Kemi¤in Biyomekanik Özellikleri ve Yafl ile
‹liflkili K›r›klar›n Biyomekani¤i
Biomechanical Properties of Bone and Biomechanics of Age - Related Fractures
K›r›klar, biyomekanik aç›dan kemi¤in yap›sal yetersizli¤inin sonucudur. Yetersizlik kemi¤e uygulanan yüklerin kemi¤in yük tafl›ma kapasitesini aflmas› sonucu oluflur. Kemi¤in yük tafl›ma kapasitesi; geometrisine (flekil, boyut ve kemik kütlesinin da¤›l›m›), materyal özelliklerine ve uygulanan yükün yönü ve büyüklü¤üne ba¤l›d›r. Kemik k›r›lganl›¤›; güç, k›r›labilirlik ve k›r›k oluncaya kadar yap›lan ifl gibi biyomekanik parametrelerle belirlenebilir. K›r›k riskini azaltma stratejileri, yafllanma ile k›r›k riski art›fl›n›n nedenini oluflturan hücresel, moleküler ve biyomekanik mekanizmalar› anlama temeline dayanmal›d›r. Bu derlemede, kemi¤in biyomekanik özellikleri ve biyomekanik aç›dan yafl ile iliflkili k›r›klar›n etyolojisi güncel literatür ›fl›¤›nda tart›fl›lm›flt›r. (Osteoporoz Dünyas›ndan 2007;13:44-8)
Anahtar kelimeler: Kemik k›r›lganl›¤›, yafl ile iliflkili k›r›klar, biyomekanik
From a biomechanical viewpoint, fractures are due to a structural failure of the bone. This failure occurs when the forces applied to the bone exceed its load – bearing capacity. The load – bearing capacity of a bone depends on the geometry (its size, shape and distribution of bone mass), and the material properties of a bone as well as the direc-tion and magnitude of applied load. Bone fragility can be defined by biomechanical parameters such as strength, brit-tleness and work to failure. Strategies to reduce fracture risk must be based on a sound understanding of the cellular, molecular and biomechanical mechanisms that underlie the increased risk of fractures while aging. In this review bio-mechanics of bone and the etiology of age – related fractures from a biomechanical viewpoint have been discussed in the view of current literature. (From the World of Osteoporosis 2007;13:44-8)
Key words: Bone fragility, age - related fractures, biomechanics
Y
Yaazz››flflmmaa AAddrreessii:: Dr. Rezzan Günayd›n, 116/16 Sok. No: 8/15 35050 Bornova, ‹zmir, Türkiye Tel.: 0232 250 50 50/1286 E-mail: drrezzan@superonline.com
Rezzan Günayd›n, Alt›nay Göksel Karatepe
‹zmir E¤itim ve Araflt›rma Hastanesi Fizik Tedavi ve Rehabilitasyon Klini¤i, ‹zmir, Türkiye
Summar
y
Summary
Özet
Kemi¤in Biyomekanik Özellikleri
‹nsan iskeletinin esas görevi kaslar›n yap›flmas›na olanak sa¤-lamak ve iç organlar› koruyarak desteklemektir. Kemi¤in bi-yomekani¤i de bu kompleks görevleri yapabilmesi için özel-leflmifltir. Kemiklerin önemli bir fonksiyonu yük tafl›malar›d›r. K›r›k, biyomekanik aç›dan kemi¤in yap›sal yetersizli¤i olarak tan›mlanabilir. Yetersizlik, kemi¤e uygulanan yüklerin kemi-¤in yük tafl›ma kapasitesini aflmas› sonucu oluflur. Kemikemi-¤in yük tafl›ma kapasitesi; geometrisine (flekil, boyut ve kemik kütlesinin da¤›l›m›), materyal özelliklerine (doku özellikleri) ve uygulanan yükün yönü ve büyüklü¤üne ba¤l›d›r (1, 2).
Kemik k›r›lganl›¤›n›n biyomekanik aç›dan tan›m› en az›ndan üç komponent içerir. Dayan›kl›l›k veya güç, k›r›labilirlik ya da deforme olma özelli¤i ve kemi¤in k›r›l›ncaya kadar absorbe etti¤i enerji miktar›. Dördüncü bir parametre olarak sertlik say›labilir. Ancak bu parametre k›r›lganl›¤›n do¤rudan bir öl-çümü de¤ildir. Bu parametreler, laboratuar flartlar›nda kompresyon, gerilme ve makaslama kuvvetleri oluflturan mekanik yüklenmeler verilerek yap›lan biyomekanik testler-le ölçütestler-lebilir (3).
Kemik k›r›lganl›¤›n›n do¤as›n› anlamak için yap›sal mekanik davran›fl ile materyal mekanik davran›fl aras›ndaki farklar› bilmek önemlidir. Yap›sal mekanik davran›fl kemi¤in flekline,
boyutuna ve doku özelliklerine ba¤l› iken materyal meka-nik davran›fl sadece kemi¤in doku özelliklerine ba¤l›d›r (4). Herhangi bir fiziksel aktivite sonucu kemi¤e uygulanan yükler, yap›sal mekanik davran›fl›n sonucu olarak kemikte deformasyona neden olur. Yük - deformasyon grafi¤inin karakteristi¤i, kemi¤in hem flekline hem de doku özellikle-rine ba¤l›d›r. Esneme noktas›na kadar yük ve deformasyon aras›nda lineer bir iliflki (elastik bölge) vard›r. Bu noktadan sonra yük deformasyon e¤risin›n e¤imi azal›r (plastik böl-ge). Elastik bölgede yük kald›r›ld›¤›nda kemik eski flekline geri dönerken plastik bölgede kemikte meydana gelen mikrohasar kal›c› deformasyona neden olur. Kemik elastik dönem boyunca yap›lan yüklenmenin 6 kat›n› plastik dö-nemde karfl›layabilir. Yükler art›r›larak uygulanmaya de-vam eder ve kemi¤in yetersizlik noktas›na ulafl›l›rsa k›r›k or-taya ç›kar. Yük - deformasyon e¤risinde, elastik bölgenin e¤imi kemi¤in sertli¤ini gösterir (2, 3, 5) (fiekil 1).
Kemik örneklerinde yap›lan mekanik testlerde; uygulanan yükler alt›nda kemi¤in materyal mekanik davran›fl›n›n so-nucu olarak yük – deformasyon grafi¤ine benzer stres – strain grafi¤i elde edilir. Stres, yükün kemikte oluflturdu¤u iç kuvvetin yo¤unlu¤u olup yükün uyguland›¤› alana oran› ile belirlenir. Strain ise deformasyonun orijinal uzunlu¤a bölünmesi ile saptan›r. Stres – strain e¤risinde elastik bölge-nin e¤imi ile belirlenen elastik (Young’s) modulus kemik materyalinin deformasyona direncini gösterir. Stres – strain grafi¤inde e¤rinin alt›nda kalan alan dayan›kl›l›k olarak ad-land›r›l›r ve k›r›k olufluncaya kadar kemi¤in absorbe edebi-lece¤i enerji miktar›n› gösterir (2, 6) (fiekil 2).
Kemik farkl› yap›sal bileflenleri içeren heterojen bir madde-dir. Ayr›ca kendini tamir edebilen, iç yap›s›n›, fleklini ve
bo-yutunu de¤iflen mekanik ihtiyaçlara göre de¤ifltirebilen bir dokudur (Wolff yasas›) (3, 6). Kemik dokusu farkl› do¤rul-tularda gelen yüklere farkl› mekanik özellikler gösterir. Bu nedenle hem kortikal hem de trabeküler kemik anizotro-piktir. Genel olarak, kemi¤in uzun aks›na paralel olarak ge-len yükge-lenme ile dik olarak gege-len yükge-lenmeye karfl› göster-di¤i mekanik özellik (dik gelen yüklere karfl› olan elastik modulus paralel gelen yüklere karfl› olan›n 2/3’ü kadar) ke-mi¤in mekanik davran›fl›n›n s›n›rlar›n› çizer. Bu iki yön d›fl›n-da kemi¤e gelen yükler bu s›n›rlar içinde kalacak flekilde di-rençle karfl›lafl›r (2). Kemik pimer yüklenme yönünde daha kuvvetlidir. Anizotropinin derecesi kemi¤in anatomik yeri-ne ve fonksiyoyeri-nel yüklenmeye göre de¤iflir. Vertebraya ait trabeküler kemik vertikal do¤rultuda transvers do¤rultuya göre daha güçlü iken iliak krest ve femur bafl›n›n merkezi-ne ait trabeküler kemik hemen hemen izotropiktir. Kemik viskoelastik bir materyaldir. Bu nedenle daha h›zl› yüklen-me karfl›s›nda daha fazla enerji depolar, daha sert ve güçlü duruma gelir. Kortikal kemik trabeküler kemikten daha sert olup daha fazla yüke karfl› koyabilir ancak deforme olabilme yetene¤i daha azd›r. Kortikal kemi¤in k›r›lmas› için orijinal uzunlu¤unun %2’sinin afl›lmas› yeterli iken, tra-beküler kemikte bu oran %7’dir (7, 8).
Yafl ile ‹liflkili K›r›klar›n Biyomekani¤i
Mekanik yaklafl›m dikkate al›nd›¤›nda; k›r›klar kemi¤in ya-p›sal yetersizli¤inin bir göstergesidir. Kemi¤e uygulanan yük, spesifik aktivitelere ba¤l›d›r ve uygulanan yükün yönü ve büyüklü¤ü ile de¤iflir. Örne¤in; proksimal femura düflme sonucu uygulanan yük; düflmenin yönüne (öne, arkaya, ya-na), yüksekli¤ine, kalçadaki yumuflak doku miktar›na ve ki-flinin düflmeden kendini koruyabilme yetene¤ine ba¤l›d›r (6, 9). ‹skelete uygulanan yükler ve kemi¤in gücü aras›nda-ki iliflaras›nda-kiyi inceleyen bir çal›flmada yan tarafa do¤ru düflme-nin arkaya do¤ru düflmeye göre daha fazla kalça k›r›¤›na
fi
fieekkiill 11.. E¤ilme yüklenmesinde kemi¤in standart yük – defor-masyon e¤risi. E¤riden elde edilen dört temel mekanik özellik; güç, sertlik, enerji absorbe edebilme yetene¤i ve deformasyon
E Essnneemmee n nookkttaass›› D DEEFFOORRMMAASSYYOONN Maksimum güç Elastik limit Plastik alan Elastik alan YÜK K›r›k fi
fieekkiill 22.. Stres – strain grafi¤i .2 200 160 120 80 40 STRESS MPa (Yük/Alan) .6 1.0 1.4 1.5 S STTRREESS--SSTTRRAA‹‹NN GGRRAAFF‹‹⁄⁄‹‹ S
neden oldu¤u, öne do¤ru düflmelerin ise daha çok el bilek k›r›klar›na neden oldu¤u gösterilmifltir (10).
‹skelete uygulanan yükler ve kemik gücü aras›ndaki bir di-¤er iliflki ise farkl› vücut biçimine sahip kiflilerde kemik mi-neral yo¤unlu¤u (KMY) ölçümlerinin yorumlanmas› ile ilifl-kilidir. Biyomekanik aç›dan bak›ld›¤›nda; bir miktar düflük KMY’ye sahip daha küçük vücut yap›l› bir kifli, ayn› KMY’ye sahip daha büyük vücut yap›s›ndaki bir kifliye göre k›r›k aç›-s›ndan daha düflük risk alt›ndad›r. Düflme s›ras›nda uygula-nan yükler büyük vücut yap›l› kiflilerde daha küçük kiflilere göre daha fazlad›r (6).
Kemik gücünün belirteçleri
Bir kemi¤in k›r›¤a direnme yetene¤i (kemi¤in gücü) kemi-¤in miktar›na (kütle), kemik kütlesinin uzaysal da¤›l›m›na (flekil ve mikromimari) ve kemi¤i oluflturan materyalin int-rinsik özelliklerine ba¤l›d›r. Kemi¤in yeniden flekillenmesi ise kemik gücünü etkileyen özelliklerdeki de¤iflikliklere arac›l›k eden biyolojik bir süreçtir (6).
Kemik gücünü belirleyen belirteçler dikkate al›nd›¤›nda birkaç önemli nokta ak›lda tutulmal›d›r. Birincisi, kemik çev-resindeki mekanik ve hormonal de¤ifliklere sürekli olarak adaptasyon gösterme, kendi kendini yenileme ve tamir ye-tene¤ine sahiptir. Mekanik yüklenmelerdeki art›fla boyutu-nu, fleklini ve/veya matriks özelliklerini de¤ifltirerek uyum gösterir. Ayr›ca kemi¤in matriks özelliklerindeki bozulma da kemik geometrisinde önemli de¤iflikliklere neden olabi-lir. Örne¤in; kollajen defekti sonucu geliflen osteogenezis imperfektada artm›fl kemik k›r›lganl›¤› kemik geometrisin-deki de¤iflikliklerle kompanse edilebilir (11). ‹kincisi, kemik gücünü etkileyen faktörlerin hiyerarflik do¤as› ile ilgilidir. Bu nedenle sellüler, matriks, mikro ve makromimari düzey-lerin tümü kemi¤in mekanik özellikdüzey-lerini etkileyebilir. Çeflit-li faktörler aras›ndaki iÇeflit-liflki nedeniyle bir özelÇeflit-likte meydana gelen de¤ifliklik kemi¤in mekanik özelli¤indeki de¤iflikli¤in tek nedeni olamaz (1).
Kemi¤in Yap›sal Özelliklerine Karfl›n Materyal Özellikleri
Kemi¤e uygulanan yükler ve sonucunda kemikte oluflan deformasyon aras›ndaki iliflki tüm kemi¤in yap›sal davran›-fl› veya yap›sal özelliklerini karakterize eder. Bu nedenle ya-p›sal davran›fl kemi¤in boyutu ve flekli kadar kemik doku-nun özelliklerinden de etkilenir. Yap›sal davran›fl›n tersine, kemik dokunun materyal davran›fl› veya materyal özellikle-ri kemi¤in geometözellikle-risinden ba¤›ms›zd›r, kortikal ve trabekü-ler kemi¤in intrinsik biyomekanik özelliktrabekü-lerini yans›t›r. Bu nedenlerle biyomekanik mühendisli¤i kemik gücünü de-¤erlendirirken hem yap›sal hem de materyal davran›fl›n› dikkate al›r (6).
Trabeküler kemi¤in materyal özelliklerini etkileyen pek çok faktör mevcuttur. Ancak en önemli faktörler gerçek dansi-te (volümetrik fraksiyon) ve trabeküler a¤›n mikroyap›sal düzenidir. Trabeküler kemi¤in dansitesi ile gücü aras›nda li-neer olmayan bir iliflki mevcuttur. Dansitedeki küçük de¤i-flimler trabeküler kemik gücünde dramatik de¤ide¤i-flimlere ne-den olur (8). Örne¤in; KMY’deki %25’lik bir azalman›n
tra-beküler kemi¤in sertlik ve gücünde %44’lük bir azalmaya neden oldu¤u saptanm›flt›r (6). ‹nsan örneklerinde femur boynuna uygulanan makaslama testlerinin de¤erlendirildi-¤i ex-vivo çal›flmalar proksimal femur KMY’si ile kemik gü-cü aras›nda mükemmel bir uyum oldu¤unu, KMY’nin ke-mik gücündeki de¤iflimin %66-74’ünü aç›klad›¤›n› göster-mifltir. Ancak KMY ile ifade edilen volümetrik dansite de¤il birim alana ait kütledir. Bu de¤iflken hem kemik mineral içeri¤inden hem de kemi¤in boyutlar›ndan etkilenir (12). Trabeküler kemik örneklerinde gerçek dansite ile kemi¤in kompressif gücü aras›ndaki iliflkinin incelendi¤i bir in vitro çal›flmada, trabeküler kemi¤in 0.2 MPa’dan daha az komp-ressif güç göstermesi için 0.10g/cm3alt›nda gerçek
dansite-ye sahip olmas› gerekti¤i ve iliflkinin eksponansidansite-yel özellik tafl›d›¤› saptanm›flt›r. Bu kompressif güç, rutin ve düflük se-viyeli günlük aktivitelerde bile kemi¤in k›r›lmas›na neden olabilir (13). Resch ve ark. taraf›ndan yap›lan bir çal›flmada, 0.11gr/cm3gerçek kemik dansitesine sahip erkeklerin %25
oran›nda vertebral k›r›k riskine sahip olduklar›, 0.05gr/cm3’lük de¤erlerde ise bu oran›n %99 oldu¤u gös-terilmifltir (14).
Ancak kemik dansitesi trabeküler kemi¤in mekanik gücü-nü aç›klamada yetersiz kal›r. Trabeküler kemi¤in mikromi-mari yap›s› da son derece önemlidir. Trabeküler yap›; belli bir hacimdeki trabekül say›s›, ortalama trabekül kal›nl›¤›, trabeküller aras› mesafe ve birbirleri ile olan ba¤lant›n›n derecesi ile karakterizedir. Trabeküler kemi¤in primer mi-marisini horizontal ve vertikal trabeküller oluflturur. Verti-kal trabeküller horizontal tabeküllere göre daha fazlad›r. Yafllanma ve osteoporoz oluflumu ile kemik dansitesinde azalma ve trabeküler kemik yap›s›nda de¤ifliklikler oluflur. Trabeküllerin kal›nl›¤› ve say›s› azal›r. Vertikal trabeküller vertebray› kompressif güçlere karfl› desteklerken horizontal trabeküller çapraz destek yap› davran›fl› gösterir (15). Hori-zontal trabeküllerin kayb› vertikal trabeküllerin desteklen-meyen uzunlu¤unun artmas›na ve e¤ilmelere karfl› olan gücünde azalmaya neden olur. Tersine bir ya da daha çok horizontal deste¤in korunmas›, kemik dansitesinde çok az de¤ifliklik ile birlikte trabeküler kemi¤in e¤ilmelere karfl› gücünü belirgin derecede etkileyecektir (Euler’s prensibine göre bir sütunun gücü o sütunun desteklenmeyen uzunlu-¤unun karesi ile ters orant›l›d›r) (5, 6). Silva ve Gibson tra-beküler kemi¤in analitik bir modeli üzerinde yapt›klar› ça-l›flmada, kemik kütlesinde ayn› miktarda bir azalma için, trabeküler elemanlar›n›n kayb›n›n trabeküler desteklerde incelmeye göre kemik gücü üzerine 2-5 kat daha zararl› ol-du¤unu göstermifllerdir (16).
Trabeküler kemik özelliklerine etki eden bir di¤er mekaniz-ma artm›fl rezorbsiyon aktivitesi sonucu oluflan rezorbsiyon kaviteleridir. Bu kaviteler lokal zay›f bölgeler olup trabekü-ler çatlaklar›n bafllamas›na öncülük edebilirtrabekü-ler. Yap›lan bir çal›flmada, hem trabeküler incelmenin hem de rezorbsiyon kavitelerinin vertebran›n trabeküler kemik gücündeki azal-may› kemik dansitesindeki azalmaya göre daha fazla tah-min ettirdi¤i gösterilmifltir. Ayn› çal›flmada rezorbsiyon
ka-vitelerinin neden oldu¤u kemik gücündeki azalman›n tra-beküler incelmeye göre olandan daha fazla oldu¤u da sap-tanm›flt›r (17).
Kortikal kemi¤in biyomekanik özelliklerinin bafll›ca belir-teçleri ise porozite ve kemik matriksinin mineralizasyon yo-¤unlu¤udur. Kortikal kemi¤in sertlik ve gücündeki de¤ifli-min %80’inden fazlas› bu iki belirteç ile aç›klanabilir. Yafl ile (özellikle 40 yafl›ndan sonra) endosteal kemik rezorbsiyo-nunda art›fl sonucu kortikal kemi¤in porozitesi artar. Artm›fl kortikal kemik porozitesi kalça ve el bile¤i k›r›klar› için önemli bir predispozan faktördür. Kortikal kemi¤in meka-nik davran›fl›n› etkileyen di¤er özellikler; kemi¤in histolojik yap›s›, kollajen içeri¤i ve oryantasyonu, kollajen çapraz ba¤lar›n›n do¤as› ve uzunlu¤u, sement çizgilerinin say›s› ve da¤›l›m› ile mikrohasar›n varl›¤›d›r (5, 6).
Kemik Geometrisinin Rolü
Kemi¤in mekanik davran›fl› üzerine kemik büyüklü¤ü ve fleklinin rolü büyüktür. ‹nsan kadavras› ile yap›lan laboratu-ar çal›flmallaboratu-ar› büyük kemiklerin küçük kemiklere göre daha güçlü oldu¤unu göstermifltir. Klinik gözlemler de bu sonu-cu desteklemektedir. Örne¤in; radiusun kesit alan›nda azal-ma postmenopozal kad›nlarda el bilek k›r›klar› için bir risk faktörü olarak saptanm›flt›r. Ayr›ca daha küçük vertebrala-ra sahip kiflilerde vertebvertebrala-ral k›r›k riskinde art›fl oldu¤u göz-lenmifltir (6, 18).
‹skelete uygulanan yükler, kompresyon veya gerilme kuv-vetlerinin e¤ilme veya bükülme kuvvetleri ile kombinasyo-nu fleklindedir. E¤ilme ve bükülmeye direnç appendiküler iskelette en yüksek stresi oluflturur. E¤ilme ve bükülme yük-lerine direnç için en etkili yap›lanma, kemik mineralinin e¤ilme ve bükülmenin nötral aks›ndan ne kadar uza¤a da-¤›ld›¤› ile ilgilidir (bu aks genellikle kemi¤in merkezinin ya-k›n›ndad›r). Kütlenin nötral e¤ilme aks›n›n etraf›na yay›l-mas› geometrik bir özellik olan eylemsizlik moment alan› olarak tan›mlan›r. Solid dairesel bir çubu¤un eylemsizlik moment alan› çap›n›n 4. kuvveti ile orant›l›d›r. Bu nedenle uzun kemiklerin eksternal çap›nda küçük art›fllar e¤ilme ve bükülmelere olan direncini dramatik olarak art›r›r. Komp-resyon ve gerilme yüklenmelerine direnç ise do¤rudan ke-mi¤in kesit alan› ile orant›l›d›r (19). Keke-mi¤in geometrisinde yafl ile ilgili de¤ifliklikler kemi¤in gücünü korumaya yönelik-tir. Kemik dokunun materyal özelliklerinde yafl ile ilgili azal-ma trabeküler ve kortikal kemi¤in yeniden düzenlenmesi-ne düzenlenmesi-neden olur. Bu de¤ifliklikler appendiküler iskelette en-dosteal rezorbsiyon ile birlikte periostal geniflleme fleklin-dedir ve böylece kortikal kal›nl›k azal›rken kemi¤in d›fl ça-p›nda art›fl olur. Kemi¤in d›fl çaça-p›ndaki art›fllar e¤ilme ve bükülme yüklerine karfl› direncini art›r›r (20).
Femur boyun geometrisi kalça k›r›k riskinde önemli bir ro-le sahiptir. Genifl femur boynu ve flaft›na, ince femur kor-teksine ve uzun kalça aks›na sahip kad›nlar kalça k›r›¤› için artm›fl risk tafl›rlar (21, 22).
Kemi¤in Matriks Özelliklerinin Rolü
Kemi¤in makro ve mikromimarisine ek olarak matriks likleri de mekanik özellikleri etkiler. Kemi¤in mekanik
özel-liklerini etkileyen bu belirteçler; matriks kompozisyonu, or-ganik ve inoror-ganik içerik oran›, matriks mineralizasyonu-nun derecesi, mineral kristal boyutu, kollajen çapraz ba¤la-r›n do¤as› ve da¤›l›m› ile matriks mikrohasaba¤la-r›n›n miktar›d›r.
Matriks Mineralizasyonu
Matriksin mineralizasyon derecesi kortikal kemi¤in me-kanik özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Kortikal kemi-¤in elastik modulüsü ve gücü matriks mineralizasyonun derecesi ile pozitif iliflkilidir. Ancak kortikal kemi¤in enerji absorbe edebilme yetene¤i mineral içeri¤inin art-mas› ile azal›r. Kemik remodeling h›z›ndaki de¤ifliklikler kemi¤in mineralizasyon derecesini etkileyebilir. Remo-deling süresince yeni kemik göreceli olarak daha az mi-neralizedir ve tam mineralize olabilmesi için zaman ge-rekir. H›zl› remodeling durumunda, süreç tamamlanma-dan tekrar rezorbsiyon bafllad›¤› için kemik tam olarak mineralize olamaz (3, 23).
Kollajen Özellikleri
Kemik iki ana yap›tafl› (mineral ve kollajen) içeren bileflik bir materyaldir. Normal bir kemikte mineral içerik sertlik ve gü-cü sa¤larken kollajen içerik enerji absorbe edebilme yete-ne¤ini ve yumuflakl›¤›n› sa¤lar. Osteogenezis imperfektada gözlenen k›r›¤a afl›r› e¤ilim, kollagen anomalilerin kemik gücünü ne kadar etkileyebilece¤ini gösteren bir örnektir. COL1A1 polimorfizminde oldu¤u gibi kollajendeki daha karmafl›k de¤iflimler de KMY’den ba¤›ms›z olarak k›r›k riski ile iliflkili olabilir (6, 24).
Mikrohasar Birikimi
Yaflam boyunca iskelet üzerine binen fizyolojik yüklenme-ler kemikte yorgunluk hasar› oluflturur. Çeflitli çal›flmalarda zay›flam›fl kemikte hasar birikimi oldu¤u gösterilmifltir. Üs-telik mikrohasar, muhtemelen hasarl› dokuyu tamir ede-bilmek amac› ile remodeling aktivasyonunun bafllamas›na neden olur. Bu ilgi çekici gözlem kemik remodelinginin önemli bir rolünün kemikte yorgunluk sonucu oluflan mik-rohasar› tamir etmek oldu¤unu göstermifltir. Kemik dön-güsünün afl›r› bask›lanmas›n›n mikrohasar tamiri için ke-mik kapasitesini azaltabilece¤i ve sonuç olarak mekanik özelliklerin azalmas›na neden olaca¤› düflünülmektedir. Ancak yafl ile ilgili k›r›klarda mikrohasar›n rolü tam olarak anlafl›lamam›flt›r (25, 26).
Sonuç
Kemik k›r›lganl›¤› biyomekanik aç›dan incelendi¤inde; k›r›k oluflumunu azaltmak için kemi¤e uygulanan yükleri azalt-mak kadar kemi¤in gücünü devam ettirmek veya art›razalt-mak da son derece önemlidir. Kemi¤in gücü; kemi¤in boyutu, kütlesi, flekli, mimari yap›s› ve kemik dokunun intrinsik özellikleriyle belirlenir. Dual enerji X-ray absorbsiyometri ile belirlenen KMY kemi¤in gücünü bir miktar yans›t›r. Ancak kemik kütlesinin üç boyutlu da¤›l›m›, trabeküler ve kortikal kemik mimarisi ve kemik dokunun intrinsik özellikleri ile belirlenen kemik gücünü yans›tamaz. Kemi¤in geometrisi-ni, mimari yap›s› ve gücünü invaziv olmayan metodlarla de-¤erlendirmek amac› ile yap›lan çal›flmalar, k›r›k riskini daha duyarl› ve özgün olarak saptamam›za olanak sa¤layacakt›r.
Kaynaklar
1. Bouxsein ML. Bone quality: where do we go from here? Osteoporos Int 2003;14(Suppl 5):S118-27.
2. Bouxsein ML. Biomechanics of age-related fractures. In: Marcus R, Feldman D, Kelsey J, eds. Osteoporosis. Second Edition. Volume 1. San Diego: Academic Pres 2001:509-31.
3. Turner CH. Biomechanics of bone: determinants of skeletal fragility and bone quality. Osteoporos Int 2002;13:97-104.
4. Turner CH, Burr DB. Basic biomechanical measurements of bone: a tutorial. Bone 1993;14:595-608.
5. Friedman AW. Important determinants of bone strength. Beyond bone mineral density. J Clin Rheumatol 2006;12:70-7.
6. Bouxsein ML. Determinants of skeletal fragility. Best Pract Res Clin Rheumatol 2005;19:897-911.
7. Mosekilde L. Iliac crest trabecular bone volume as predictor for vertebral compressive strength, ash density and trabecular bone volume in normal individuals. Bone 1988;9:195-9.
8. Keaveny TM, Morgan EF, et al. Biomechanics of trabecular bone. Annu Rev Biomed Eng 2001;3:307-33. 9. Lotz J, Cheal EJ, et al. Stress distributions within the
proximal femur during gait and falls: implications for osteoporotic fracture. Osteoporos Int 1995;5:252-61. 10. Nevitt MC, Cummings SR. Type of fall and risk of hip and
wrist fractures: the study of osteoporotic fractures. The Study of Osteoporotic Fractures Research Group. J Am Geriatr Soc 1993;41:1226-34.
11. Bonadio J, Jepsen KJ, et al. A murine skeletal adaptation that significantly increases cortical bone mechanical properties. Implications for human skeletal fragility. J Clin Invest 1993;92:1697-705.
12. Ammann P, Rizzoli R. Bone strength and its determinants. Osteoporos Int 2003;14(Suppl 3):S13-8.
13. Keller TS. Predicting the compressive mechanical behavior of bone. J Biomech 1994;27:1159-68.
14. Resch A, Schneider B, et al. Risk of vertebral fractures in men: relationship to mineral density of the vertebral body. Am J Roentgenol 1995;164:1447-50.
15. Myers ER, Wilson SE. Biomechanics of osteoporosis and vertebral fracture. Spine 1997;22(Suppl 24):S25-31. 16. Silva MJ, Gibson LJ. Modeling the mechanical behavior of
vertebral trabecular bone: effects of age-related changes in microstructure. Bone 1997;21:191-9.
17. van der Linden JC, Homminga J, et al. Mechanical consequences of bone loss in cancellous bone. J Bone Miner Res 2001;16:457-65.
18. Ahlborg HG, Johnell O, et al. Bone loss and bone size after menopause. N Engl J Med 2003;349:327-34. 19. Martin B. Aging and strength of bone as a structural
material. Calcif Tissue Int 1993;53(Suppl 1):S34-40. 20. Ruff C, Hayes W. Subperiosteal expansion and cortical
remodeling of the human femur and tibia with aging. Science 1982;217:945-7.
21. Frisoli A Jr, Paula AP, et al. Hip axis length as an independent risk factors for hip fracture independently of femural bone mineral density in Caucasian elderly Brazilian women. Bone 2005;37:871-5.
22. El- Kaissi S, Pasco JA, et al. Femoral neck geometry and hip fracture risk: the Geelong osteoporosis study. Osteoporos Int 2005;16:1299-303.
23. Boivin G, Meunier PJ. Changes in bone remodeling rate influence the degree of mineralization of bone. Connect Tissue Res 2002;43:535-7.
24. Currey JD. Role of collagen and other organics in the mechanical properties of bone. Osteoporos Int 2003;14(Suppl 5):S29-36.
25. Schaffler M. Role of bone turnover in microdamage. Osteoporos Int 2003;14(Suppl 5):S73-80.
26. Burr D. Microdamage and bone strength. Osteoporos Int 2003;14(Suppl 5):S67-72.
