A Simulation of Age-related Expansion of the Femoral Neck Cortex on the Susceptibility to Local Buckling
2
조회
0
다운로드
1
인용
0
참고문헌
키워드
초록
목적: 우리 신체의 항상성은 노화가 진행되면서 골절에 대한 저항력을 골막의 증가와 그에 따른 골량의 감소로 보상하는 체계를 유지한다. 하지만 노령화에 적응하는 항상성 자체가 공학적인 측면에서는 국소적 휨(local buckling)에 따른 골절을 유발할 수도 있다. 이는 노령 인구의 골절이 단순한 골밀도의 감소뿐만 아니라 골의 구조적인 변화 자체에 기인할 수도 있음을 뜻한다. 방법: 이 연재에서는 대퇴골의 CT 단층 촬영을 이용해 고관절 피질골의 노령화에 따른 불안정성(Instability)이 어떻게 골절을 유발하는지 고찰해 보고자 한다. 일곱 환자(52～68세)의 CT에서 NHANES(National Health And Nutrition Examination Survey) III에 기인해 각 환자의 20대 및 80대의 대퇴골 단면을 유출했다. 좀 더 현실적인 모델링을 위해서 80대 대퇴골 단면은 항상성에 기인한 하중이 10%와 20% 줄어든 경우까지 고려해서, FSM(Finite Strip Method)을 이용해 대퇴골경에 충격이 가해지는 경우로 분석했다. 결과: 국소적인 휨은 두 50대 환자와 다섯 80대 환자에서 각각 9～15%와 7～32%의 골절하중을 줄이는 것으로 나타났다. 또한 항상성에 기인한 하중이 줄어든 모델에서는 51%까지의 골절하중이 줄어드는 것으로 목격되었다. 이는 대퇴골의 피질 형상에 기인한 불안정성(Instability)이 골절에 상당한 영향을 미친다는 가정을 뒷받침한다. 결론: 본 연구는 노화에 따른 골절의 증가가 골소실뿐만 아니라 항상성에 기인한 불안정성에 있음을 보여준다.
Abstract
Aging bones preserve bending resistance by compensating bone loss with periosteal apposition, but the process does not prevent fragility fractures. One explanation is that thinning with expansion in the cross-sectional cortex increases local buckling susceptibility under abnormal loads. In this study, theoretical models of femoral neck cortices were developed from CT scans of 7 human femurs(4 female, 3 male, 52～68 years). To simulate aging, “younger” and “older” versions were created by radially contracting(young) and expanding(old) outer surfaces by 1mm. Inner cortices were then adjusted so that load stresses in a single-legged stance equilibrated. Additional “old” versions simulated adaptation to 10% and 20% reduced loads as might occur in frail elderly. Adaptation consequences were evaluated in a simulated fall on the greater trochanter. Finite Strip Method(FSM) was used to evaluate whether buckling reduced the failure load. Under constant loading, buckling reduced the failure load in two “middle aged”(9～15%) and five “old”(7～32%) models. Up to 51% of failure load reduction was observed after adaptation to reduced loads. Femoral neck expansion with thinning cortices preserves strength under physiologic loads but local buckling reduces failure load in falls, especially after elderly cross- sections are thinned by adaptation to reduced loads.