מבוא ל-Hard Tissue Healing and Mechanical Loading

תהליך הריפוי ברקמות קשות כגון עצם ו- dentin הוא אירוע ביולוגי דינמי, רב-phase הכולל גיוס סלולרי, סינתזה ממטריקס, מינרליזציה, ושיפוץ. בעוד אירועים אלה הם במידה רבה מתוכננים גנטית, הם מושפעים עמוקות על ידי הסביבה המכנית.טעינה מכנית - הכוחות המיושמים לרקמות במהלך פעילות יומיומית כמו הליכה, ללעיסה, טיפולית או תרגילים - מדגמים באופן מדויק של תכונות ריפוייות, בדיוק כמו ריפוייות.

למרות עשרות שנים של מחקר, היחסים בין גודל העומס, תדירות, משך ותגובה רקמות נותר מורכב.מעט מדי טעינה יכול להוביל למטריקס חלש, לא מאורגן; יותר מדי יכול לגרום לשבר או לעיכוב באיחוד. מאמר זה מסונתז את הידע הנוכחי על mechanobiology של רקמות קשות, תוך התמקדות כיצד טעינה משפיעה על נוקשות, כוח, קשיחות במהלך הריפוי.

הבנה של ביולוגיה ריפוי קשה

ריפוי העצם ודנטין מתקדם דרך שלבים חופפים: דלקת, היווצרות קריאה קלה, היווצרות שיחה קשה, ושיפוץ.בניגוד רקמות רכות, רקמות קשות חייב לשחזר הן שלמות מבנית והן יכולת גירוד עומס. לאחר שבר או פציעה, צורות hematoma, ואחריו גיוס של תאי גזע mesenchymal כי להבדיל chondrocytes או osteoblasts בהתאם לסביבה המכנית:0traimic יכול להוביל את המינרלים הוא צורך מומנטום קריטי.

בשבוע הראשוני, קוראן רך מספק תמיכה גמישה.כפי שנוסח אנדוכנדרל, קריאה זו מוחלפת על ידי עצם זורק, אשר לאחר מכן משוחזר לתוך עצם lamellar עם תכונות מכניות גבוהות יותר.לאורך תהליך זה, תאים אותות מכניים באמצעות מאגרין, צומת, ו cilia ראשונית, תוך שימת אותות אותות אותות אותות אותות אותות, אשר מווססים לדלקתיים עבור סוג של מתכת, אוסטאוסטיאוקס.

ריפוי דנטין לאחר חשיפה או שבר שן עקב פרדיגמה דומה אבל מוגבל על ידי הvascularity הנמוכה של הרקמות ואת נוכחות של אוודונטבסטולס. היווצרות דנטין טרטירי - היפרפורטיבי או ריאקציוני - ניתן לעורר על ידי כוחות מכניים מבוקרים, אבל עומס יתר של occlusal יכול להוביל לסרבוזיס.

Mechanotransduction: How Cells Sense and response to Load

(מכטרנסדוקציה היא התהליך שבו תאים להמיר כוחות מכניים אותות ביוכימיים.ברקמות קשות, תאי mechanosensory העיקריים הם אוסטאוציטים עבור העצם ו-odontoblasts עבור דנטין. Osteocytes שוכן בlacunae בתוך אותות חנקן מינרלים, מרחיבים תהליכים מיילדותיים באמצעות canaliculi, המאפשר להם לזהות שינויים נוזל הנגרמים על ידי טעינה.

אודונטבסטוסטים מגיבים באופן דומה לתנועת נוזל דנטין באמצעות כוחות הידרודינמיקה.כאשר טעינה מכנית מוחלת על השן, שינויים נוזלים בתוך צינורות דנטין, מה שגורם לסיום עצביים ותהליכי אודורנטבסטופלסט.זה יכול לעורר ניתוקציה מרגיעה, אבל אם הכוח גבוה מדי או מהיר מדי, זה יכול לגרום לכאב ולדלקת ריאות.

מסלולים מולקולריים מרכזיים כוללים את MAPK /ERK cascade, אשר מעלה את גורמי התגובה המוקדמים של צמיחה, ואת מסלול TGF ⁇ / BMP, אשר מכוון ייצור ממטריקס.הגורם המתעתל Runx2 חיוני עבור osteogenesis, ואת הביטוי שלו הוא משופר על ידי מאמץ מכני מעגלי.

סוגים של עומס מכני ואפקטים ספציפיים שלהם

טעינה מכנית יכולה להיות מסווגת על ידי הכיוון והטבע של יישום כוח.כל סוג מספק תגובות ביולוגיות ומכניות נפרדות ברקמות הריפוי.

דיכוי

טעינה קומפרסית מתרחשת כאשר כוחות דוחקים רקמות יחד.בריפוי העצם, דחיסה אקסקלית משפרת את היפרטרופיה של צ'נדרוציטים ומינרליזציה ב-Callus.FLT:0Controlled Dynamic growth callus נפח ונוקשותnessFLT:1 על ידי קידום היווצרות העצם ארוג.עם זאת, דחיסה מוגזמת עלולה להשחית דם ולגרום לדלקת דם.

Tension

כוחות Tensile למשוך רקמות בנפרד. בשלבים המוקדמים של ריפוי העצם, מתח יכול לקדם היווצרות רקמות fibrous אם מוגזם, אבל מתח מתון לאורך periosteum מעורר אוסטאוגנזה periosteal. in הסחת דעת osteogenesis, מתח מבוקר מוחל בכוונה על העצם הרחבה - טכניקה זו מסתמכת על אפקט הדחיסה המתח כדי ליצור עצמות חדשות.

Shear ו-Torsion

כוחות Shear מתרחשים כאשר שכבות רקמות סמוכים להחליק זה לזה, בעוד הטורף כרוך טוויסט.מצבי הטעינה אלה הם בדרך כלל מזיקים במהלך הריפוי מוקדם כי הם משבשים את קרישת ה fibrin וכלי דם חדשים שנוצרו לאחרונה.FLT:0 הלחץ Shear מגביר את הסיכון של אי-unionFLT:1 בשברים, במיוחד בתוך עצמות ארוכות.

טעינה טורסית מאתגרת במיוחד משום שהיא יוצרת מצב מתח מורכב 3D מחקרים מראים כי נוקשות משיכה משיכה רסאלית של כאבי עצם מרפא מאחורי נוקשות דחוסה ובריונית, מה שהופך אותו גורם מגביל עבור חזרה לפעילות מלאה.היכולת של העצם לעמוד בפני ייסורים תלויה מאוד על גיאומטריה ודחיסות מינרלים.

השפעה על מטען מכני על תכונות מכניות במהלך הריפוי

התכונות המכאניות של רקמות קשות מרפא - בעיקר נוקשות (מודלים טבעיים), כוח עליון, קשיחות והתנגדות עייפות - מושפעות ישירות מהגודל, התדירות ומשך העומסים החלים.

סטיות ו-Allaste Modulus

סטייפיות מודדת את ההתנגדות של רקמת לעיוות.במהלך שלב קריאה רך מוקדם, הנוקשות נמוכה (דומה לטרחוס) כהתקדמות של מינרליזציה, עלייה בנוקשות.FLT:0) טעינה מכנית משוערת מאיצה את המעבר הזה FLT:1 על ידי קידום לימודי קידוד צלב ו הידרוקספטיט דה בעלי חיים.

ב- dentin, דנטין הניתוק שנוצר תחת טעינה פונקציונלית יש מודולו גמיש גבוה יותר (15-25 GPa) מאשר דנטין ריאקציוני שנוצר ללא גירוי מכני.זה מצביע על כך שכוחות אוקטלוסוליים להנחות את איכות של דנטין חדש.

כוח ואומץ

כוח עליון הוא הלחץ המקסימלי שרקמות יכולות לעמוד בפני שבר. ⁇ היא האנרגיה שנספגת לפני הכישלון - מדד של התנגדות שבר. במהלך ריפוי העצם, כוח עליון מתכווץ מאחורי התאוששות קשיחות.FLT:0mechanical טעינה משפרת את שני המאפיינים באמצעות ארגון קולגן ויחס מינרל-ל-מטרטרקס:1 למשל, כוח אידיאולוגי של סולודים לאחר 4 שבועות של עומסים גבוהים יותר מאשר פגום (מחץ על פני השטח).

טעינה מופרזת יכולה להפחית את הקשודות על ידי יצירת מיקרודמאג מהר יותר מאשר תיקון. Microcracks, אם לא resorbed, לפעול כנציגים מתח כי להפיץ לתוך שברים קליניים.הרעיון של "mechanostat" הציע על ידי פרוסט מציע כי העצם להסתגל על ידי resorbing או להרכיב רקמות בהתבסס על גודל.

התנגדות שומנית

עייפות מתרחשת מעומס תת-תזונה חוזר ונשנות.רקמות הריפוי הן פגיעות במיוחד לעייפות כי תכונות חומריות מתפתחות.שליטה טעינה מחזורית משפרת את חיי העייפות על ידי גירוי של עיצוב מחדש ומניעת פיזור אנטרופיה.FLT:0Low-matude, טעינה גבוהה (30–100 הרץ) הוכח להאיץ את עמידות עייפות 1FLT:1 העצם על ידי קידום על ידי נטיות היום-ידי נטייה נמוכה.

טעינה אופטית של Versus Detrimental: The Therapeutic Window

קביעת הסביבה המכנית האידיאלית לריפוי היא אתגר קליני גדול. "המעטפה המעופפת" או "חלון האנס-אוטי" מתאר את טווח הזנים המקדמים ריפוי ללא נזק.חלון זה משתנה לאורך זמן: ריפוי מוקדם (ימים 0–7) דורש עומס מינימלי כדי להגן על הטלפוני הרך; ריפוי ביניים (שבוע 1–6) יתרונות מעומסים בינוניים; מאוחר יותר (שבוע 6-12) יכול לסבול יותר רקמות נוספות.

(FLT:0) העלאת חומרים מבולטים 1 (לדוגמה, מנוחה ממושכת או אי-יציבות נוקשה - רעד לאפקטים קטבלוביים.עצמות עולה על היווצרות, וכתוצאה מכך פחות מינרלים, פחות מלומדים, חלשים יותר.מחקרים של טיסה חלל ודיסאוסטאופורוזיס מרתיעים עד 1–2% מינרלים בחודש ללא עומס דומה, שיניים חשופות (למשל, עופרת) ומחסור בשיניים.

(ב) [ה]ההתמדה:0] ,[דרוש מקור]] [ב]] [ה], [ה]]] ב[ה], [ה], [ה]]], [התעל-פי] [התעל-פי] [התחילה] [ה] [ה] [התחילה] [ה]], [ה]]], [ה], [ה]], [ה], [ה]]]]]]]], [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ב[[ה[ה[ה]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]]]]]]]]

ניסויים בבעלי חיים קבעו כי זנים של 1000-2000 מיקרו-אימון ( ⁇ ) הם אוסטאוגניים, בעוד זנים > 3,000 ⁇ לגרום מיקרו-גיל.עם זאת, סף אלה להשתנות על ידי מינים ורקמות סוג האדם בנתונים של סחף מהשתלות מכשירים מראים כי זן העצם במהלך הליכה הוא סביב 200-400 ⁇ , בעוד פעילות נמרצת זה יכול לעלות על 1000 ⁇ ריפוי העצם דורש נמוך יותר - לעתים קרובות חצי סיכון פיזיולוגי - כדי למנוע סיכון פיזיולוגי - לעתים קרובות.

יישומים קליניים באורתופדיקה וברפואת שיניים

הבנת mechanobiology הובילה לפרוטוקולים קליניים ספציפיים שמתפעלים את ההטענות לשיפור התוצאות.

ניהול Fracture

(סעיפים, מסמרים) מספק יציבות, אך קשיחות מוגזמת יכולה להדגיש את העצם, המוביל לעיכוב הצלחות של מיזוג, נעילה המאפשרת תנועה אקסקלית מבוקרת שיפרה את שיעורי הריפוי.FLT:0Post-active Revision פרוטוקולים עכשיו לשלב מוקדם משקל-נושא עם הליכה או crutchesFLT:1 כדי לספק 10-30% של משקל, בהדרגה על פני שבועות של טיפול תרופתי:

תיקונים חיצוניים יכולים להיות מותאמים לשינוי נוקשות וזן באתר השברים.טכניקות כמו "דינמיזציה" כרוכות בצמצום הנוקשות של התקנון לאורך זמן כדי להגדיל בהדרגה את שיתוף העומס עם שיחת הריפוי. ניסויים קליניים מראים איחוד מהיר יותר וכוח torsional עם מכווננים דינמיים בהשוואה לאלו סטטיים.

השתלת שיניים אוססלוינט

מדיט או טעינה מוקדמת של שתלים שיניים (עם 48 שעות עד 8 שבועות) הפך נפוץ. (FLT:0הצלחה תלויה ביציבות העיקרית ובמיקרו-אימונים מבוקרים (עם 48 שעות עד 8 שבועות) הפך נפוץ.

עיצובים אסתטיים הממזערים את ה- Cantilevers ומשתמשים בשתלים מרובים להפחית את ההאקרים המזיקים.בנוסף, תוכניות occlusal המספקות עצירות ממוקדות וחיסול מגעים אקסקליים מסייעות להפיץ עומסים באופן אקסיאלי.

תנועת אורתודונטית Tooth Movement

אורתודונטיקה מבוססת על דחיסה מבוקרת ומתח כדי להעביר שיניים דרך אור העצם, כוחות רצופים (10-50 גרם) הם אידיאליים להימנע מתגובה שורש.FLT:0 (Accelerated orthodontic Treatment) משתמשים במיקרו-osteoperforations כדי לשפר את cytokinesFLT:1 ולאפשר תנועה מהירה יותר על ידי הפעלת התגובה הדלקתית.

מכשירים גרפיים (למשל, רטט נמוך-מכירנטי) נחקרו כדי להאיץ את היישור ואת משמרות. מחקרים קדם-מיניים מראים כי 30 דקות של רטט יומי ב -30 הרץ יכולות לשפר את מחזור העצם ולהקטין את זמן הטיפול עד 20-30%, אם כי נתונים ארוכי טווח עדיין נדרשים.

כיוונים עתידיים: מינותרפיה אישית וביוטכנולוגיה חכמה

מחקר מתפתח נועד להתאים את התערבויות טעינה מכניות לאנטומיה של המטופל, סוג פציעה, שלב הריפוי.

(FLT:0) יסוד מודל וסימולציות ספציפיות לחולה יכול לחזות דפוסי טעינה אופטימליים.לדוגמה, מודלים מבוססי CT של חוטים שבורים יכולים למקם את חלוקת המתח תחת פרוטוקולים אחרים הקשורים במשקל, המאפשרים לחוקרים לרשום רמות פעילות להישאר בתוך החלון הטיפולי.

חומרים ביולוגיים נועדו לספק גירויים מכניים מבוקרים:0Piezoelectric העצם גרגריטי FLT:1 אשר מייצרים מטען חשמלי תחת עומס יכול לשפר את אוסטאוגנזה. Shape-memory פולימרים שמשנים נוקשות בתגובה לשינויים בטמפרטורה מציעים דרך להגדיל בהדרגה את שיתוף כמו התקדמות ריפוי.

ביישומים שיניים, עיצוב וייצור תוספי מחשב מאפשרים לקצבים ספציפיים לחולה עם קשיחות מבוקרת. ⁇ טיטניום מחקה את המבנה ההיררכי של העצם ומקדם העברת עומס הדרגתית יותר, צמצום מגן הלחץ.

גבול נוסף הוא השימוש בהגדלת הביולוגיה בשילוב עם טעינה.משלוח של BMP-2 או VEGF לאתר השבעה בשילוב עם גירוי מכני מבוקר הראה השפעות סינרגיסטיות במודלים של בעלי חיים. ניסויים קליניים המשלבים אולטרסאונד דל-רגישות (צורה של טעינה מכנית) עם גורמי צמיחה הם בדרך עבור לא-מושגים.

מסקנה

טעינה מכנית היא הרגולטור החזק של ריפוי רקמות קשיח, המסוגל לשפר או לפגוע בתכונות המכאניות של הרקמה המתחדשת.איכות התיקון - הנוקשות, העוצמה, הקשידות והעייפות - קשורה ישירות לגודל ולתזמון של הכוחות החלים בדיוק במהלך תהליך הריפוי.FLT:0Clinicians חייבים לאזן את הצורך ביציבות עם הרצון לעורר אוסטאוגנסים נשלטים באמצעות פרוטוקולים מתקדמים, אשר יחזקומים מתקדמים, אשר יבטיחו בדיקות מתמטיות וטכנולוגיות ביו-חומריות, אשר יהיו מותאמות אישית, אשר יהיו אחראיות, אשר מותאמות לבדיקות חישוביות, כלומר, כלומר, כלומר, כדי לספק תוצאות חישוביות חכמות יותר, כלומר, חומרים מרפאות, כלומר, על ידי מרפאות, על ידי מרפאות חכמות יותר, על ידי מרפאות, או חומרים כימיים מתקדמים, על ידי מרפאות, על ידי מרפאות, על ידי מרפאות, על ידי מרפאות, על ידי מרפאות, על ידי מרפאות חכמות יותר, על ידי מרפאות, על ידי ⁇ .

הבנת החלון הטיפולי בכל שלב הריפוי נותר חיוני.באמצעות שיתוף פעולה בין ביומכניקה, ביולוגים תאים, ומרפאות, אנו יכולים להפוך את האמירה הישנה "נמשכת עד שנרפא" לאסטרטגיה מנומנמת יותר: "לטעים בחוכמה לרפא את הטוב ביותר".