Cz En

Výzkum tkání, orgánových struktur a biomateriálů

Mechanické vlastnosti osteoporotických kostí

Popis projektu:



Obr.1 Tříbodový ohyb krysího femuru

Obr.2 Ohyb krčku krysího femuru

Obr. 3a Naskenovaný průřez kosti

Obr.3b Binární obrázek průřezu kosti

Osteoporóza je onemocnění charakterizované zhoršenou mechanickou odolností kostí. Zhoršená mechanická odolnost kosti je důsledkem změn množství a kvality kostní hmoty a vede ke zvýšenému riziku zlomenin. Nejčastější příčinou osteoporózy je snížení produkce pohlavních hormonů po menopause či andropause, ve vysokém procentu případů je však osteoporóza sekundárním projevem jiných onemocnění. Její léčení musí odpovídat vyvolávající příčině a musí být odpovídající stavu pacienta.

V České republice osteoporóza postihuje 15% mužů a 33% žen ve věku nad 50 let a 39% mužů a 47% žen ve věku nad 70 let. Nejzávažnějším rizikem osteoporózy jsou zejména fraktury obratlů a kyčle, které významně zhoršují kvalitu a zkracují délku života. Typická zlomenina proximálního femuru se vyskytuje v ČR u více než 17 000 případů za rok.  

Pro stanovení vlastností kostí se v medicíně používají především tyto metody: Ultrasound transmission velocity (UTV) a Bone mineral density (BMD). Avšak stále častěji zaznívají požadavky na vyhodnocování více parametrů, především z oblasti mechanického namáhání kosti, proto Laboratoř biomechaniky začala zkoumat mechanickou odolnost kostí vůči různým druhům namáhání. Pro zkoušení se používá tříbodový ohyb femuru (Obr.1), ohyb krčku femuru (Obr.2) a nanoindentace. Hlavní přínos spočívá v porovnávání mechanických vlastností zdravých a léčených kostí a v konfrontaci těchto výsledků s testy, které provádějí lékaři na osteoporotických kostech (např. UTV a BMD).

V Laboratoři biomechaniky je pro tříbodový ohyb a ohyb krčku femuru používá testovací systém MTS Mini Bionix, který je umístěn v akreditované Laboratoři mechanických zkoušek. Během testu jsou zaznamenávány všechny důležité veličiny: čas, síla, posuv, kroutící moment. Zaznamenaná data společně s průřezovým modulem kosti jsou nezbytná k vypočítání parametrů vypovídajících o mechanických vlastnostech kostí, jako jsou: ohybové napětí, tuhost kosti, energie potřebná ke zlomení kosti, modul pružnosti, tvrdost kosti, apod.

Na přesné stanovení průřezové charakteristiky kosti byla vytvořena metodika, při které se čelo zlomené kosti zarovná ruční bruskou, průřez se zvýrazní kontrastní barvou a naskenuje se v rozlišení 1200x1200 dpi (Obr.3a). Obrázky získané ze skeneru jsou v případě potřeby upraveny a přesunuty do programu vytvořeném v Matlabu. (Obr.3b) Díky němu se vypočítají všechny důležité rozměry kosti a průřezová charakteristika kosti Wo.

V průběhu minulých let jsme uskutečnili výzkum vlivu vybraných látek na biologické a mechanické ukazatele osteoporotických kostí. Zaměřili jsme se spolu s kolegy lékaři z 1.LF UK na mužskou populaci a na potkanech samcích jsme zkoumali vliv nikotinu a alkoholu na biologické a mechanické vlastnosti kosti.

Další práce bude spočívat ve zdokonalování výše zmíněných zkušebních metod a především ve zkoumání vlivu dalších léků a hormonů na mechanické vlastnosti krysích femurů. 

Ing. Josef Šepitka Ph.D.Ing. Radek Sedláček, Ph.D.Ing. Pavel Růžička, Ph.D.Ing. Jana Vondrová

Řešitelé:

III. interní klinika 1. LF UK v Praze

Spolupráce:

Literatura: