بیومکانیک استخوان و خواص مکانیکی آن

استخوان عنصر ساختمانی اصلی بدن است. حفظ اندام‌های داخلی بدن و تسهیل حرکت اندام‌ها از وظایف اصلی استخوان می‌باشد. از خصوصیات عمدة آن می‌توان منحصر به فرد بودن آن را از نظر قابلیت خود ترمیمی نام برد. چنانچه می‌تواند شکل هندسی خود را در پاسخ به رفتارها و تقاضاهای مکانیکی تغییر دهد. چگالی استخوان در اثر افزایش سن و یا سوء استفاده کاهش می‌یابد و افزایش چگالی استخوان در نتیجه ورزش و مصرف داروهای مخصوص صورت می‌گیرد. تغییر هندسی شکل استخوان در مواردی نظیر بهبود شکستگی، تغییر سن، ورزش و عمل‌های جراحی رخ می‌دهد.

استخوان یک بافت تخصیص یافته اتصال دهنده و یکی از سخت‌ترین بافت های بدن انسان است. گرچه استخوان از نظر ماکروسکوپی بی‌جان و راکد به نظر می‌رسد، اما دارای یک ساختار پویا است که مداوماً در زمان حیات در حال تغییر وضعیت می‌باشد. این پویایی توسط قابلیت در تنظیم جرم و شکل و ریختش در پاسخ به تغییرات عوامل درونی (مانند هورمونها) و بیرونی (مانند نیروهای مکانیکی) مشخص می‌شود.

این تغییرات در جهت حفظ یکپارچگی عملکرد سیستم استخوانی بدن علیرغم تغییر در محیط‌های مکانیکی می‌باشد. مانند افزایش سطح مقطع استخوان با افزایش سن که جبرانی در قبال کاهش چگالی استخوان است، گرچه در موارد متعددی درصد وقوع شکستگی در بزرگسالان به مراتب بیشتر است. کاهش چگالی استخوان و سقوط (زمین خوردن) مهمترین عامل در بروز شکستگی به حساب می‌آیند.

یکی از مهمترین مسائل مورد بحث بیومکانیک استخوان، علت شناسی، تحلیل و ترمیم شکستگی‌ها می‌باشد که شناخت خواص و رفتار مکانیکی استخوان جزء لاینفک این مباحث است. از آنجائیکه با یک بافت زنده سروکار داریم، تحلیل‌های مهندسی به تنهایی راهگشا نبوده و داشتن نگاهی به مسائل بالینی و پزشکی ضروری می‌نماید. به طوری که هرگز بدون ادغام اطلاعات کسب شده از این دو زمینه به ظاهر متفاوت، یافته‌های مهندسین پزشکی از اعتباری برخوردار نیست.