1.2.1 Кость как материал

Прочность кости (рис. 1.1.) составляет приблизительно 1/10 прочности стали. Апатитная структура кости является основой ее удивительной прочности на сжатие. Считается, что упругие элементы кости, то есть коллагеновые волокна, являются более слабыми. Прочность болыпеберцовой кости на растяжение, к примеру, на 20% меньше, чем ее прочность на сжатие. С другой стороны, аналогичное соотношение для лучевой кости дает отклонение в противоположную сторону на двадцать 20% (Knets 1980). Прочность губчатой кости чрезвычайно вариабельна и обычно составляет менее одной десятой от прочности кортикальной кости (Yamada and Evans 1970)1. Давление, приложенное к кости при использовании так называемых жестких имплантатов, выдерживается ею благодаря способности к упругой деформации. Относительно небольшая потеря (около 10-20%) объясняется продолжающейся во времени деформацией под нагрузкой («ползучая» или, наоборот «стрессовая релаксация»). Возникновение этого феномена ранее относили к «вязкой эластичности кости». Доминирующим качеством кости является ее хрупкость: кость ведет себя скорее подобно стеклу, чем резине. Когда кость подвергается деформации (например, растяжению) лишь на 2% своей длины, то она ломается.

Анизотропия кости, то есть ее разные механические характеристики при приложении силы вдоль различных осей, не играет большой роли во внутренней фиксации и не будет, в связи с этим, освещена в данном руководстве.

Кости выполняют роль каркаса для внутренних органов и создают возможности для движения. (Помимо этого, в костях сконцентрированы минеральные вещества, в основном кальций; эти функции менее освещены в руководстве.). Для выполнения функции скелета (основы) костям необходима жесткость. Как мы увидим на стр. 50, жесткость является основной причиной, из-за которой стабильность, достигнутая путем использованиея внутренней фиксации, может быть поставлена под угрозу даже минимальным рассасыванием кости в зоне (на поверхности) перелома. Во время нормальной жизнедеятельности, и, еще больше, во время занятий спортом, кость должна выдерживать большие нагрузки.

1.Предельная прочность нарастяжение или сжатие кости составляет около МПа (Мега Паскаль). Сегмент большеберцовой кости, таким образом, вылежит вес маленького автомобиля без риска разрушения (см. рис. l.l.a). Для практических целей необходимо учитывать, что стандартный 4,5мм шуруп, введенный, к примеру, лишь в один кортикальный слой бедра, способен выдержать нагрузку в 400 Н (Ньютонов) на 1 мм толщины кортикальной кости. Данный шуруп, таким образом, выдержит вес трех человек.

2. Осевой модуль упругости Юнга (Young) для кортикального слоя кости приближается к 20 ГПа (ГигаПаскалей). В практике, например, большеберцовая кость под действием веса тела укорачивается всего на 60 мкм или всего на 6 клеточных слоев. Жесткость диафизарного участка кости такова, что аксиальная нагрузка в 1000 Н вызывает укорочение кости лишь на 10 мкм. Кость, таким образом, соответсвует очень жесткой пружине; этот факт играет важнейшую роль во внутренней фиксации. Жесткость губчатой кости, как материала, составляет 1/5-1/10 от таковой для кортикальной кости при аксиальном сжатии. При сгибании и кручении важную роль играет форма, компенсирующая разницу в свойствах материала.

Рис. 1.1 Прочность кости.

Кость является достаточно прочным материалом. Её прочность намного превышает требования, выдвигаемые тяжелой физической нагрузкой.

А Прочность на сдавление. Короткий сегмент диафиза болыпеберцовой кости способен выдержать вес небольшого автомобиля.

B Прочность фиксации шурупа в кортикальной кости. Стандартный 4,5-мм шуруп, закрепленный лишь в одном кортикальном слое, может выдержать вес в 2500 Н (вес трех человек).

к оглавлению                        далее