Analyse et Nanoindentation de Nanoscale Employés Pour Étudier les Effets de l'Ostéoporose et de Ses Demandes De Règlement sur la Qualité de Tissu Osseux par des Instruments de CSM

Sujets Couverts

Mouvement Propre

Analyse de Nanoscale

Analyse de Nanoindentation

Causes Déterminantes de la Robustesse des Os

Résultats

Variation des Caractéristiques de Nanomechanical dans des Cortex de Corps Vertébral

Effet d'Admission de Protéine sur des Caractéristiques de Nanomechanical

Résultats Mécaniques Macroscopiques Contre les Propriétés de Tissu de Nanomechanical et la Masse de Minerai d'Os

Conclusion

Remerciements

Mouvement Propre

La Régénération osseuse présente un défi majeur au médicament orthopédique. Les méthodes Actuelles pour la demande de règlement de la perte osseuse massive sont à la charge essentiellement des prothèses artificielles. Les Prothèses ne peuvent pas être utilisation dans tous les cas due à la limitation des délivrances de mouvement et de biocompatibility. De Même, la prothèse peut échouer à long terme et résultat dans la perte de fonctionnement et probablement de morbidité.

Analyse de Nanoscale

L'analyse Neuve de nanoscale appliquée dans des os et d'autres matériaux biologiques minéralisés activent un hublot neuf dans les détails fins du comportement mécanique aux échelles extrêmement petites. L'analyse Micro et macroscopique, qui fournit des quantités ramenées à une moyenne au-dessus de plus grandes échelles de longueur, peut ne pas être assez sensible pour recenser les différences fondamentales entre deux échantillons assimilés. Par Conséquent, les études de nanoscale sont désirables pour la caractérisation resolved de ces matériaux complexes. De plus, les méthodologies de nanoscale sont utiles quand le volume de matériau disponible est trop petit pour des analyses à grande échelle, par exemple avec l'ossification conçue par tissu dans les défauts et les modèles de taille critique de rat. L'exactitude des propriétés bioméchaniques réduites utilisant la théorie traditionnelle de poutre de bureau d'études appliquée aux essais de pliage entiers d'os sur l'os de souris a été également remise en cause.

Analyse de Nanoindentation

L'analyse de Nanoindentation ont orienté des différences entre l'os cortical et trabeculaire, anisotropie, la plasticité dépendant du temps, variations en fonction de la distance de l'osteonal centrent par le cortex, la visco-élasticité et les variations fémoraux dus à la teneur en minéraux.

Afin d'évaluer le rôle de la qualité intrinsèque de tissu osseux dans la robustesse des os, un essai de nanoindentation a été réalisé au niveau du cortex vertébral des rats adultes après des manipulations diététiques et hormonales variées connues pour influencer nettement la robustesse des os d'une pièce squelettique intacte.

La technique de nanoindentation évalue la dureté et l'élasticité du tissu osseux sec et mouillé avec une résolution spatiale élevée. Nanoindentation a également été prouvé pour être une méthode fiable pour évaluer les propriétés mécaniques intrinsèques des ensembles structurels d'os unique (BSU). Les propriétés élastiques locales des ensembles structurels d'os se sont avérées pour varier de manière significative parmi des personnes, des localisations anatomiques, le type d'os (interstitiel, osteonal, et trabeculaire), et l'orientation trabeculaire.

Les résultats de la présente étude indiquent que sans compter que la géométrie et le microarchitecture, la propriété intrinsèque de tissu osseux est une cause déterminante importante de la compétence mécanique des vertèbres de rat après demande de règlement diététique d'OVX et admission pauvre en protéine.

Le Schéma 1.

Nanoindentation représente un test des propriétés mécaniques intrinsèques du tissu osseux. Cette technique saisit des données de force-déplacement d'un pénétrateur pyramidal de diamant qui est appuyé dans un matériau. Fig. 1 expositions la courbure donnante droit qui se compose de trois parts. Dans la partie, l'extrémité de pénétrateur est chargée sur l'échantillon qui des résultats dans une combinaison complexe de déformation de rendement d'élastique et de poteau.

À la force maximum, la charge est mener constant jugé au fluage du matériau ci-dessous l'extrémité. Quand la force sur l'extrémité est relâchée, la réaction élastique du matériau est trouvée (Partie 3). La pente au moment où le déchargement initial est considérée comme dérivere les propriétés élastiques de l'échantillon. La pente de déchargement a avec :

(equ 1)

une relation directe avec le Courant Alternatif de zone de contact (hmax

(equ.2)

La première fraction est définie comme module d'indentation et dérive des propriétés connues de l'extrémité de pénétrateur et du module réduit. Les cartels de module d'indentation avec

(equ 3)

le module élastique et le coefficient de Poisson Locaux du spécimen et représente le premier paramètre de l'intérêt pour cet article. Le taux de la force maximum et de la zone de contact fournit un deuxième paramètre mécanique, dureté :

(equ 4)

La Dureté peut être interprétée comme moyenne pression que le matériau peut résister.

Un troisième résultat de l'expérience d'indentation a été tenu compte, c.-à-d., le domaine de l'hystérésis (voir la Fig. 1). Ce paramètre a la cote du travail mécanique et représente l'énergie dissipée pendant le test d'indentation.

Le Schéma 2.

Pour les tests de nanoindentation, le L5

Les tests mécaniques ont compris 9 indentations sur la shell corticale de chaque corps vertébral, 3 indentations au postérieur, trois à la partie latérale et trois davantage sur le site antérieur. Sur chaque site, trois indentations ont été faites sur le periosteal, le central, et l'emplacement endosteal de la matrice osseuse (Fig. 3a) Les indentations ont été faits fonctionner à 900 profondeurs maximum de nanomètre appliquant une vitesse de déformation environ de ε = 0,066 1/s pour la charge et le déchargement. À la charge maximum par période de stockage de 5 s a été utilisé. La limite du chassoir thermique maximal permis a été fixée à 0,1 nm/s. Les indentations ont été exécutées au centre des lamelles ; des indentations à l'arête de deux lamelles ont été exclues. Dans la présente étude, seulement l'os cortical a été testé, puisqu'on a observé la détérioration et la destruction principales de la structure trabeculaire chez des rats d'OVX ont alimenté un régime pauvre en protéine.

Figure 3a.

Figure 3b.

Causes Déterminantes de la Robustesse des Os

·         Répartition 3D

·         La Géométrie

·         Microarchitecture

·         Quantité de Matériau

·         Qualité Matérielle

·         Minéralisation

·         Modification

·         Organisme

Résultats

Variation des Caractéristiques de Nanomechanical dans des Cortex de Corps Vertébral

L'hétérogénéité des caractéristiques nanomechanical mesurées dans différents sites du cortex de corps vertébral, (c'est-à-dire, antérieur, postérieur, et partie latérale) a été évaluée la première fois chez des animaux témoins. Pour chacun des trois paramètres mécaniques (module d'indentations, dureté, et l'énergie dispersée) des valeurs plus basses ont été trouvées sur le site antérieur.

Un ANOVA bi-directionnel a exécuté avec l'emplacement et le site en tant qu'effets fixes, prouvés que le site était hautement significatif pour tous ces trois paramètres mécaniques (P < 0,0001). L'Emplacement (periosteal, endosteal ou central), d'autre part, n'était pas significatif (P > 0,6).

Effet d'Admission de Protéine sur des Caractéristiques de Nanomechanical

L'influence de la sous-alimentation isocalorique de protéine et des suppléments d'acides aminés essentiels a été alors évaluée.

ANOVA À Trois Voies pour le module d'indentation considérant l'ensemble de données complet a affiché de nouveau la signification globale élevée pour le site (antérieur, transversal, postérieur) (P <0.001). L'emplacement de facteur (periosteal, endosteal, central) était modérément significatif (P = 0,029), et demande de règlement n'était pas mondial significatif (P = 0,65). Cependant, l'interaction entre la demande de règlement et le site était proche du niveau de signification (P = 0,06). Ceci nous a aboutis à appliquer un bilan statistique individuel pour chacun des trois sites.

ANOVAs bi-directionnel ont été exécutés avec la demande de règlement et l'emplacement en tant qu'effets fixes. L'influence de la demande de règlement n'était pas significative (P > 0,1). En revanche, l'emplacement de facteur était significatif pour le site antérieur (P = 0,013) et pour le site postérieur (P = 0,0002), mais non significatif pour le site transversal (P = 0,2). Les propriétés nano-mécaniques des différents emplacements sont séparé présentées (Fig. 4). La Comparaison entre les groupes de demande de règlement a été faite pour tous les emplacements. l'analyse d'après cela a affiché que les diminutions significatives des propriétés nano-mécaniques (P < 0,05) à l'emplacement endosteal dans des rats d'OVX ont alimenté le régime pauvre en protéine par rapport à la FEINTE. Cette différence était détectable pour chacun des trois paramètres nanomechanical.

Sur la partie centrale du point d'intersection postérieur, la dureté et l'énergie dispersée étaient sensiblement réduites (P = 0,02 et P = 0,03, respectivement) en réponse à l'ovariectomy et au régime pauvre en protéine. Dans l'emplacement periosteal, le changement significatif de propriétés élastiques et de dispersion d'énergie entre les rats de FEINTE et d'OVX avec le régime pauvre en protéine a été également trouvé (P = 0,01 et P = 0,02, respectivement).

La tendance positive des suppléments d'acides aminés essentiels sur le module d'indentation et l'énergie dispersée n'était pas significative (P < 0,1) à l'emplacement endosteal. Il y avait également une tendance pour un effet des suppléments d'acides aminés essentiels sur la dureté au site central (Pb < 0,1). Pour le module d'indentation à l'emplacement periosteal, les effets des suppléments d'acide aminé essentiel étaient presque significatifs (P = 0,06).

Résultats Mécaniques Macroscopiques Contre les Propriétés de Tissu de Nanomechanical et la Masse de Minerai d'Os

Pour la corrélation entre les données nanomechanical et les tests macroscopiques, qui ont été obtenus par le compactage axial du corps vertébral [2], les moyennes du module de dureté et d'indentation et de l'énergie dissipée de chaque rat ont été utilisées (Fig. 5). L'énergie Macroscopique à la défaillance a affiché une corrélation (R = 0,6) avec de l'énergie dispersée du test d'indentation. La force éventuelle Macroscopique marquée modérément avec la dureté (R = 0,27) et la raideur n'a affiché aucune corrélation avec les propriétés élastiques intrinsèques.

Le Schéma 5.

La Comparaison entre le compactage axial (vieille méthode macroscopique) et la Nano-Indentation (méthode nanometric Neuve) sont parfaitement fiable mais le nanoindentation donnent plus de résultats sur le comportement de tissu à l'échelle faible.

Le Schéma 6.

Conclusion

La présente étude a affiché une hétérogénéité des propriétés intrinsèques de tissu osseux du corps vertébral de rat, qui a varié par rapport à l'admission de protéine. L'admission Pauvre en protéine associée avec l'ovariectomy, appareillé avec des suppléments d'acides aminés essentiels, a diminué les valeurs nanomechanical. Ces résultats soulignent la capacité de la technique de nanoindentation de trouver des modifications induites par des manipulations nutritionnelles et hormonales.

Les Corrélations entre les résultats mécaniques macroscopiques comme évalués par le compactage axial du corps vertébral et les propriétés nanomechanical de tissu suggèrent que le comportement postelastic macroscopique ait varié fortement avec la fragilité matérielle trouvée au niveau du tissu. La raideur Macroscopique cependant a été dominée par des modifications et moins de la géométrie d'os par des variations des propriétés de tissu, comme le nanoindentation indique. D'Autres matériaux biologiques minéralisés tels que l'ivoire, l'émail et le cartilage calcifié ont pu être étudiés par la technique de nanoindentation.

Remerciements

Les auteurs remercient M. Patrick Ammann du Service des Maladies des Os [Centre de Collaboration d'OMS pour la Prévention d'Ostéoporose], du Service de la Rééducation et de la Gériatrie, 7 Centre Hospitalier Universitaire, Genève, Suisse pour l'usage de son Papier complet d'études : Désossez ISSN 8756-3282 2005, Vol. 36, NO1, Pp. 134-141 [8 pages (l'article)] (28 Réf.)

Source : Instruments de CSM

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît les Instruments de CSM

Date Added: Jun 25, 2007 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 14:50

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