트라베큘라

트라베큘라
허벅지 뼈의 사골 패턴의 교대는 기계적 응력을 반영한다
세부 사항
일부	뼈.
식별자
FMA	85273
해부학 용어 [Wikidata에서 편집]

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트라베큘라(복수성 트라베큘라, 라틴어로 "작은 대들보"라는 뜻)는 작은 대들보, 스트럿 또는 막대 형태의 작은 조직 요소이며, 신체 또는 ^[1][2]장기 내 부분의 골격을 지지하거나 고정합니다.트라베큘라는 일반적으로 기계적 기능을 가지고 있으며, 일반적으로 고밀도 콜라겐 조직(예: 비장의 트라베큘라)으로 구성되어 있습니다.그것들은 근육과 뼈와 같은 다른 물질로 구성될 수 있다.심장에서 근육은 사시골과 중격골 사시골을 ^[3]형성한다.결석골은 사골조직의 집합에서 형성된다.

단면에서는 결손골의 사시가 격벽처럼 보일 수 있지만, 입체적으로는 격벽이 대략 막대 또는 기둥 모양이고 격벽이 시트 모양인 등 위상적으로 구별된다.

액체로 채워진 공간을 교차할 때, 사시는 장력에 저항하거나(예를 들어, 음경에서와 같이) 세포 필터를 제공하는 기능을 가질 수 있다(눈의 사구 그물망에서와 같이).

중격에 여러 개의 천공이 있으면 폐기종의 폐포 벽에서 일어나는 것처럼 트라베큘라 집합으로 줄어들 수 있다.

구조.

해질골이라고도 불리는 사골은 사골 조직으로 이루어진 다공질 뼈이다.그것은 대퇴골과 같은 긴 뼈의 끝에서 발견될 수 있는데, 이 뼈는 실제로는 단단하지 않지만 얇은 막대기와 뼈 조직의 ^[4]판으로 연결된 구멍들로 가득 차 있습니다.모든 혈액세포가 만들어지는 적골수는 사공 사이의 공간을 채운다.사골은 많은 구멍을 가지고 있지만, 공간적으로 복잡하기 때문에 최소 질량으로 최대의 힘을 발휘합니다.사골의 형태와 구조는 점프, 달리기, 쪼그려 앉기와 같은 기능적 활동에 의해 부과되는 하중을 최적으로 견딜 수 있도록 구성되어 있다는 점에 주목한다.그리고 1892년에 제안된 유명한 울프의 법칙에 따르면 뼈의 외부 형태와 내부 구조는 ^[5]뼈에 작용하는 외부 응력에 의해 결정됩니다.사골의 내부 구조는 먼저 응력 방향을 따라 적응적인 변화를 겪고, 그 후 피질골의 외부 형태는 2차적인 변화를 겪는다.마지막으로 골격 구조가 두꺼워지고 밀도가 높아져 외부 부하에 저항할 수 있습니다.

전체 관절 치환의 양과 뼈 리모델링에 미치는 영향 때문에, 사골의 스트레스와 관련된 적응 과정을 이해하는 것이 뼈 생리학자들의 주요 관심사가 되었습니다.나이와 관련된 뼈 구조와 뼈 임플란트 시스템의 설계에서 사골의 역할을 이해하기 위해서는 해부학적 부위, 밀도 및 나이와 같은 변수의 함수로서 사골의 기계적 특성을 연구하는 것이 중요하다.이를 위해서는 계수, 일축 강도, 피로 특성 등의 기계적 요인이 필요하다.

일반적으로 사골의 다공성 비율은 75~95%이며 밀도는 0.2~0.8g/^[6]cm이다³.다공성은 뼈의 강도를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 뼈의 무게를 감소시킬 수도 있다는 점에 주목한다.다공성과 다공성이 구조화된 방식은 재료의 강도에 영향을 미칩니다.따라서 사골의 미세구조는 전형적으로 배향되며 다공성의 "입자"는 기계적 강성과 강도가 가장 큰 방향으로 정렬된다.미세구조방향성 때문에 사골의 기계적 특성은 매우 이방적이다.사골의 젊은 계수 범위는 800~14,000MPa, 실패 강도는 1~100MPa입니다.

앞에서 설명한 바와 같이 사골의 기계적 특성은 겉보기 밀도에 매우 민감하다.사골의 계수들과 그것의 겉보기 밀도 사이의 관계는 ^[7]Carter와 Hayes에 의해 1976년에 증명되었다.결과 방정식은 다음과 같습니다.

$(\displaystyle E=a+b\cdot\rho^{c})$

$여기$서 E$(\displaystyle$ E$)$는 모든 부하 방향의 사골 계수를 나타내고,$(\displaystyle$ \$rho)$는 겉보기 밀도를 $나타내며{\displaystyle ,}$ a$,\displaystyle$ a$,}$${\displaystyle }$$b$$,\displaystyle$ b$,}$ 및$$$c{\displaystyle }$(\$displaystyle$ c$)$는 조직의 구조에 따라 달라집니다.

또한 주사 전자현미경 검사에서 해부학적 부위가 다른 사각형 구조의 변화가 다른 계수로 이어진다는 것을 발견했다.구조- 이방성 및 재료 특성 관계를 이해하려면,^[5] 비등방성 사각형 표본의 측정된 기계적 특성과 해당 아키텍처의 입체적 설명을 상호 연관시켜야 한다.

삼엽골의 압축 강도 또한 매우 중요한데, 이는 삼엽골의 내부 부전이 압축 응력에서 기인한다고 믿기 때문이다.외관 밀도가 다른 사골 및 피질골 모두에 대한 응력 변형 곡선에는 세 단계가 있습니다.첫 번째는 부피가 큰 조직이 ^[5]압축되면서 개별 사시가 구부러지고 압축되는 선형 영역입니다.2단계는 굴곡 후 3단계는 사골결합이 깨지기 시작하고, 세 번째 단계는 경화 단계입니다.일반적으로 저밀도 삼각부위는 고밀도 ^[5]시료보다 경화 전에 변형 단계가 더 많다.

요약하자면, 사골은 매우 순응적이고 이질적이다.이질적인 특성으로 인해 사골의 일반적인 기계적 특성을 요약하기가 어렵습니다.다공성이 높으면 사골에 준거하고 아키텍처의 변화가 크면 이질성이 높아집니다.계수 및 강도는 다공성과 반비례하며 다공성 구조에 따라 크게 좌우됩니다.또한 사골의 노화 및 작은 균열이 역학적 특성에 미치는 영향을 최종 초안에서 더 분석합니다.

임상적 의의

연구에 따르면 사람이 성인이 되면 나이가 들수록 골밀도는 꾸준히 감소하는데, 이는 사골량의 감소가 부분적인 ^[8]원인이 된다.골질량 손실은 세계보건기구(WHO)에서 골밀도(BMD)가 청소년 평균 BMD보다 한 표준 편차 이하인 경우 골감소증(steopenia)으로 정의되며,^[9] 평균보다 2.5 표준 편차 이상 낮은 경우 골다공증으로 정의된다.골밀도가 낮으면 스트레스 골절 위험이 크게 높아지는데,^[10] 스트레스 골절 위험이 경고 없이 발생할 수 있습니다.골다공증으로 인한 저충격 골절은 부위에 따라 25-50%의 삼엽골로 구성된 대퇴골 상부, 약 90%의 삼엽골인 척추 또는 ^[11]손목에서 가장 흔하게 발생한다.

사골의 부피가 감소하면 원래의 판과 막대 구조가 교란됩니다. 판 모양의 구조는 막대 모양의 구조로 전환되고 기존의 막대 모양의 구조는 분리되고 체내에 ^[11]다시 흡수될 때까지 얇아집니다.사골의 변화는 전형적으로 성별에 따라 다르며,^[8] 골량과 사골 미세 구조의 차이는 폐경 연령대에 가장 두드러진다.시간 경과에 따른 트라베큘라 열화는 사골 손실의 양에 비해 불균형적으로 큰 골강도의 감소를 유발하여 남은 뼈를 ^[11]골절의 위험에 노출시킨다.

골다공증과 함께 관절 연골이 과도한 스트레스를 받아 시간이 지날수록 경직, 통증, ^[12]움직임의 손실을 일으키는 골관절염 증상도 종종 나타난다.골관절염의 경우, 기초 뼈는 연골 분해에 중요한 역할을 합니다. 따라서 어떤 사골 분해도 스트레스 분포에 유의하게 영향을 미치고 문제의 ^[13]연골에 악영향을 미칠 수 있습니다.

전체적인 골격 강도에 대한 강한 영향 때문에, 근래에 트라베큘라 열화 패턴의 분석이 ^[14]골다공증의 진행을 추적하는데 유용할 수 있다는 추측이 있다.

새들

새 뼈의 중공 디자인은 높은 비강도를 확립하고 많은 새들에게 공통적인 골격 공압을 수용하기 위해 개방된 기도를 보완함으로써 다기능적이다.좌굴에 대한 구체적인 강도와 저항력은 트라베큘라의 ^[15]스폰지 모양의 핵심을 감싸는 얇고 단단한 껍데기를 결합하는 뼈 설계를 통해 최적화되었습니다.그들의 사시골의 알로메트리는 골격이 뼈의 ^[16]질량을 크게 증가시키지 않고도 하중을 견딜 수 있게 해준다.붉은꼬리매는 뼈에 필요한 가볍고 단단한 특징을 주는 V자 모양의 반복적인 패턴으로 무게를 최적화합니다.trabeculae의 내부 네트워크는 질량을 중립축으로부터 이동시켜 궁극적으로 ^[15]좌굴에 대한 저항을 증가시킨다.

사람과 마찬가지로 조류에서 트라베쿨라의 분포는 하중 조건에 따라 고르지 않다.트라베큘라 밀도가 가장 높은 새는 날지 못하는 ^[16]새인 키위이다.딱따구리 또는 회색머리 딱따구리와 같은 비슷한 종들 내에서도 트라베큘라의 분포가 고르지 않다.마이크로 검사 후딱따구리의 이마, 측악골, 후두부 CT스캔을 통해 이마와 ^[17]후두부에 현저하게 더 많은 사시가 있는 것으로 확인되었습니다.분포의 차이 외에도, 개별 스트럿의 종횡비는 유라시아^[17] 후포나 ^[18]종달새와 같은 비슷한 크기의 다른 새들보다 딱따구리에서 더 높았다.딱따구리의 트라베큘라는 더 접시 모양인 반면, 매와 종달새는 그들의 뼈를 통해 연결된 막대기 같은 구조를 가지고 있다.딱따구리의 뇌에 부담이 줄어든 것은 매나 후포나 ^[18]종달새보다 더 촘촘하게 채워진 두꺼운 판 모양의 줄기가 많기 때문이다.반대로, 얇은 막대 모양의 구조는 더 큰 변형을 초래할 수 있습니다.12개의 샘플로 이루어진 파괴적인 기계적 테스트에 따르면 딱따구리의 트라베큘라 디자인은 종달새의 0.55MPa에 ^[17]비해 평균 6.38MPa의 최종 강도를 가지고 있습니다.

두개골 외에도 딱따구리의 부리는 부리의 껍질을 지탱하는 작은 가닥을 가지고 있지만, 두개골에 비해서는 조금 적다.부리의 트라베큘라가 적기 때문에 두개골에 비해 1.0GPa의 높은 강성이 0.31GPa이다.부리가 쪼아대는 충격의 일부를 흡수하는 동안, 충격의 대부분은 충격을 흡수하기 위해 더 많은 사시가 활발하게 이용 가능한 두개골로 전달됩니다.딱따구리의 부리와 종달새의 부리의 궁극적인 세기는 비슷하며, 이는 부리가 충격 ^[18]흡수에서 더 적은 역할을 한다는 것을 추론할 수 있다.그러나 딱따구리의 측정된 장점 중 하나는 부리의 아래쪽 절반 전에 윗쪽 부리가 표면에 닿기 때문에 힘이 양쪽으로 분산되는 약간의 오버바이트입니다.이러한 충돌 타이밍이 상부와 하부의 ^[19]길이가 동일한 경우보다 이마, 후두부, 부리의 사시골에 낮은 무리를 유발했다.

조사.

헬멧 기술

부상과 사망의 중요한 원인은 머리 부상이다.과학자들은 딱따구리가 평균 15번씩 ^[19]지속적으로 중력의 1,000배로 감속하는 능력을 알게 된 후 헬멧 기술을 발전시키기 위해 영감을 받았다.딱따구리는 하루에 약 12,000번 부리를 두드리는 것으로 추정된다.딱따구리는 인간의 능력을 엄청나게 초과하는 이러한 힘에 의해 어떠한 뇌 손상도 입지 않는 것으로 추정됩니다.미국 육군과 미식축구의 헬멧 제조업체인 Riddell이라는 회사는 몇몇 새들과 비슷한 디자인으로 뇌 앞쪽에 가해지는 스트레스를 완화하기 위한 헬멧을 개발하고 있다.

블랙박스

딱따구리의 머리를 바탕으로 블랙박스의 충격 강도 향상을 설계하고 있습니다.그것들은 부리와 두개골을 모방하기 위한 강철과 알루미늄의 단단한 층, 설골처럼^{[citation needed]} 두개골에서 진동을 균일하게 분산시키는 탄성체 성분, 그리고 사골과 같은 진동을 흡수하기 위해 유리 미세구로 만들어진 다공질 구조물로 구성되어 있다.이 구조는 최대 60,000 Gs의 테스트에서 살아남았습니다.

트라베큘라 금속 재료

Zimmer Biomet에 의해 개발된 Trabecular Metal 재료는 골무침, 무릎 또는 어깨용 임플란트 및 뼈 보이드 필러, 골괴사 로드 및 치과 임플란트와 같은 정형외과 애플리케이션에 19년 동안 임상적으로 사용되어 왔습니다.최대 80%의 다공성을 가진 오픈 셀 금속 발포체이며, 각 모공 크기는 평균 440마이크로미터입니다.강성이 낮고 마찰 계수가 0.98로 높아 임플란트가 미끄러지지 않고 안전하게 유지됩니다.화학적으로 불활성, 내식성, 생체적합성이기 때문에 순수한 탄탈로 만들어집니다.이 사골구조는 장기간에 걸쳐 정상적인 생리적인 스트레스를 ^[20]견딜 수 있는 높은 압축률 및 높은 피로 강도를 가지고 있습니다.

다른 유기체의 트라베큘라

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동물이 클수록 뼈는 더 높은 하중을 견뎌야 한다.사골은 이전에 단위 부피당 뼈의 양을 증가시키거나 신체 크기와 뼈의 부하가 증가함에 따라 개별 사골의 기하학적 구조와 배치를 변경함으로써 강성을 증가시키는 것으로 알려져 왔다.사골의 비늘은 알로메트릭 방식으로 확장되며, 사골에 의해 경험되는 하중을 견딜 수 있는 골격의 능력을 증가시키기 위해 뼈의 내부 구조를 재구성합니다.또한 삼각기하의 스케일링은 잠재적으로 삼각변형을 완화할 수 있다.하중은 변형 하중을 유지하거나 완화하기 위해 기하학적 구조를 변경하면서 삼각근에 자극으로 작용한다.유한 요소 모델링을 사용하여 동물에서 시상 스케일링이 시상 내 변형을 변화시킨다는 것을 보여주기 위해 동일한 외관 스트레스(θapp) 하에서 4개의 다른 종을 테스트했다.각 종의 트라베큘라 내 균주는 트라베큘라의 기하학적 형태에 따라 달라지는 것이 관찰되었다.골세포의 대략적인 크기인 수십 마이크로미터의 눈금으로 보아, 아래 그림은 두꺼운 트라베큘라가 덜 변형된 것을 보여준다.각 종에서 경험하는 요소 균주의 상대적 빈도 분포는 종의 크기가 커질수록 트라베쿨라의 탄성 모듈리가 더 높아집니다.

게다가, 큰 동물들의 사마귀는 더 두껍고, 더 멀리 떨어져 있고, 더 촘촘하게 연결되어 있지 않다.사골내 골격은 치타나 여우원숭이 같은 작은 동물의 얇은 사골뿐만 아니라 더 큰 동물의 두꺼운 사골에서 흔히 발견될 수 있습니다.골온은 골세포와 뼈 표면 사이의 거리를 약 230 μm로 조절하여 골세포 안팎으로 영양소와 노폐물을 확산시키는 역할을 한다.

혈중 산소 포화도의 감소로 인해 대사 요구가 높은 동물은 사골 두께(Tb)가 더 낮은 경향이 있습니다.Th) trabeculae의 혈관 관류를 증가시켜야 하기 때문이다.골온을 터널링함으로써 혈관화는 사시골 형상을 고체에서 튜브처럼 변화시키고, 개별 사시골의 굽힘 강성을 증가시키며, 조직 깊숙이 박혀 있는 골세포에 대한 혈액 공급을 유지합니다.

뼈 부피 비율(BV/TV)은 다양한 동물 크기에 대해 비교적 일정한 것으로 나타났다.몸집이 큰 동물들은 단위 부피당 사골의 질량이 유의미하게 크지 않았다.이는 조직의 생산, 유지 및 이동에 대한 생리적인 비용을 절감하는 적응 때문일 수 있습니다.그러나 BV/TV는 조류 대퇴골 연골에서 상당한 양의 스케일링을 보였다.몸집이 큰 새들은 조류 BV/TV 동위 측정으로 인해 비행 습성이 감소합니다.무게가 불과 1~2kg인 날지 못하는 키위는 이번 연구에서 실험한 새들 중 가장 높은 BV/TV를 보였다.이는 사골 형상이 '우세한 기계적 조건'과 관련이 있으므로 대퇴골 두부와 결절의 사골 형상의 차이는 잠재적으로 콕스페럴 및 대퇴골 관절의 서로 다른 부하 환경을 나타낼 수 있음을 보여준다.

반복적인 머리 충격에 저항하는 딱따구리의 능력은 독특한 미세/나계층적 복합 ^[18]구조와 관련이 있습니다.딱따구리 두개골의 미세 구조와 나노 구조는 개별 사시골의 조직 형태인 스폰지 모양의 뼈의 불균일한 분포로 구성되어 있습니다.이것은 딱따구리의 기계적 특성에 영향을 미치며, 두개골은 높은 궁극의 강도 (θu)를 견딜 수 있게 해줍니다.종달새의 두개골에 비해 딱따구리의 두개골은 더 밀도가 높고 덜 스폰지 모양이며, 종달새에서 관찰되는 더 막대기 같은 구조보다 더 플레이트 같은 구조를 가지고 있다.또한 딱따구리의 두개골은 개개의 사시골의 두께와 양이 크다.종달새의 트라베큘라에 비해 딱따구리의 트라베큘라는 더 촘촘히 떨어져 있고 접시 모양이다.[19] 이러한 성질은 종달새보다 딱따구리의 두개골에서 궁극적인 강도를 높인다.

역사

대들보 또는 막대를 뜻하는 라틴어 trab의 작은 형태입니다.19세기에 신어 트라베큘럼(복수의 트라베큘라로 추정됨)이 유행했지만 어원적으로는 정확하지 않다.일부 국가에서는 트라베큘럼이 눈의 트라베큘럼 망사 구조의 동의어로 지속되지만, 이는 어원과 서술적 정확성의 이유로 사용 빈도로 간주될 수 있다.

기타 용도

두개골의 발달 구성요소는 사골 연골을 참조하십시오.

레퍼런스