Sinh cơ học của xương

Khối lượng xương, tức là tổng lượng khoáng trong bộ xương có ý nghĩa quan trọng. Mối tương quan chặt chẽ giữa khối lượng xương đo được của các xương trong cơ thể và độ vững chắc của những xương đó đã biết rõ. Cấu tạo hoặc cấu trúc của xương cũng có tầm quan trọng đối với lực cơ học và tính đàn hồi.

Xương có thể được coi là vật chất cấu thành bằng hai pha, với chất khoáng là một pha và chất tạo keo và chất nền là pha kia. Các chất kết hợp kiểu đó bền chắc hơn từng chất riêng rẽ.

Các quan niệm sinh cơ học cơ bản

Đường cong biến dạng do tải trọng cơ học lên xương được chứng minh một cách hệ thống ở hình sau:

Sinh cơ học của xương

Hình 4.1.Đường cong biến dạng do tải trọng (nén, kéo căng) với cấu trúc hình thành bởi vật dẻo nào đó. 
Nếu tải trọng đặt vào đoạn đàn hồi của cấu trúc (đoạn A-B trên đường cong) sau đó được buông ra thì không thấy có biến dạng vĩnh viễn. Nếu tải được tiếp tục vượt qua điểm uốn (B) và đi vào đoạn dẻo của cấu trúc (đoạn B-C trên đường cong) và sau đó tải được buông ra thì có biến dạng vĩnh viễn. 
Biến dạng vĩnh viễn xảy ra nếu cấu trúc chịu tải ở điểm D trên vùng dẻo và sau đó mất tải thì tổng biến dạng đó được biểu diễn bởi khoảng cách giữa A và D. Nếu tải được tiếp tục trong đoạn dẻo thì đến một điểm hỏng tận cùng (C). 
(Hình vẽ được phép của Nordin và Franked – 1989).

Đoạn khởi đầu là vùng đàn hồi, ở đó vật liệu trở lại hình dạng nguyên thủy của nó khi chưa có tải. Ở điểm uốn, vật liệu bắt đầu bị hỏng và không lấy lại được hình dạng nguyên thủy của nó khi chưa có tải. Đó là vùng dẻo. Miền dưới đường cong biểu diễn năng lượng hấp thụ. Sự vững mạnh của cấu trúc được xác định bởi:

1. Tải trọng mà cấu trúc chịu đựng được trước khi hỏng.

2. Sự biến dạng nó chịu đựng được trước khi hỏng.

3. Năng lượng nó có thể tích lũy trước khi hỏng.

Thuật ngữ chính xác hơn đối với sự biến dạng do mang tải là nén – kéo căng. Nén (stress) là tải hoặc lực trên miền đơn vị được triển khai trên một miền phẳng trong cấu trúc khi đáp ứng với các tải đặt vào từ bên ngoài. Nó được đo bằng  Newton  trên mét vuông (N/m2) hoặc bằng Pascal (Pa).

Kéo căng (strain) là sự biến dạng, sự thay đổi về kích thước, triển khai trên một cấu trúc đáp ứng với sự nén từ bên ngoài. Một sức kéo căng lớn mà không gây biến dạng vĩnh viễn, có nghĩa là sức kéo đàn hồi cao và đối với các kiểu xương khác nhau cũng có nghĩa là khả năng lớn hơn để tích lũy năng lượng.

Cấu trúc xương thay đổi tùy các kiểu xương khác nhau, tức là kiểu lưới hay kiểu vỏ, và cũng tùy các mặt khác nhau trong cùng một xương. Như vậy đường cong nén – kéo căng sẽ khác nhau khi một mảnh xương chịu tải với những phương khác nhau, ví dụ phương nằm ngang, nằm dọc hay nằm nghiêng (dị hướng). (Hình 4.2)

Sinh cơ học của xương

Hình 4.2. Biến dạng ở mẫu xương vỏ ở trục đùi được kéo theo 4 hướng: 
(i) nằm dọc (L); (ii) nghiêng 30° so với trục độ của xương; (iii) nghiêng 60°; (iv) ngang (T). 
(Hình vẽ được phép của Nordin và Fraket – 1989)

Nói chung, xương vững chắc nhất ở phương chịu tải sinh lý bình thường hay gặp nhất.

Có thể bạn quan tâm

Bài viết của: Phòng khám Thoát vị Đĩa đệm
Phòng khám Thoát vị Đĩa đệm | 589 Hoàng Hoa Thám, Ba Đình, Hà Nội | Phụ trách chuyên môn: BS Mai Trung Dũng | Bác sĩ chuyên khoa cấp II (Đại học y Hà hội - 2015) |Trưởng Khoa Phục hồi chức năng Bệnh viện Quân y 354 |Uỷ viên BCHTW Hội Phục hồi chức năng Việt Nam
1448 bài viết