Osso cortical, osso trabecular - DEMjfolgado/BioTecidos_1112/Aula_2012.02.27.pdf · Biomecânica dos Tecidos, MEBiom, IST woven bone e osso plexiforme – surgem associados a crescimentos

Biomecânica dos Tecidos, MEBiom, IST

Osso cortical, osso trabecular


osso trabecular


osso cortical, osso trabecularVT=Vm+VvVT – volume totalVm – volume massa ósseaVv – volume dos “voids”Bv – fracção volúmica (Bv = 0 1) pv – porosidade (pv = 0 1)

– densidade aparentem – densidade da massa óssea 2.0 g/mlv – densidade dos “voids” 1.0 g/ml

, m vv v

T T

V VB pV V

1.0 2.0 /

m m v v

T

V VV

g ml

Valores de porosidade usuais:• osso cortical → pv = 5% ~ 10%• osso trabecular → pv = 75% ~ 90%

(50% ~ 90%)


osso – níveis hierárquicos


osso cortical – modos de classificação (níveis hierárquicos, ...)

nível tipo de estrutura dimensões0 material sólido > 3000 m1 osteons secundários (A)

osteons primários (B)plexiforme (C)woven bone (D)

Ø=200 ~ 300m

l ≈ 150 m100 – 300 m

2 lamelas (A,B*,C*)lacunas (A,B,C,D)cement lines (A)canaliculi

t ≈ 3 ~ 7 m

Ømax =10~20m

t ≈ 1 ~ 5 m3 – 20 m

3 compósito de colagénio-mineral (A,B,C,D)

0.06 – 0.6 m

• numa análise ao nível 1 podem co-existir elementos independentes de nível 2

Outros modos de classificar a estrutura do osso:• osso lamelar vs woven bone• osso primário vs osso secundário


woven bone e osso plexiforme – surgem associados a crescimentos rápidos

• woven bone é a forma mais desorganizada de osso – motivo a rapidez de deposição• pode ser criado num local sem existir previamentemente osso ou cartilagem• surge em crianças mas também em adultos• em adultos surge em casos de traumas ou doença – casos de SOS, duma necessidade rápida de suporte estrutural

• a designação de osso plexiforme deve-se à sua estrutura tipo tijolo – sanduíche de osso lamelar e de woven bone• surge particularmente em animais grandes e de crescimento rápido – vacas, carneiros, ...


osso primário – osteons primários

• osteons primários são formados pela mineralização da cartilagem• os osteons primários tem menos lamelas e o canal é mais pequeno que os osteonssecundários

notas:• osso primário por vezes designado por imaturo• atender à necessidade de vascularização – difusão não é suficiente


osso cortical – osteons secundários



• os osteons secundários surgem da remodelação óssea• notar a cement line a envolver os osteons

Ø osteons = 200 ~ 300 mØ canal = 50 ~ 90 mØ veia = 15 mØmax lacuna = 10 ~ 20 m


BMU – formação do túnel, formação do osteonBMU – Basic multicellular unit


BMU – formação do túnel, formação do osteon




osso cortical – % de osso primário e # de osteons


osteons – estrutura lamelar

• os osteons são compostos por diversas lamelas• notar o osso intersticial


orientação das fibras de colagénio Teoria de Ascenzi and Bonucci hipóteses de:• fibras paralelas numa lamela• diferentes orientações entre lamelas

a = tipo T (transversal) b = tipo A (alternado)c = tipo L (longitudinal)

Outras teorias para orientação das fibrasex: Giraud-Guille• lâminas paralelas alternando 90° (T,L)• pilhas helicoidais (A)


Estrutura osso cortical

1

2

3?


osso trabecular

• no osso trabecular também podemos estabelecer uma estrutura hierárquica – a grande diferença para o osso cortical é a substituição dos osteons pelas trabéculas.• em geral, a trabécula terá uma espessura inferior a 200m e um comprimento de cerca de 1000m=1mm – ter em atenção as diferentes topologias.• em geral, a trabécula não contém canais vasculares – difusão é suficiente.• nas trabéculas as lamelas não estão dispostas de modo concêntrico como nos osteons do osso cortical, estão dispostas longitudinalmente ao longo da trabécula • o osso trabecular é menos rígido (mais complacente) que o cortical, conduzindo a uma melhor distribuição e absorção de energia das cargas aplicadas.• a remodelação óssea (bone turn over) é mais rápida no osso trabecular


osso trabecular


comparação osso cortical vs trabecularcaracterística osso cortical osso trabecular

fracção volúmica 0.95 0.20

superfície / volume de osso (mm2/mm3)

2.5 20

Volume total osso(mm3)

1.4×106

(80%)0.35×106

(20%)

Superfície interna total(mm2)

3.5×106

(33%)7.0×106

(67%)

• a maior superfície do osso trabecular será uma das razões para uma remodelação mais acentuada.• este facto pode ser consequência de uma maior necessidade de remodelação.• a maior dinâmica da remodelação pode explicar o osso ser menos rígido


remodelação óssea no osso trabecular

• remodelação à superfície da trabécula


estrutura do osso trabecular


osso trabecular vs osso cortical


remodelação óssea no osso cortical



• num local onde não existem osteons, a criação dum osteon aumenta a porosidade, devido à formação do canal de Harvers• num local saturado de osteons, a formação de um osteon mantém a porosidade, pois o novo osteon vai posicionar-se sobre os antigos osteons



• a densidade de osteons é utilizada para prever a idade de um individuo (atenção à localização da zona analisada, junto ao endosteal ou periosteal)


remodelação óssea

• boa correlação entre a taxa de activação de BMU (basic multicellular unit) e a taxa de formação de osso


“taxa” de remodelação óssea

• a “taxa” de remodelação óssea difere ao longo da vida de um indivíduo, sendo mais acentuada em criança • a taxa do bone turnover difere também do osso em questão• a remodelação óssea é mais “activa” no osso trabecular do que no osso cortical• em humanos o bone turnover é de cerca de 5% ao ano para o osso cortical e de cerca de 25% ao ano para o osso trabecular (nota: a tabela é relativa a cães)


“taxas” de remodelação óssea – osso cortical

• atender à última linha, onde são indicadas as taxas de formação/renovação de osso• as restantes linhas são outros dados, p.ex. TF representa o tempo necessário para a deposição do osso enquanto tmw representa a espessura da “parede” a preencher com osso (espessura do osteon)



• na remodelação óssea, o processo de remoção do osso é mais rápido que o processo de deposição. Em humanos, o processo de deposição pode demorar cerca de 3 meses, num total de cerca de 4 meses.• segue-se um processo de mineralização, com uma duração de cerca de 6 meses.• grande parte da mineralização dá-se nos primeiros dias (mineralização primária). A restante mineralização (secundária) vai diminuindo gradualmente ao longo do tempo.• o nível de mineralização do osso influi nas suas propriedades mecânicas.

• os tempos anteriores são para um observador fixo com uma secção (onde está a ocorrer a criação de um osteon)



• A maior taxa de remodelação em crianças torna o osso das crianças menos mineralizado, resultando num módulo de elasticidade mais baixo.• Para um idêntico nível de carga, um modo de elasticidade mais baixo origina maiores deformações.• Estudos com cavalos, mostram picos de extensão de 5000 durante a fase de crescimento, baixando depois para 3000 após a maturidade do cavalo.• Níveis de extensão elevados originam maiores danos por fadiga

Nota: 5000 = 5000×106 = 0.005 = 0.5% , ou seja, 5000 = 0.5%.De igual modo, 3000 = 0.3%

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