骨のティッシュの品質に対する骨粗しょう症および処置の効果を調査するのに CSM の器械によって使用される Nanoscale 分析および Nanoindentation

カバーされるトピック

背景

Nanoscale の分析

Nanoindentation の分析

骨の強さの決定要因

結果

脊椎ボディ皮質の Nanomechanical の特性の変化

Nanomechanical の特性に対する蛋白質の取入口の効果

マクロスコピック機械結果対 Nanomechanical のティッシュの特性および骨の鉱物の大容量

結論

確認応答

背景

骨の再生は整形外科の薬に主要な挑戦を示します。 大きい骨の損失の処置のための現在の方法は人工的な語頭音添加に本質的に依存しています。 語頭音添加は動きおよび biocompatibility 問題の限定によるどんな場合でも使用である場合もありません。 同様に、語頭音添加は機能および多分疾病率の損失で結果長期で壊れ。

Nanoscale の分析

骨で適用される新しい nanoscale の分析および他の鉱化された生物的材料は非常に小規模で機械動作の良い細部にニュー・ウィンドウを可能にします。 より大きい長さのスケール上の平均された量をもたらすマイクロおよびマクロスコピック分析は 2 つの同じようなサンプル間の根本的な相違を識別するには十分に敏感ではないかもしれません。 それ故に、 nanoscale の調査はこれらの複雑な材料の解決する性格描写のために好ましいです。 さらに、 nanoscale の方法は使用できる材料のボリュームが重大サイズの欠陥およびラットモデルのティッシュによって設計される骨の形成の大規模の分析のために余りに小さい、例えばとき有用です。 マウス骨の全骨の折り曲げ試験に適用されるまた従来の工学ビーム理論を使用して減るバイオメカニカル特性の正確さは質問されました。

Nanoindentation の分析

Nanoindentation の分析はミネラル内容による大腿部の皮質、粘弾性および変化によって皮層および trabecular 骨間の相違、異方性、時間依存の可塑性、 osteonal からの間隔の機能として変化を集中します集中しました。

骨の強さに於いての本質的な骨のティッシュの品質の役割を評価するためには、 nanoindentation テストは著しくそのままな骨組み部分の骨の強さに影響を及ぼすと知られていたさまざまな食餌療法およびホルモン性の処理の後で大人のラットの脊椎の皮質のレベルで行われました。

nanoindentation の技術は高い空間分解能の乾燥した、ぬれた骨のティッシュの硬度そして伸縮性を両方査定します。 Nanoindentation はまた単一の骨の構造単位の本質的な機械特性を査定する確かな方法であると証明されました (BSU)。 骨の構造単位のローカル伸縮性がある特性は骨 (interstitial、 osteonal、および trabecular) の個人、解剖位置、種類、および trabecular オリエンテーションの中でかなり変わると見つけられました。

現在の調査の結果は幾何学および microarchitecture のほかの、本質的な骨のティッシュの特性が食餌療法 OVX の処置および低蛋白の取入口の後にラットの椎骨の機械能力の重要な決定要因であることを示します。

図 1。

Nanoindentation は骨のティッシュの本質的な機械特性のテストを表します。 この技術は材料に押される錐体ダイヤモンドの圧子の力変位データを得ます。 図 1 は 3 部から成っている生じるカーブを示します。 パート1 では、圧子の先端はゴムおよびポストの収穫の変形の複雑な組合せの結果サンプルにロードされます。

最高で力は先端以下、ロード材料のクリープへ保持された一定した導くことです。 先端の力が解放されるとき、材料の伸縮性がある応答は検出されます (部 3)。 最初に荷を下すことの時点で斜面はサンプルの伸縮性がある特性を得ると考慮されます。 荷を下す斜面は下記のもので持っています:

(equ 1)

接触域 AC (h の直接関係max

(equ.2)

最初の一部分は刻み目の係数と定義され、圧子の先端および減らされた係数の知られていた特性から得ます。 刻み目の係数のコンバインとの

(equ 3)

標本のローカル弾性率そしてポアソン比率はおよびこのペーパーの興味の最初のパラメータを表します。 最大力および接触域の比率は第 2 機械パラメータ、硬度を供給します:

(equ 4)

硬度は材料が抵抗できる中間圧力として解読することができます。

刻み目の実験の第 3 出力は、ヒステリシスのすなわち、領域考慮に入れられました (図 1) を見て下さい。 このパラメータに機械的な仕事の次元があり、刻み目テストの間に散るエネルギーを表します。

図 2。

nanoindentation テストのため、 L5

機械テストは側面で後部で各々の脊椎ボディの皮層のシェルの 9 つの刻み目、 3 つの刻み目、 3 つおよび前方のサイトの 3 つが更に含まれていました。 各サイトで、 3 つの刻み目は periosteal の本部でされ、骨のマトリックス (図 3a) の endosteal 位置はεのおおよその歪み速度を適用する 900 nm の最大深さに刻み目 = ローディングおよび荷を下すこと両方のための 0.066 1/s 動作しました。 最高で 5-s 保有期間を雇われましたロードして下さい。 最大許容熱ドリフトの限界は 0.1 nm/s. にセットされました。 刻み目は薄板の中心で行われました; 2 枚の薄板の端の刻み目は除かれました。 現在の調査では、 trabecular 構造の主要な悪化そして破壊が OVX のラットで入れた低蛋白の食事療法を観察されたので、皮層の骨だけテストされました。

図 3a。

図 3b。

骨の強さの決定要因

·         3D 分割

·         幾何学

·         Microarchitecture

·         材料の量

·         物質的な品質

·         鉱化

·         マトリックス

·         構成

結果

脊椎ボディ皮質の Nanomechanical の特性の変化

脊椎ボディ皮質の異なったサイトで、 (すなわち、前方、後部、および側面) 測定された対照動物で nanomechanical 特性の不均質は最初に評価されました。 すべての機械パラメータ 3 つ (刻み目の係数、硬度および放蕩エネルギー) のためにより低い値は前方のサイトで検出されました。

対面 ANOVA は示されている固定効果として位置およびサイトとサイトがすべてのこの 3 つの機械パラメータのために非常に重要だったことを行いました (P < 0.0001)。 位置 (periosteal、 endosteal または中央) は、一方では、重要ではなかったです (P > 0.6)。

Nanomechanical の特性に対する蛋白質の取入口の効果

isocaloric 蛋白質の undernutrition と必須アミノ酸の補足の影響はそれから査定されました。

完全なデータセットを考慮する刻み目の係数のための三方 ANOVA はサイト (前方、側面、後部) のための高く全体的な重大さを再度示しました (P <0.001)。 要因位置 (periosteal、 endosteal、中央) は適度に重要、 (P = 0.029)、処置ではなかったです全体的に重要でした (P = 0.65)。 ただし、処置とサイト間の相互作用は危険率有意水準に近かったです (P = 0.06)。 これは私達を 3 つのサイトのそれぞれのための個々の統計的評価を適用するために導きました。

対面 ANOVAs は固定効果として処置および位置と行われました。 処置の影響は重要ではなかったです (P > 0.1)。 それに対して、要因位置は前方のサイト (P = 0.013) と後部のサイトのために重要 (P = 0.0002)、しかし側面サイトのために重要でした (P = 0.2)。 異なった位置の nano 機械特性は別に示されます (図 4)。 処置のグループ間の比較はすべての位置のために行われました。 ポストこれの分析は OVX のラットの endosteal 位置の nano 機械特性の重要な減少が (P < 0.05) にせ物と比較して低蛋白の食事療法を入れたことを示しました。 この相違はすべての 3 つの nanomechanical パラメータのために探索可能でした。

後部の最高点の中央部分で、硬度および放蕩エネルギーは ovariectomy および低蛋白の食事療法に応じてかなり (P = 0.02 および P = 0.03、それぞれ) 減りました。 periosteal 位置では、低蛋白の食事療法のにせ物および OVX のラット間の伸縮性がある特性そしてエネルギー消滅の重要な変化はまた検出されました (P = 0.01 および P = 0.02、それぞれ)。

刻み目の係数および放蕩エネルギーの必須アミノ酸の補足の肯定的な傾向は endosteal 位置で重要 (P < 0.1) ではなかったです。 セントラルロケーション (鉛 < 0.1) に硬度に対する必須アミノ酸の補足の効果のためのまた傾向がありました。 periosteal 位置の刻み目の係数のために、必須アミノ酸の補足の効果はほとんど重要でした (P = 0.06)。

マクロスコピック機械結果対 Nanomechanical のティッシュの特性および骨の鉱物の大容量

脊椎ボディ [2] の軸圧縮によって得られたマクロスコピックテスト、と nanomechanical データ間の相関関係のために、硬度および刻み目の係数の平均および各ラットの散らされたエネルギーは使用されました (図 5)。 障害へのマクロスコピックエネルギーは刻み目テストの放蕩エネルギーの相関関係を (R = 0.6) 示しました。 硬度 (R = 0.27) および剛さに適度に関連したマクロスコピック最終的な強さは本質的な伸縮性がある特性との相関関係を示しませんでした。

図 5。

軸圧縮 (古いマクロスコピック方法) と Nano 刻み目 (新しい nanometric 方法) 間の比較は低いスケールで完全に信頼できる nanoindentation 与えますティッシュの動作のより多くの結果をですが。

図 6。

結論

現在の調査は蛋白質の取入口に関連して変わったラット脊椎ボディの本質的な骨のティッシュの特性の不均質を示しました。 必須アミノ酸の補足と組み合わせられた ovariectomy と関連付けられた低蛋白の取入口は nanomechanical 値を減らしました。 これらの結果は nanoindentation の技術の容量に栄養およびホルモン性の処理によって誘導される変更を検出する下線を引きます。

脊椎ボディの軸圧縮によって査定されるようにマクロスコピック機械結果と nanomechanical ティッシュの特性間の相関関係はマクロスコピック postelastic 動作がティッシュのレベルで検出された物質的なもろさと強く変わったことを提案します。 しかしマクロスコピック剛さはティッシュの特性の変化によって骨の幾何学の変更およびより少し nanoindentation が明らかにするように、支配されました。 象牙質、エナメルおよび石灰化させた軟骨のような他の鉱化された生物的材料は nanoindentation の技術によって調査できます。

確認応答

著者は骨の病気 [骨粗しょう症の防止のための WHO の協力の中心] のサービス、リハビリテーションの部門および老人医学、 7 つの大学病院、ジュネーブ、彼の完全な調査のペーパーの使用のためのスイス連邦共和国からの先生に感謝しますパトリック Ammann: ISSN 8756-3282 2005 年、 Vol. 36、 no1、 PP の骨を抜いて下さい。 134-141 [8 ページ (記事)] (28 参考)

ソース: CSM の器械

このソースのより多くの情報のために CSM の器械を訪問して下さい

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

Last Update: 13. June 2013 14:59

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