własności mechaniczne udowych kości bydlęcych o różnym stopniu

własności mechaniczne udowych kości bydlęcych o różnym stopniu

Bogna SZAMATOWICZ, Anita KAJZER, Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów
Medycznych, Wydział Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Śląska, Zabrze
WŁASNOŚCI MECHANICZNE UDOWYCH KOŚCI BYDLĘCYCH
O RÓŻNYM STOPNIU UWODNIENIA
MECHANICAL PROPERTIES OF FEMORAL BOVINE BONES WITH
VARYING DEGREES OF HYDRATION
Słowa kluczowe: statyczna próba ściskania, statyczna próba zginania, bydlęca
kość udowa
1. WSTĘP
Podstawowym oraz wstępnym warunkiem do teoretycznych oraz praktycznych przybliżeń
w analizie funkcji fizjologicznych organizmu jest wiedza zależna od znajomości własności
strukturalnych i mechanicznych tkanek miękkich oraz kostnych. Ze względu na wzrost liczby
urazów w układzie kostnym, poznanie własności mechanicznych kości jest nieodzownym
elementem podczas leczenia schorzeń oraz złamań nie tylko u ludzi, ale i zwierząt [1].
W celu analizy układu kość - implant badanie własności mechanicznych przeprowadzane jest
na podstawie porównania „zachowania się” kości u zwierząt z tym samym złamaniem, przy
czym część grupy badawczej posiada dodatkowo wszczepiony implant. Badania takie
realizowane są zgodnie z zaleceniem normy „Biologiczna ocena wyrobów medycznych”.
Celem pracy było porównanie własności mechanicznych bydlęcych kości udowych
o różnym stopniu uwodnienia.
2. MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ
Do badań wytypowano trzony kości udowych pochodzące od dwuletniego byka,
a następnie przygotowano próbki do badań o wymiarach: 60x10x4 mm do statycznej próby
trójpunktowego zginania (30 próbek) oraz 10x4x4 mm do statycznej próby jednoosiowego
ściskania (30 próbek ciętych wzdłuż kości oraz 24 próbki cięte w poprzek kości). Próbki
podzielono na 3 grupy: I – próbki z kości świeżej, II – próbki z kości suszonej przez 30 dni
oraz III – próbki z kości suszonej przez 30 dni oraz eksponowane na roztwór Ringera przez 2
dni. Przygotowany materiał zważono przed przystąpieniem do badań. Pomiar ten powtórzono
po suszeniu oraz moczeniu kości.
Przeprowadzono dwie próby na maszynie wytrzymałościowej MTS Criterion:
XIII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej s. 118

statyczną próbę trójpunktowego zginania z prędkością obciążania 2 mm/min, przy
rozstawie podpór 40 mm [2],
 statyczną próbę jednoosiowego ściskania z prędkością obciążania 4 mm/min [3].
Badania przeprowadzano w temperaturze pokojowej (T = 23°C) do momentu pierwszego
pęknięcia próbek.
3. WYNIKI BADAŃ
Na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono dla statycznej próby zginania wartości
wytrzymałości na zginanie , , modułu Young’a , oraz strzałki ugięcia , natomiast dla
statycznej próby ściskania wartości wytrzymałości na ściskanie , oraz modułu Young’a
, . Uśrednione wyniki dla wszystkich grup badanych próbek przedstawiono w tabeli 1.
Tab.1 Parametry wyznaczone podczas przeprowadzania badań własności mechanicznych
Wytrzymałość na zginanie [MPa]
Moduł Young'a [MPa]
Strzałka ugięcia [mm]
Wytrzymałość na ściskanie [MPa]
Statyczna próba ściskania
(próbki cięte wzdłuż kości)
Moduł Young'a [MPa]
Wytrzymałość na ściskanie [MPa]
Statyczna próba ściskania
(próbki cięte w poprzek kości) Moduł Young'a [MPa]
Statyczna próba zginania
I
176
7946
1,29
174
8800
72
3989
II
149
7432
1,14
139
6415
132
6246
III
157
8579
1,09
125
5839
68
3631
Po analizie otrzymanych wyników stwierdzono, że kości cechuje anizotropia – większą
wytrzymałością charakteryzują się wzdłuż kości. Zarówno proces suszenia, jak i moczenia
wpływają na zmiany wartości wyznaczanych parametrów. Ostatecznie stwierdzono,
że na porównywalność oraz jakość wyników wpływa przygotowanie, warunki
przechowywania oraz geometria przygotowanych próbek.
LITERATURA
[1] Będziński R., Gawin E., Badanie właściwości mechanicznych struktur tkankowych. [W:]
Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000, pod red. Nałęcz M., tom 5
Biomechanika
i inżynieria rehabilitacyjna, Warszawa, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2004
[2] Norma PN-EN 843-3:2004: Techniczna ceramika zaawansowana. Właściwości
mechaniczne ceramiki monolitycznej w temperaturze pokojowej. Oznaczanie
wytrzymałości na zginanie
[3] Norma PN-EN 658-2:2004: Techniczna ceramika zaawansowana. Mechaniczne
właściwości kompozytów ceramicznych w temperaturze pokojowej. Oznaczanie
właściwości przy ściskaniu