מצטברת כתוצאה מהפעלת עומס סטטי קבוע‬
‫ותת‪-‬מרבי לזמן ארוך (ישיבה למשל)‪.‬‬
‫עקומת מאמץ מעוות ‪ -‬עצם‬
‫עקומת מאמץ מעוות‬
‫גמישות של עצם ‪ -‬רלוונטי בעיקר בבתחום‬
‫האלסטי‬
‫‪A‬‬
‫‪B‬‬
‫מעוות‬
‫מאמץ‬
‫מאמץ‪-‬מעוות של עצם נורמלית ולאחר קיבוע ממושך‬
‫לאחר קיבוע‪ ,‬המעוות‬
‫והשבירה מתרחשים‬
‫בעומסים נמוכים יותר‬
‫יחס מאמץ מעוות של חומרים שונים‬
‫בעצם ‪ -‬יחס מאמץ מעוות אינו אחיד בכל הכוונים‬
Changes in Mechanical Properties of
Bones ( New Data )
Age range: 20 to 102 years
• Ultimate stress 5% per decade
• Ultimate strain 9% per decade
• Energy absorption 12% per decade
McCalden et.al,,
1993
Age range 35 to 92 years
• Elastic Modulus 2.3% per decade
• Strength 3.7% per decade
Zioupos,
Stress Fracture
Traumatic Fracture
‫טראומה מצטברת כתוצאה מהפעלת עומס סטטי‬
‫קבוע ותת‪-‬מרבי לזמן ארוך‬
‫מהם סוגי המאמצים המכניים?‬
‫מאמצים מקומיים במאמץ כפיפה‬
‫מתיחה‬
‫דחיסה‬
‫מאמצים מקומיים במאמץ פיתול‬
‫גזירה‬
‫מאמץ שבירה של רקמה אינו אחיד בכל סוגי המאמצים‬
‫שבר כתוצאה ממאמץ פיתול‬
‫תופעת הזחילה במעוות חומרים‬
‫תופעת הזחילה במעוות חומרים‬
‫קיבוע‬
‫פתאומי‬
‫ד‬
‫מ‬
‫ח‬
‫ת‬
‫י‬
‫י‬
‫ס‬
‫ח‬
‫ה‬
‫ה‬
‫שריר התאומים‬
‫בזמן ההתכווצות‬
‫בעיקר דוחס את‬
‫העצם‪.‬‬
‫ד‬
‫מ‬
‫ח‬
‫ת‬
‫י‬
‫י‬
‫ס‬
‫ח‬
‫ה‬
‫ה‬
‫שריר התאומים‬
‫בזמן ההתכווצות‬
‫בעיקר דוחס את‬
‫העצם‪.‬‬
TENDON
LIGAMENT
SKIN
Collagen Fibers of the Human Knee
(10,000 X)
RELAXED
LOADED
Scanning electron micrograph of collagen fibre
structure inside healthy human pericardium (sac
surrounding the heart in the thorax. Note the many
overlapping layers. [Short bars = 10 µm].
‫עקומת מאמץ מעוות – רקמה רכה‬
Maximum Load to Failure
120
% of Maximum Value
100
80
60
40
20
0
Control
3 groups of experimental animals
Immobilized 8
weeks
Reconditioned 5
months
Reconditioned 5
months
From autopsy specimens