Kemigin Biyomekanik Özellikleri

Insan iskeletinin esas görevi kaslarin yapismasina olanak saglamak ve iç organlari koruyarak desteklemektir. Kemigin biyomekanigi de bu kompleks görevleri yapabilmesi için özellesmistir. Kemiklerin önemli bir fonksiyonu yük tasimalaridir. Kirik, biyomekanik açidan kemigin yapisal yetersizligi olarak tanimlanabilir. Yetersizlik, kemige uygulanan yüklerin kemigin yük tasima kapasitesini asmasi sonucu olusur. Kemigin yük tasima kapasitesi; geometrisine (sekil, boyut ve kemik kütlesinin dagilimi), materyal özelliklerine (doku özellikleri) ve uygulanan yükün yönü ve büyüklügüne baglidir (1,2). Kemik kirilganliginin biyomekanik açidan tanimi en azindan üç komponent içerir. Dayaniklilik veya güç, kirilabilirlik ya da deforme olma özelligi ve kemigin kirilincaya kadar absorbe ettigi enerji miktari. Dördüncü bir parametre olarak sertlik sayilabilir. Ancak bu parametre kirilganligin dogrudan bir ölçümü degildir. Bu parametreler, laboratuar sartlarinda kompresyon, gerilme ve makaslama kuvvetleri olusturan mekanik yüklenmeler verilerek yapilan biyomekanik testlerle ölçülebilir (3).Kemik kirilganliginin dogasini anlamak için yapisal mekanik davranis ile materyal mekanik davranis arasindaki farklari bilmek önemlidir. Yapisal mekanik davranis kemigin sekline, boyutuna ve doku özelliklerine bagli iken materyal mekanik davranis sadece kemigin doku özelliklerine baglidir (4). Herhangi bir fiziksel aktivite sonucu kemige uygulanan yükler, yapisal mekanik davranisin sonucu olarak kemikte deformasyona neden olur. Yük - deformasyon grafiginin karakteristigi, kemigin hem sekline hem de doku özelliklerine baglidir. Esneme noktasina kadar yük ve deformasyon arasinda lineer bir iliski (elastik bölge) vardir. Bu noktadan sonra yük deformasyon egrisinin egimi azalir (plastik bölge). Elastik bölgede yük kaldirildiginda kemik eski sekline geri dönerken plastik bölgede kemikte meydana gelen mikrohasar kalici deformasyona neden olur. Kemik elastik dönem boyunca yapilan yüklenmenin 6 katini plastik dönemde karsilayabilir. Yükler artirilarak uygulanmaya devam eder ve kemigin yetersizlik noktasina ulasilirsa kirik ortaya çikar. Yük - deformasyon egrisinde, elastik bölgenin egimi kemigin sertligini gösterir (2,3,3,4,5) (Sekil 1).Kemik örneklerinde yapilan mekanik testlerde; uygulanan yükler altinda kemigin materyal mekanik davranisinin sonucu olarak yük – deformasyon grafigine benzer stres – strain grafigi elde edilir. Stres, yükün kemikte olusturdugu iç kuvvetin yogunlugu olup yükün uygulandigi alana orani ile belirlenir. Strain ise deformasyonun orijinal uzunluga bölünmesi ile saptanir. Stres – strain egrisinde elastik bölgenin egimi ile belirlenen elastik (Young’s) modulus kemik materyalinin deformasyona direncini gösterir. Stres – strain grafiginde egrinin altinda kalan alan dayaniklilik olarak adlandirilir ve kirik olusuncaya kadar kemigin absorbe edebilecegi enerji miktarini gösterir (2,3,4,5,6) (Sekil 2).Kemik farkli yapisal bilesenleri içeren heterojen bir maddedir. Ayrica kendini tamir edebilen, iç yapisini, seklini ve boyutunu degisen mekanik ihtiyaçlara göre degistirebilen bir dokudur (Wolff yasasi) (3,4,5,6). Kemik dokusu farkli dogrultularda gelen yüklere farkli mekanik özellikler gösterir. Bu nedenle hem kortikal hem de trabeküler kemik anizotropiktir. Genel olarak, kemigin uzun aksina paralel olarak gelen yüklenme ile dik olarak gelen yüklenmeye karsi gösterdigi mekanik özellik (dik gelen yüklere karsi olan elastik modulus paralel gelen yüklere karsi olanin 2/3’ü kadar) kemigin mekanik davranisinin sinirlarini çizer. Bu iki yön disinda kemige gelen yükler bu sinirlar içinde kalacak sekilde dirençle karsilasir (2). Kemik pimer yüklenme yönünde daha kuvvetlidir. Anizotropinin derecesi kemigin anatomik yerine ve fonksiyonel yüklenmeye göre degisir. Vertebraya ait trabeküler kemik vertikal dogrultuda transvers dogrultuya göre daha güçlü iken iliak krest ve femur basinin merkezine ait trabeküler kemik hemen hemen izotropiktir. Kemik viskoelastik bir materyaldir. Bu nedenle daha hizli yüklenme karsisinda daha fazla enerji depolar, daha sert ve güçlü duruma gelir. Kortikal kemik trabeküler kemikten daha sert olup daha fazla yüke karsi koyabilir ancak deforme olabilme yetenegi daha azdir. Kortikal kemigin kirilmasi için orijinal uzunlugunun %2’sinin asilmasi yeterli iken, trabeküler kemikte bu oran %7’dir (7,8).