Badania zjawisk przepływowych w cyklicznie obciążanej kości

Abstract

Poznanie zjawisk przepływu substancji mineralnych z naczyń krwionośnych do osteocytów ma istotne znaczenie w kontekście poznania procesu remodelingu kości. Celem pracy była analiza zjawisk przepływowych zachodzących na drodze pomiędzy naczyniem krwionośnym a komórkami kostnymi; wyznaczenie ciśnienia płynu znajdującego się w kanaliku pomiędzy osteocytami a naczyniem krwionośnym oraz prędkości przepływu mikroelementów; analiza procesu odżywiania komórek kostnych; wyznaczenie stężenia mikroelementów w krańcowych partiach osteonu, a także ciśnienia płynu znajdującego się w kanalikach i wypustkach osteocytów bezpośrednio sąsiadujących z komórkami powierzchni kości.

Zakres pracy obejmuje opracowanie dwuwymiarowego, uproszczonego modelu MES przekroju kanału Haversa wraz z naczyniem i kanalikiem łączącym je z jamkami osteocytów; budowę modelu MES pojedynczego osteonu z umieszczonymi w nim komórkami kostnymi wraz z ich wypustkami; analizę prędkości i ciśnień w płynie surowiczym przenoszącym materiał do budowy tkanki z użyciem modułu FLOTRAN CFD.

Badania przeprowadzono za pomocą Metody Elementów Skończonych, wykorzystując program ANSYS. Wyniki są obiecujące; wskazują na zmianę prędkości i ciśnienia wraz ze wzrostem odległości pomiędzy naczyniem a kolejnym osteocytem.
Autor: Tomasz Małek

1. WSTĘP

Prezentowana praca jest częścią większego projektu, mającego na celu określenie wpływu transportu jonów pierwiastków będących podstawowym materiałów w procesach odbudowy i przebudowy tkanki kostnej. Adaptacja funkcjonalna tkanki kostnej jest zjawiskiem zachodzącym w sposób ciągły w kościach szkieletu człowieka, a polegającym na przebudowie wewnętrznej struktury kości (zmiany układu beleczek, włókien i osteonów).

Istotnym czynnikiem wpływającym na zakres przebudowy jest ilość materiału wykorzystywanego przez komórki kostne do budowy mineralnej macierzy kości, a dostarczanego poprzez układ krwionośny w postaci jonów wapnia, fosforu i innych pierwiastków.