Normal ve osteoporotik sıçan femurunda kemiğin biyomekanik kalitesinin biyomekanik testle ve sonlu elemanlar analizi ile belirlenmesi

Amaç: Bu çalışmada, normal ve osteoporotik sıçan kortikal femurunun biyomekanik özellikleri hem deneysel biyomekanik analiz hem de sonlu elemanlar analizi (SEA) ile değerlendirildi. Çalışma Planı: Ağırlıkları 225-250 gram arasında değişen 14 adet genç erişkin Sprague-Dawley cinsi dişi sıçan eşit sayıda iki gruba ayrıldı. Bir gruba ketamin anestezisi altında iki taraflı ovariektomi yapıldı. Ovariektomiden 14 hafta sonra, çift enerjili X ışınları absorbsiyometrisi ile tüm sıçanlarda kemik mineral yoğunluğu (KMY) ölçüldü; daha sonra yüksek dozda ketamin ile deneklerin yaşamı sonlandırılarak sağ ve sol femurları çıkarıldı. Sol femurlara biyomekanik germe testi uygulandı. Sağ femurlarda ise kortikal kemik kesiti bilgisayarlı tomografi ile görüntülendi, bilgisayara aktarılan görüntülerden kemiklerin üçboyutlu modelleri elde edildi. ANYSIS 9.0 paket programı kullanılarak SEA yapıldı. Her iki yöntemle elde edilen kemiklerin deformasyon, stres ve strain dağılımları karşılaştırıldı. Sonuçlar: Ovariektomi grubunda KMY değerinin kontrol grubuna göre yaklaşık %29 oranında azaldığı görüldü (p

Determining the biomechanical quality of normal and osteoporotic bones in rat femora through biomechanical test and finite element analysis

Objectives: This study aimed to determine the biomechanical quality of cortical bone in normal and osteoporotic rat femora with the use of biomechanical analysis and finite element analysis. Methods: Fourteen young adult female Sprague-Dawley rats weighing 225-250 g were randomized into two groups equal in number. One group underwent bilateral ovariectomy under ketamine anesthesia. Fourteen weeks after ovariectomy, bone mineral density was measured by dual energy X&#8211;ray absorptiometry in two groups and the rats were sacrificed under high-dose ketamine anesthesia for removal of all the femora. The right femora were subjected to biomechanical tension tests. In the left femora, cortical bone sections were visualized by computed tomography and finite element analysis was performed on computer-generated three dimensional images using the ANYSIS 9.0 software. Deformation, stress, and strain values obtained by the two analyses were compared. Results: Compared to the control group, bone mineral density decreased by 29%, and decreases in deformation, stress, and strain values were 39%, 51%, and 64%, respectively, in the ovariectomized rats (p<0.05). No significant differences were found between the results of biomechanical measurements and finite element analysis (p>0.05). Conclusion: Our data suggest that finite element analysis can be used in vivo to determine biomechanical quality of the bone in osteoporotic patients.

___

  • 1. Dequeker J, Mundy GR. Bone structure and function. In: Klippel J, Dieppe PA, editors. Rheumatology. London: Mosby; 1998. p. 8-34.
  • 2. Han SM, Szarzanowicz TE, Ziv I. Effect of ovariectomy and calcium deficiency on the ultrasound velocity, mineral density and strength in the rat femur. Clin Biomech 1998;13:480-4.
  • 3. NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy. Osteoporosis prevention, diagnosis, and therapy. JAMA 2001;285:785-95.
  • 4. Burr DB. The contribution of the organic matrix to bone’s material properties. Bone 2002;31:8-11.
  • 5. Turner CH, Burr DB. Basic biomechanical measurements of bone: a tutorial. Bone 1993;14:595-608.
  • 6. Zhong ZC, Wei SH, Wang JP, Feng CK, Chen CS, Yu CH. Finite element analysis of the lumbar spine with a new cage using a topology optimization method. Med Eng Phys 2006;28:90-8.
  • 7. Nigg BM, Herzog W, editors. Biological materials. In: Biomechanics of the musculo-skeletal system. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons; 1999. p. 50-63.
  • 8. Viceconti M, Davinelli M, Taddei F, Cappello A. Automatic generation of accurate subject-specific bone finite element models to be used in clinical studies. J Biomech 2004;37:1597-605.
  • 9. Lengsfeld M, Burchard R, Gunther D, Pressel T, Schmitt J, Leppek R, et al. Femoral strain changes after total hip arthroplasty- patient-specific finite element analyses 12 years after operation. Med Eng Phys 2005;27:649-54.
  • 10. Swider P, Pedrono A, Mouzin O, Soballe K, Bechtold JE. Biomechanical analysis of the shear behaviour adjacent to an axially loaded implant. J Biomech 2006;39:1873-82.
  • 11. Jia X, Zhang M, Li X, Lee WC. A quasi-dynamic nonlinear finite element model to investigate prosthetic interface stresses during walking for trans-tibial amputees. Clin Biomech 2005;20:630-5.
  • 12. Au AG, Liggins AB, Raso VJ, Amirfazli A. A parametric analysis of fixation post shape in tibial knee prostheses. Med Eng Phys 2005;27:123-34.
  • 13. Dumont ER, Piccirillo J, Grosse IR. Finite-element analysis of biting behavior and bone stress in the facial skeletons of bats. Anat Rec A Discov Mol Cell Evol Biol 2005;283:319-30.
Acta Orthopaedica et Traumatologica Turcica-Cover
  • ISSN: 1017-995X
  • Başlangıç: 2015
  • Yayıncı: Türk Ortopedi ve Travmatoloji Derneği
Sayıdaki Diğer Makaleler

Omuz laksitesi zemininde gelişen brakiyal pleksus nöropatisi (stinger sendromu): Olgu sunumu

Mehmet Can ÜNLÜ, Hayrettin KESMEZACAR, Işık AKGÜN

Okült gangliyon tanısında parmak ekstansiyon testinin önemi

Murat KAYALAR, Aziz VATANSEVER, Emin BAL, Tulgar TOROS, Kemal ÖZAKSAR, Sait ADA

Artroskopik menisküs ve kıkırdak cerrahisinden sonra osteonekroz gelişimi: Beş olgu sunumu

Rahmi Can AKGÜN, Nevzat Reha TANDOĞAN, Aytekin KARAMAN, TOLGA AKKAYA, Ahmet Fevzi ÖZGÜR, İsmail Cengiz TUNCAY

Steroid kullanımının femur başı avasküler nekrozu patogenezindeki yeri: Deneysel hayvan modeli

Halil BEKLER, Ahmet Muhtar UYGUR, Alper GÖKÇE, TAHSİN BEYZA BEYZADEOĞLU

Humerus cisim kırıklarında fonksiyonel breys tedavisinin yeri

BÜLENT ÖZKURT, Murat Altay, Cem Nuri AKTEKİN, Ali TOPRAK, Yalçın TABAK

Akut humerus cisim kırıklarının cerrahi tedavisinde plak vida ile şişebilen intramedüller çivi yöntemlerinin karşılaştırılması

Bülent DAĞLAR, Önder Murat DELİALİOĞLU, Bülent Adil TAŞBAŞ, Kenan BAYRAKCI, Mustafa AĞAR, Uğur GÜNEL

Kronik patellofemoral dizilim bozukluğu tedavisinde Fulkerson osteotomisinin yeri

Mahmut KARAMEHMETOĞLU, Yusuf ÖZTÜRKMEN, İbrahim AZBOY, Mustafa CANİKLİOĞLU

Kondromiksoid fibroma: 11 olgunun değerlendirilmesi

Hakan ATALAR, Kerem BAŞARIR, İsmail URAŞ, Yusuf YILDIZ, Selim EREKUL, Yener SAĞLIK

Türk toplumunda femur osteometrisi: Femoral komponent tasarımı için 114 kadavra femurunda morfometrik çalışma

Bülent ATİLLA, Ali ÖZNUR, ÖMÜR ÇAĞLAR, Mazhar TOKGÖZOĞLU, Mümtaz ALPASLAN

Normal ve osteoporotik sıçan femurunda kemiğin biyomekanik kalitesinin biyomekanik testle ve sonlu elemanlar analizi ile belirlenmesi

ÜLKÜ ÇÖMELEKOĞLU, HÜSEYİN MUTLU, SERAP YALIN, Selda BAĞIŞ, Altan YILDIZ, OYA ÖGENLER