De mechanische eigenschappen van weke biologische weefsels

(1)

De mechanische eigenschappen van weke biologische

weefsels

Citation for published version (APA):

Sauren, A. A. H. J. (1976). De mechanische eigenschappen van weke biologische weefsels. Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1976 Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

(2)

(3)

INTERAFDELINGSPROJEKT HARTKLEPPROTHESEN

; De mechanische eigenschappen

I

van weke biologische weefsels

I

F. Sauren december 1976

TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN

(4)

In het volgende rapport wordt getracht een overzicht te geven van de stand van zaken op het gebied van het onderzoek nàar de mechanische eigenschappen van aortaklepweefsel en de voornaamste komponenten daarvan: elastine en kollageen. Over de eigenschappen van kollageen is rklatief veel bekend. De gegevens over elastine en

aortaklep-I

wee~sel steken daar schril tegen af.

De resultaten van de meeste onderzoeken naar de mechanische eigen-schappen van biologisch weefsel kunnen het best gekenschetst worden als slecht gedefinieerde belastingvervormingsrelaties voor proef-stukken met een gebrekkig omschreven geometrie.

Bij de vermelding van proefresultaten ontbreken nagenoeg altijd kwan-titatieve gegevens over de samenstelling van het onderzochte weefsel. Voor het aortaklepweefsel geldt met name:

De vergelijking van gegevens uit verschillende onderzoekingen is na-genoeg onmogelijk door onvolledigheid bij de definitie van gemeten grootheden of vaak zelfs het ontbreken daarvan. De gegevens over de mechanische eigenschappen van aortaklepweefsel vertonen grote

leem-ten. Zo is er tot op heden geen systematisch onderzoek verricht naar de invloed van reksnelheid en temperatuur op de meetresultaten. Hetzelfde geldt voor hysterese verschijnselen en spanningsrelaxatie-karakteristieken. Vooral deze laatste aspekten zijn van belang voor het verkrijgen van enig inzicht in de viska-elastische effekten in het materiaalgedrag.

Het is bovendien frappant dat er tot nog toe geen pogingen onder-nomen zijn om een mathematische beschrijving te vinden van de mechanische eigenschappen van aortaklepweefsel.

Bij de bepaling van de materiaaleigenschappen van aortaklepweefsel zal een koppeling van experimenten aan theoretische modelvorming onontbeerlijk zijn.

Wat de experimenten betreft lijken proeven waarbij een lijnspannings-toestand- in het weefsel geïntroduceerd wordén (trekproeven) het meest geschikt.

Uiteraard diene~ daarbij de bovenstaande opmerkingen ter harte geno-men te worden.

De experimenten zullen voorafgegaan moeten worden door een kriti-sche evaluatie van beschikbare mathematikriti-sche modellen op grond waar-van een eerste keuze waar-van de mathematische beschrijvingswijze tot stand dient te komen.

(5)

Inhoudsopgave Literatuurlijst Inle~ding

/

.

1. Elast1.ne I Diskussie 2. Kollageen 2.1 Meetmeetheden

2.2 Karakteristieke vorm van de ae-kurven voor kollageenhoudende weefsels

2.3 De reproduceerbaarheid van het materiaal-gedrag

2.4 De invloed van de reksnelheid op de spanningsrekkarakteristiek

2.5 Temperatuurinvloeden op de mechanische eigenschappen

2.6 De invloed van de leeftijd van de donor op de mechanische eigenschappen

2.7 Spanningsrelaxatie 0

2.8 Materiaalgedrag bij cyclische belasting Diskussie

3. Aortaklep, sinus van Valsalva, aorta 3. 1 Trekproeven 3. 1.1 Clark[4] 3.1.1.a Konservering 3.1.1.b Proefstukken 3.1.1.c Meting 3.1.1.d Resultaten 3.1.2 Missirlis[l2] 3.1.2.a Preparatie/Konservering 3.1.2.b Proefstukken 3. 1. 2. c Meting i 4a 5 5 9 10 12 14 15 16 17 19a 20 20 20 20 21 21 21 23 23 23 23

(6)

3.2 Beproeving van een komplete aortaklep onder gesimuleerde diastolische

om-/

·3.3

3.4

/.

. standigheden (bulgetest met komplete aortaklep)

Bulgetest met één klepvlies

Materiaalgedrag van aortaklepweefsel bij. cyclische belasting

3.5 Mechanische eigenschappen van sinus- en aortaweefsel

Diskussie

4. Mathematische beschrijving van de mechanische eigenschappen van weke biologische weefsels

4.1 Model met diskrete viska-elastische parameters

4.2 Model gebaseerd op een niet- lineaire kontinue funktie

4.3 De "quasi-lineaire" visko-elastici-teitswet volgens Fung

4.4 Weke biologische weefsels als "locking materials" Diskussie . 27 28 31 32 34a 35 35 41 42 46 48

(7)

Literatuurlijst

1 • Abrahams M. -·

Mechanica! Behaviour of Tendon in Vitro. Med.' & BioL Engng. Vo1.5. p. 433-443. 1967.

2. Cad:on R. W., Dainauskas J., Clark J. W.

Ela~tic

Properties of Single Elastic Fibers.

J. /Appl. Physiol. 17(3). p. 547-551. 1962.

3. Clark R.E. (M.D.), Butterworth G.A.M. (M.S.C.)

Characterization of the Mechanics of Human Aortic and Mitral Valve Leaflets.

Surgical Forum. 22.p.131-136. 1971.

4. Clark R.E. (M.D.)

Stress-strain Characteristics of Fresh and Frozen

Human Aortic and Mitral Leaflets and Chordae Tendineae. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. Vol.66. Nr.2. p. 202-208, 1973.

5. Diamant J., Keller A., Baer E., Litt M., Arridge R.G.C. Collagen; Ultrastructure and its Relation to Mechanica! Properties as a Function of Ageing•

Proc. R. Soc. Lond. B. 180. p. 293-315. 1972.

6. Fris~n M., Mägi M., Sonnerup L., Viidik A.

Rheological Analysis of Soft Collageneus Tissue. J. Biomechanics. Vo 1. 2. p. 13-20. 1969

7. Fung Y.C. Biomechanics.

Theoretica! and Applied Mechanics, W.T. Koiter, ed. North Holland Publishing Company. 1976.

8, Fung Y.C.

Biomechanics. lts Scope, History, and Some Problems of Continuurn Mechanics in Physiology.

Applied Hechanics Reviews. Vo 1. 21. no. 1. 1968.

9. Hartung

c.

A Model for the Description of the Hechanical

Behaviour of Soft Living Tissue: The Theory of Locking Materials. Proc. 25th Annual Conference On Enging. in Med, and Biol.,

(8)

]J.

J. Biomechanics. Vo1.5. p. 423-430. 1972.

Hoer·e c.A.J., Flory P.J.

The Elastic Properties of Elastin I

J. jof the American Chemical Society. 80. p. 6523-6526.1958

12. Missirlis Y.F.

In Vitro Studies of Human Aortic Valve Mechanics. Ph. D. Thesis. Rice University, Houston, Texas. 13. Prager W.

On the Formulation of Constitutive Equations for Living Soft Tissues.

Quarterly of Applied Mathematics. 27.p. 128-132, 1969. 14. Rigby B.J., Hirai N., Spikes J.D., Eyring H.

The Mechanica! Properties of Rat Tail Tendon.

Journal of General Physiology, 43.p. 265-283. 1959. 15. Rigby B.J.

Effect of Cyclic Extension on the Physical Properties of Tendon Collagen and its Possible Relation to Biologica! Ageing of Collagen.

Nature. Vol. 2Ö2.p. 1072-1074. 1964. 16, Verzár F.

· Aging of the Collagen Fiber.

Int. Review of Connective Tissue Research. 2. 1964. 17. Viswanadham R.K., Kramer E.J.

Elastic Properties of Reconstituted Collagen Hollow Fibre Hembranes.

J. of Materials Science. 1I.p. 1254-1262. 1976. 18. Wright J.E.C., Ng Y.L.

Elasticity of Human Aortic Valve Cusps. Cardiovascular·Research 8.p. 384-390.1974.

(9)

Inleiding

Het aortaklepvliesweefsel bestaat uit drie komponenten:

elastine, kollageen en een grondmassa van muco-polysacchariden~

Uitgaande van de overweging dat de materiaaleigenschappen van het klep-vliesweefsel worden bepaald door de eigenschappen van de komponenten alsmede;door de struktuur volgens welke deze komponenten in het weefsel

gearden~

zijn, wordt in de hoofdstukken 1 en 2 aandacht besteed aan de

mechanische eigenschappen van respektievelijk elastine en kollageen (beter gezegd: van weefsels welke voornamelijk uit elastine of kolla-geen bestaan).

Bij het onderzoek naar de eigenschappen van het klepvliesweefsel zelf worden verschillende methoden gevolgd. Deze worden in hoofdstuk 3

beschreven. Eén methode is om de eigenschappen van het komplete weefsel te onderzoeken. Dit kan gebeuren d.m.v. trekproeven met weefselstrookjes of d.m.v. proeven waarbij een vlies of een komplete aortaklep aan een uniforme drukbelasting onderworpen wordt. De invloed op het materiaal-gedrag van de verschillende komponenten wordt nagegaan door de bestu-dering van de effekten die selektieve verwijbestu-dering (langs chemische weg) van een of meer komponenten heeft.

In hoofdstuk 4 wordt tenslotte aandacht besteed aan verschillende mathe~ matische modellen welke voor de beschrijving van de materiaaleigenschap-pen van weke biologische weefsels in aanmerking kunnen komen.

Naast dit alles wordt ook aandacht besteed aan zaken als preparatie-methoden, konserveringstechnieken enz. vanwege het belang hiervan bij de beproeving van weke biologische weefsels in het algemeen.

~ Zie: F. Sauren - De histologie van de menselijke aortaklep.

Intern rapport Interafdelingsprojekt Hartklepprothesen.

(10)

1. Elastine

In de literatuur zijn nauwelijks gegevens te vinden over de mechanische eigenschappen van elastine.

; Ter bepaling van spannings-rekrelaties heeft Carton c.s.

)

strippen uit nekligament* (ligamentum nuchae) van een rund. [2] trekproeven uitgevoerd met elastinevezels en

weefsel-De ligamenten worden ongeveer twee uur na intreden van de dood uitgeprepareerd. Zowel over de tijd die verliep tussen autopsie en beproeving als over eventueel toegepaste pre-paratie- en konserveringstechnieken wordt niets meegedeeld. De proeven met de vezels werden uitgevoerd in water en in Ringer- Locke- oplossing, beide bij 37°C (~ 0,5°C). In water was de belasting, nodig om een bepaalde rek te ver-krijgen, iets groter dan in Ringer - Locke - oplossing. Kwantitatieve gegevens hierover ontbreken.

F

' -. r -< .2 ><

t

> (mi'l.) Fig. 1.

*

Ligamenten zijn bindweefselbanden. welke dienen ter verstevi-ging van gewrichten. Nekligamenten van rUnderen bestaan voor het grootste gedeelte uit elastine.

(11)

2.

Carton voerde de proeven als volgt uit: m.b.v. gewichten werd een specimen (proefstuk) aan een stapsgewijs toenemende

·belasting onderworpen (Zie fig. 1). Na het aanbrengen van een bepaalde belasting werd twee minuten gewacht alvorens

!

.

weggenomen. Vier minuten daarna werd de volgende belasting de verlenging werd opgemeten. Vervolgens werd de belasting aangebracht, enz. Fig. 2 geeft de regressie-kromme door de

I

meetpunten verkregen uit metingen aan 5 elastinevezels in Ringer- Locke-:- oplossing bij 37°C(,:: 0,5°C). De begin-meetlengte van de vezels bedroeg ca. 350 pm. De begin-meetlengte werd gekozen aan de hand van kleine oriëntatiepunten op de vezel. Verlengingen werden gemeten m.b.v. een mikroskoop en een mikrometer. De vezeldiameter was ca. 9 ~m. Bij het omrekenen van de door Carton gegeven belastingwaarden in de spanningen in fig. 2 is verondersteld dat de vezeldoor-snede cirkelvormig was met diameter 9 ~m. De spanningen zijn betrokken op het beginoppervlak van de dwarsdoorsnede behorend bij de diameter 9 ~m.

T.a.v. de in fig. 2 gegeven karakteristiek dient het volgende bedacht te worden.

In de diagrammen die in [2] worden gegeven zijn vertikaal en horizontaal respektievelijk uitgezet de belasting en (1

1-10jl0 waarin 10 de vezellengte

aan het einde van de belastingloze periode en 1

1 de lengte na twee minuten belasten voorstelt. On-danks de uitspraken van Carton dat "gedurende de twee minuten durende belastingsperiaden geen kruip-verschijnselen werden waargenomen" en dat "de vezels na wegnemen van de belasting tot "ongeveer" hun oorspronkelijke lengte terugkeerden" lijkt het niet korrekt om de grootheid (1

1

-1

0

(1

0 te inter-preteren als de specifieke rek e, betrokken op de begin-meetlengte.

Met strippen van kompleet ligamentweefsel (afmetingen ca. 70x3x3 mm) werden soortgelijke proeven uitgevoerd in Ringer- Locke- oplossing van 37°C(+0,5°C).

Door bepaling van het aantal vezels per doorsnede van een

· strip werd getracht een vergelijking te maken tussen het gedrag van vezels en strippen. Het bleek dat de strippen

(12)

. ::"!\ ::1; ;?1'ï

. . ::I ; i i tij!:. ! . I: r.:.

N tillllllî11

!

.

11

!i:

m

\

1 ;

l

!t

l

l!ii

l

lhi

i!:

U

~~

n .... _• "iqi _·_t: fit _t₊₊ ti· .l_Wt-<t~::_lt-.:._i_~!!iJttt _.:₁_·1!! .. _I_· .. _rt1r _r_:lr[Ir; _{t •n}titUI'_:_;!'' _r;:1_{1.1 :::}11 !:: _I~~ _P_lo\·

.. _. l_M:t _... 1:.1 ₁₁

lP

_.

.

_. '1' lH Ht '

JHI

:[i",;: li'l !", jiiJ;o: !!~! i:: Pi.:. r lt! ~tt . i ti I 11 I i l\ ! :ti ll "r' I ic:j ';I "i' t: +·m

₁

~-rr~

.

,

.

t'·1

w·

m

rrut· ~ ~rtt t:t t:t

,:r

tttiijf+ . . • . . . . . . <.;. H~ .

u

·t

".

..

til : 1 .. 11 .... ·...:! • • .1 .. ·I 1\l~l Tl. ·• IHHIHf ++_I· ·• I . -;lf. I+ R' . ·H· HH . .. l . . c:·r . rl i·! . t

,

.

1

'i·t!t' I I!··· •. , .• ·t - ,, . • w. lt-1-r+i ~ . 1-ç !~t r q:J.f+ll rr:r;.' · · > • · .,. : I+ :i ·H 1 i . . .

x

I 1· 1: '" 1 ! ::: 1.: · :, h: t; ·!:

~~~ ~~F ~r:-t :pttxl~:-::.JTÜ1

tt

t

}!:1 ijlf 11 1·1 •₁

F

:

;.'

:~rilf!1( .EJll!lL-1 ,,U P.

H

+

1f ~- ttt₁1r1 t .,₁ ''· 1 1 , , ._{1 ,} ₁ti ttli~ ~lil i '! i\ ~.il !I!\ tt!\ ₁1 I! i•: ii:i ;: 'i iJ 1

·! .rq;" ·· f ~~ l::tTbl~ ,,,t -1 _itf ,. !• • . ii~·jijff'!t1 ,liS !lif ll.._ .;t q I fl - tt li I ·• · lt l t • r-1 tf:f .! ttl·j · t ti!:'\ "'' .. , ,! 1 •• • " ' ,! ftf •

i::iF.:;-'n: t-;r~w-u f:..;:lfffi~ mtr. 't-;.i ,;:r,. s-11. -!" 't!ij, >t ,Li . j' ,TI ,,, 'T.f • ·.·.

m

·

i ' . t I :·, :·l·[ .;· 'I :: ;I 1 r~! Hi . .

IN

liH

11 .

;.

j;·

[N

!i

·'!

!

f

i'

l

![ :::: :;:: •·; .... , ll-: .•• '"'I r •. l. ''"· ·Fitt·~' ··j : I 1. :+'I • I• lf! .. lio.i!ö,o ·!tl.! r Ij· .. l H " . '11' ' I . •• I .. I! ' ' ti:;.. l!i ·11•·· .. I I !i . . . .. , .... ,. lil

h-t H ! ,. • 1 r· \ · • • ; -t- 1 •-H·I ·- ... _~ • ~- - t • I ' tI f 11 ., · ' · · . I t • • - . · • · • .. · -t - 11 ~ ~ d 111 • • ! , ' • • • . ~ • 1 • • • 1 •

l:fi.!!

::lfiFj: m~ !Utlrf:l.i ·::

un

I . jl).;.: t1Jiltoi...!~ lT l1Tfl H'IIH I=J. lt,· Ut d ~~ j ~, rt I t : fl , . . i '11;' ti· '"11 li llt . t!H I t! . iiiiJirlij~~:!!~ljilli !::: :::: :! ~~!i:

t-.", .... ,!Jf · .. t• !r~dt:-~t l t !1 · l!f dlil-flîW: I ltttl ·i ~tH t tt-. tti· H t I!· - 11 ;I rH rt ~lt !lH 11 lqi l'lli:~~w..w..;_~.lJ -~~- .~ '!;~ I

r;::..~~E;-:;rm:j:;tF Ifrt .. ·lil?. ,.,.

11: ~:

•1f

1::lt . lio.i !S~'r •t~ :₁₁ rt. mt

n

tlft. . .

-1· . 1; . ttlt

!t~n::.:::+t:!;trHH:H:·n lHT tiH-i -~T ; r I

;

u

~ i1 ·,t 1-f-f• lf.l ~r . + ttt 1 l . H . ~-ili'j'"" 11 'fllrrrmmr~~mmm~

.

ffiTI

1_r₁

rr

'1

i?h!f

₁₁

i

lf:

n

l!~ _iH

!

I .

li

lt

.

Uil~. rll l!H 1. ! I I ril .

I

11 r.n: ... , FFF.! 'FF-• F.ITJ flTI Ffttt I P=11i t·1•tr

n

r·

t .

H

11-!W+ . ~ trfl:l . . Ti I t 11

t

I'

I' ,-+· . 1-ttt +rt i ..

1::-:·i :!:!Rf'1 :411-ft~i. _i_!i_J_.

mi

.

_'!· _l_:tl:i ~ütf _L!i

n

.

1_1'· _{'l!ll'i ":}

u

_t_dt_l_î·

r

_1i_!:Ir_li].I _r_!! _J,

I I .

;n:l H!lffi·r !!lff:ïi ~~~~ il r i • jt.:

llil

j

t'H

.

i ~~~~ lt, 11• · • ~. " I •

r .. t. .. . . . . ! 1 • • • J .. 1 t. !. I rl. , I , r _j .!1f..!.üi t l!rt ·

_ili

-· , ... ··rl , •. r·•t :·· Fi'!'• r:t~· . .

.i:~ rj! .: .~,

- ... .. ... ... . " " ,lfl\irlll\11'·

(13)

3.

slapper waren dan uit het gedrag van de vezels te verwachten was. Als mogelijke verklaringen hiervoor worden aangevoerd: - Een strip bestaat uit een vezelnetwerk. Bij het belasten

van een strip zullen eerst de slappere vezels en verbindingen

I

gerekt worden waarna de stijvere vezels aan de beurt komen(?). - Belasten van een strip kan leiden tot heroriëntatie van

bepaalde vezels en vezelbundels waardoor bij kleine

belas-/ _{tingen relatief grote verlengingen kunnen optreden.}

Een ander aspekt van het materiaalgedrag van elastine is be-studeerd door Hoeve c.s.[JI]. Onderzocht werd het verband tus-sen de kracht die nodig is om een bepaalde verlenging van een elastinebundel (eveneens afkomstig uit het nekligament van een rund) te handhaven, de verlenging en de temperatuur. De resultaten zijn weergegeven in fig. 3.

De invloed van de temperatuur blijkt gering in het gebied O,S-SO,S°C. Het lineaire spanningsrekverband is het gevolg van het feit dat de bij de meetpunten behorende regressie-rechte is bepaald.

De vezelbundels werden uit het ligamentweefsel ge!soleerd m.b.v. het enzym~ elastase in onzuivere vorm, bereid uit alvleesklier volgens de methode van Baló en Banga (J.Baló, J.Banga, Biochem.J., 46, 384, 1950). Zonder verder in te gaan op de thermo-elastische beschouwingen waarop dit onder-zoek gebasèerd is, lijkt het toch zinvol om enkele waar-nemingen te vermelden.

Zodra het ligamentweefsel in een willekeurige oplossing wordt gebracht zal het in zekere mate gaan zwellen. Afhan-kelijk van de temperatuur en de aard van de oplossing is er bij een bepaalde zwellingsgraad sprake van een

even-wiehtstoestand waarbij de zwelling konstant blijft. In water bleek de zwelling te verminderen bij toenemende

tempera-tuur. In een mengsel van 30% glycol en 70% water bleef de zwelling konstant in het temperatuurgebied 0-50°C.

Hoeve vond dat het kollageengehalte 20 volume-procenten van het droge'weefsel bedraagt.

Verder bleek dat de lengte van de kollageenvezels

~ Enzymen vormen een aparte klasse van eiwitten. Zij be-zitten katalytische eigenschappen waardoor zij bepaalde chemische processen kunnen vertragen of versnellen zonder

(14)

t-welke in het ligamentweefsel in gekronkelde vorm voorkomen, in gestrekte toestand het dubbele is van de lengte in de onbelaste toestand van het weefsel. Bij rekken van het liga-mentweefsel van ca. 70% bevinden de kollageenvezels zich in de gestrekte toestand waarna de spanning abrupt stijgt bij

I

verdere verlenging.

!

_Bij de door Carton [ 2] uitgevoerde experimenten is interpretatie van de gegevens nauwelijks mogelijk omdat niet te achterhalen valt of en in hoeverre kruip-en/of hysteresiseffekten een rol spelen.

Het door Hoeve [11] gevonden kollageengehalte in het onderzochte ligamentweefsel doet vermoeden dat de mechanische eigenschappen van dit weefsel niet iden-tiek zijn aan de eigenschappen van puur elastine. Bovendien rijst de vraag in hoeverre de mechanische eigenschappen van weke biologische weefsels beÏnvloed worden wanneer zij t.b.v. experimenten in een op-lossing gebracht worden (effekt van zwelling op de mechanische eigenschappen).

Uit de door Carton gemaakte vergelijking tussen vezels en daaruit opgebouwde weefselstrippen volgt dat bij gegeven samenstelling van een weefsel uit bepaalde komponenten in kombinatie met bekende mechanische eigenschappen vàn die komponenten niet zonder meer de weefseleigenschappen zijn af te leiden. De struk-tuur volgens welke de komponenten in het weefsel geordend zijn speelt hierbij een belangrijke rol. Kwantitatieve uitspraken over de mechanische eigen-schappen van elastine zijn nauwelijks uit de beschik-bare gegevens te distilleren.

(15)

gt! _~'_•_•c~~F _-• ütt _•_'-'~:::-t _t_-_:±'

1 '

·

ltt .

11· -

~

-

·f!: - t ~ 1- ·. ·ft .

IJ

11 :

lt · I

ff

T~

+l •-' ;:t -- I I -- j:j" 1 1- ClT , - t 1- I - - i

~~Lr _~_I-_{. ·!~}::fit;ti l-j:1ïG_ 1 .. Ht-fli-1 1 I - J+ .•- -

I

'

.

-1- lt I ' '

J

1 'IJ :t

n

11 jl 11 li 11

Itt t II f" .... nt 1 -H.l.- -- ·· ~~ J ;J I t! ~f lf ft tt . ~ _• _-_·,__,_ _·_·_- 3:tl~_,__,__"_". . _. _• ·: - _" _-- _• ·_•.-::t _. t_Tl _. ! I ·t urr - i . --- I+ -• .... • - •+ 1- .,j. fT t ~ - ' · 1 ! • 11

r

=á

rt~t J_ H • + • · t

r

1n : t , , . ~

t

l

,

~

· I+

11 11

1t

-

fll' · j c . - JH• L ' -· . l ll - ~1 : ' ó H • t;:r H • H+ ._t --Mi- --li-+1+ 4 -'- l- ' 1 • ti 1f H- h

n·!::r~ t tftiEr'b ~t . ; ~i t-tr ~rr: . FJ:,_.t ·.· liJtl- tr

.t

t.t

!Vl. ili . cir H lt- I

±f

it

--

_

,

:

-

:t

t

t fl • t . _- i_ • 1:!: Ht I I 'l u: I:! i!!! 1 i J!.j tt~L i'

•· ,;t . -!1.• ·1+1-·-· • 1 -rT -- .. 1 .tt·J t · IH:t + 1- .l_ - 11 ' ~~ li fi: • . t - - ++ -- - "t • - -h -1 tlt l~i lf'Cl 1!1-1 1.r 11 tLt

· -

-

m

-

·t·" !iii · · n=·u

· :

m

ï

:î:t !:;:i:' . . . • •-t - -- -1 tt· lh ' ·!•-:"' :j+ . ..it~ r.:;;.~ · _ • • n ii:lt : _ • -i- r t ;:t • ·-tli1i- -h ï-: - _,__, ,, · lt•₁ H - ~·-J:I ltd ---.,. - -1 • - - iin - -- .-•- , - rt · illjrl1!l · 1· 1l!i. :r'r :,;.1 - ·-n ~+ttt ,:n -l-t:i-- 1' -:-•Ti - -I 1 r ~! 1 l11 - 1 . -· -- t -- -- -tr --J- -:1 - · : 11 t11 .1 : ;11 , , -1- 'I !I · · ' I ' •. 1, H r~-f±!' • -' ' 1- ' !1-11 +- -'- . I i '' cL, • j!; -jj'·j •·· "tf' ' •-- - . -·~- -1-- -H; . . '(r. - - -- • ·lil " r'l" -'' J, _,

ri~-:rSt

.

•

11

r!U

-

_

~-~u ~1t -_ Htu-t

u.

• .

-

j; :H IW· . J+r ~J ~i' •

+

'

__

-·

•

₁- 1-· · . Jt 1 i1J!!I ₁:11

1

1:1 ~~~~· ~~: j ,.. . d l 1-H! -.- r;.;.::. rt,.. til~ li . .t. I . . n .p-! . l!l .. J !:ti - . . . • :t 'I~ ,jt I lil ' . . q

i.., • _•_-_{:j:i_.}·tn±t _. n~ t

-

.

· ..

·

· -

-

+ - --

mrm

i1~11: :i - J. :1~w· ~ t: t::t nn~l~

o! ;,;" - ft:l" + - • · ' Tf t -·- - - t J - 1 1 • •f•·

-- 1!-··" ~Jil 'Ji! 'I 1~1! . lH :! ! 11" .. jlll tli tltlll . ~ ' 11 . J1₁ I !I 1!!1 !11

.; !1liil1:1 !-ï.i' it

"

t

H;: ij.. ir i . · T. ~·U - . I! t I:JI li'K -tl -- I :i I! lil I I lt l:ft lirl

.. 'i!: _h :!.-~'tl

1 :t -~

11

'i·~-

,

g

1 .

.

-

.

ttl ~~~f

m

~~ 'I • • .,

:t

i ~.J- . - . . 11 ~ I' , ·.:1: ;:j' ~;;:

~,_ - r₁~;. ·•· 1t:J-• ·' t+r.•-rfl t -H ,_r :t~~ . . ·, ~ t. --- - - 1 _ ·- --I fiT'!--~ 1~ • ·-,. ·-1- • _ - "-+ • --. - _ -rr H· - .tt , J

i

l 1 t₁ll 'i :₁:, 1 ·I~~ ·J ' hl· IJ

!#!~i~

nl ;: :UJ

Ui~

FH

~

r

f

!

~

w

-

H"J

H

I

Tt

i

f

tH

I

til/

!l

l!ll

11 .

:I l '

I~

11

1

f

!r

i

l

~

!l

i

l

I .:

!

l

!i

il

l

rlHi

ffir·-~;!j_{,-) ,.,}_,. _•Hi,m ;_{._}: _{_ -}l_-~_--'t j_-_;JTl'_IH~ Et_E_{•1 '·}J-.:-~ ·j-_·ip _·_-- _·_-_~ _-I

f±:f

₁

:

tî-

m

_-

-

_-_-~~ _'

:

~· ~ _-₊j-K_l>t_if?f_Ï!_N-'4 -:•,jf _·_-l₊_t -t _[. . _c-ti _{tL '}1!' -₁_1-~t-_. t H _:T · .. _'~;· ._'I.. ~ j" :I _'Si _•

I

iL _•_,1I _!_.1"'1 _·_i_!lt;; _•_!_I_i:1_lr•tl _l_j;

'!H

_f

'

_r~jl_t_·_··

~-~ ·H - l"t • I. ~ -·:- , ·• • ' •< ·, -- · I ' 1 ';q f I ' ' ' ' t· ' t lf f ! ' '= \f I 'ij l t f ~ · 11

,.

....

.

. ,, .

...

·~·

· '

'

1 'it

Hi

'l:.s"

· " ..

~-~

"

-~~ ~

n

-

t

I

~~~

'

li.

_

,

11

1 i

l

1 '

l

· -

r

· 'l

l

li

..

~~~

..

!i~~~~-~~,1 ~~~· ·:~~ ~··· til' ::;_~ "jJjl ·~~: i!li •"'j"- . I !"-" '''i .. :!J: . I . 1!11 -- li "( - -1 t i . 1:· jlit '•! ll! :: I!! . i!l .. 't • . ' -11. '~ .... I i . I !11 ·I! -'-i I ·I I - ' • -' " . • I i I • I - ' ll! .. '! Î I ii it I Hh -,.;-=-~-~~ ::~t ~f:-'i t'"1-=t ·ttt- :tt - m·rcil -. , H-H -H r - I~ IJ · + ~ t- ·1t 1 1 · · ,-r l - --H--l , -, :·1 11 •it! :'-' ;t:: -:·~·~;o.;;: ·t:t" ~:· r~:t~1: ~;~ :!l.q~:!+-p'l;.·:'r·rH · .. r't:p·~f·tt t- t. · -1~ tt .t -1Ï . I t •: •. ji ·t n ·, !i~ ~~ !;;!i:~~~::~;!t;I'J:! L!ii 11! ;!t/r!l 11

1!:! PI''lli~ IH!i•t ~ ~'11 ~_,_.

'

-

ll . ·1-t I ltjf dl

n

.

!j I til I !11 lli ! ri~iijii l[ii i! 1'11!::,.:.-:: ,;'1:

,!1 Ll lil :.;. • .11, il.~ ltt ;o I lt I. • I ti 1111 ft I r lil /IJ • •!I ~~~ 1 ll.i·t~· <I•'·

ttii 1-;ift:! ·J!:-; il~~-~~;';'1-t!:J .;:cll'Jit "h- --!- 1:-1: 1-t-r . 1• t-t -J _ij-t . ~

w•

~t ~-~- . -t . ~ ii -- . ll :. ·,:;1· lljj·'i ::"'":~ -·-·

t:::r:!: ·::-HB ~ :~ iii1_t_~_~t-:_{n ~}_t_·_·'Hi ;:q - - n .· t- tt1_t₁₁ _:_h _- 1 ₁ wf - -· H lil _t1• ₁_1· _t _''1.;:-~~·t ....

rnf~~ITi

tÜ

r

1 _:m

_~

_~n-f

_n

_Î

_fë

_i

_-

_~~~

_-

_·

_J

_-

_~

_lll

_1îl

_t

_.

_i

_~~~~

'1

~+

'

.

r

~~

-

t:

~

.

IT ,

,

f

JP

~

I I

t

I I

11

-lil

d

i

t

ii

l

i

il

l

!l

;!l

~i

:

;

i

:

;j

1 1/

!

~tt ;~!:f :-t!J: !:~ :tt; ,: . ï!-!" I·· ;:j! ti:! . f-JJth:t lift! "t't •

m

t ttltl-t t- ~·. I • ii'~t . l r I i/. jjilJ'W l!il itl: ::rrH;-1~~

rt:l-n -!;_; tJ:;_; ;-..;: i;!"! 1: •l-f ;:JÎ;; t+' m I • t'tiltt - lftH ---j:f -1- l lll1 1 11 - - !I i Jl itl jjj• ijii !1~1 Jif

dltHJlFJ!i~ï illll!~ !üi ll~IH

mi

f1

lP

.

ril

· r

d

'

H

·11[

lil

~~

,-

,

q

ltdlr1

!

ll

:!

iJIIi

l

il

ii

ili

JI

1

il

ilii!d!

rl

:ii

l

ti_-.- ;l=tJW;r~; :riljtr~tmr ;lp !H !iJ -r~ I rt- - ·j t!i + i: r c Ft~HI - ' f I lj ltl - . - .1.'1~~. Ij ïï - _t:l

llt

n · ::o~: ~::1[-;111 :·:·:, :::: ;:; .,.,

~r ++-=•rnt!r::'i !Htlîl-~~11-H ~~,; 1_1' _++. _'f _t _t-i

.t 1 _I _·

m

1_--_t_·-_-1 _-_, _- _-_'_H_l₁₁ _·_t ₁ _._• _· _tl_r _'tiN_!Nih, _~~:' _. ₁₁ _li:1 _;::ilili_t1,: ii:: :!! ;1;

H

tlt

n

tï·

·:~··!f·j·~-' ~ I 1[.'· ~- U" " • H- 11 -~. I. I

rl

.

~ ~JH-~·-1- . t

m

···l~lli~N.I

"fi·l

-

-f·Ji ftltj !I;

n,'llli

l

·l'lfil" ... "IJ

.j. ;:~ ltj ~:- ~~i ·:J ·U' -._!· I _Hl-I : 1-' i ![ .I:L!. --_ - " l~t -, -t-r_t- - H -!+- - --- " . - ,·1 li - -.: "'~I" 11 - t! 1::: ::;t' "-' .!! 1!!1 ::.

I ·~ •.. I Lt. Ij: t • : :._~ ' 11 l- >.j. -•I. frT • 4- • • ~ t+ . p: ' . ' I lJ 't . -1-Ï I . I tI . 11 1! . . f I ' . I : J •• ; 1 I I.

-·.tu:r:::;i_'_-I-_·_-_•₁_::1_:J-,t;.~--_•· _L:ur_f:tl_dp. ~-~_J-· _:l_t _.I·:_j._• L_;_.HH_~_J-F _i-. _! .1 _ _-r _{- -}_--

lW':

_~ _- _r_Hq_•:- _- _H~. _· lf!~m_. _'-n-_t-

. ,

_-· -_IJ~. - _-

_

_j

.

_I

-_

_-_-₁_- _-r·~~ _' _- _-_''t.! u:il! .·l•:-- .-,, _1•1:.:--u;t::::. !::ll'-jdl!· :tt:.::.:!:·: ·t ' . I . •--~~- I, -·j •• I-! I· -.,;; " • ;~!i llt• '"'IÎ''-1'

'-t- •• ~-Hlt I· •. ';·•-+ ~ L .,. ., 1. -i ~ ... l . PI - . I t l\1 . . . ,__ I· ~ . • • I ~ 11 'I, ' •• :I 11 . ! J . : .•• 11 ••

' tr•ttlil' ,. •lit ~"flltt 1_:_ljl_i _lt _l_t _{- .} _l _{tilt I}_" _lil_·

-jj it!H

I

.

-

1 I

l I tilt - illli : 11111'" IIJI !IIJII''i I li'lllitil' ,_,,' "

hi tff.ltlt! ;.;..:~ '[fi d 1_hl_i;_~I!_Jll_•_:_•_tl1_- _t _.1 tHf I 111· 'ti I

h

id. ·. . ···. I I t-{!·1 ₁₁ltl₁lt 111 tij; j1:,: ::. I ltiiil!l Î ~;;f ii!!

-

·-:r·

·

· t

m·

·.i~

.. --

1 ·§ ---'"'rlg;·"t" '"'1. _, T

m-

r

'"-'-'

1-l!-1-l • •· ·1 · · , ...

·rr

-

·

rr· · t· - .... ·r-r· r t

il

'

H

-

llfl 1 ·111 ···· ... · · ·- ·" - • ·-· ....

. ,_. _;··_tpt" · _';·-_:_:_.- ·_;:;.-· ₁' _:_._1~!·-·_1i- ₁_{· ·},.~ .. ·.·::I+'" 1·-- . . 1t:J "'1'·- · •_ • '" _r · '' • ·· .,.,_ t-: 1 • t• - -' ,; t ., .. · t • 1: 1 ~ - ,;: Jl'' "1··': .... ' ··:t :i1 '--· ·:; -1-• ; ;.;, ttJ-:. ··r ;_ ·:t ... JH ii •- · ·, · 1! -.!- ·· · 'ï · . r·! :~ · , !I l1 · 1 t ~~ -J :. 111 il t~l; il!i 1 1!;, l!i ::li :i1:

n1

:~1

:~.

I

H

Hu

1 tp

:

j

n

,H,

·

· ~

~i

~l

;:

-

ll

r

'

~~

,

r

dH

'1

11n1

H ' · 1 I

t

i

1!1H

.

11

!;

1

11

n

1 1'1 IT11' : '11 11 111 - 1 1111

!rîiJiill

u

1/li

w:

l!ll

ii

l

i

m

;

m

_m1

ft

!l

;

rfl fi 111

1 1111

1

lW

I

11!!1 ~~

1 -

l't.!l

tl

!

r

t

lt

Ht

t t ' l

i! :

I.

p

;

11 :'

li

-.

11: I

Jit

r

tiJ

j

,;:

i

1::

:

!

l

:l!l!i

.

ûi

:;Ji!i

lli

!

!illl

ll

ii!illt!/

1!

Hl

llill I!

.IJ!!

lftJI

l/

11

11 . I

i

li

"'

'I

I

n

i

I

j!

lil

li

îP

ffi

l

:

rn

~

T

I

rr~

1;;:

m

:mn

.

H!

n

i

fi1

TH!

ttHtl •

·rPPI/lP

.

n

11:-1

tWI:f%UIIi

i

ll'

-

1 1 l

ilD

i

t

11

tiii

1

I 11 l 1· 1 1 1

1

1 ·1 - -

11

1 '"

u

i!U

l

l~~

~~

ll

11

!JJ1

;'ii

:

:':

fH'!i~i

liPlfl

il

l

1 _l

_{H ;-~t}

_Nli

_:

_fi

_i

_~

_il

_llli

/i

ifJJ/Ii!

!li

l

lil

i

'

I

I!

r

I

'i

l

:!1

I 1

!1

!

11

· ~I

11

I

tr

I

i

~i

ii

1. 1J

ml

,

!.

TI

llii

:m

l

tm

'r;r '::i i it!; ! :; ! l i;.

Ft

-

;

ti; ~!1.11!! I 1 '[;. : :~1!

1

i t

n

.

lf -~· i!

·I'

i l ! I i 11

!

.

I! I i lil I I • : 11 I ' i I ' I I!'

I

'

I! rli-1 :: I lil i I! : i i! i :i_: 't i!!!

.1! I!;• :ftl ... 1 ;p ll! IJ... , • • - 11 -~~I :1 fq I I I 1 .. -1 - llt !!. ' .. I li .. I 11 ll '-1- I _,_j;' lil· -'1 k

:l

!

:~:~1!1:i 1H111

m. ': n

:

~ '!:~

J

i

fftL

~'1 1!i ~.,, 11 : I ·: j!i j' • 1 'I 11 i '

i!

1 ' : ',;t

m

I

::

ii

1:1 :itt

IIT!

~ ~l

t[

\~

i

~m

1

H

i

')J1~

u _

1

-

1

~1

~~

(16)

Diskussie

De beschikbare gegevens over de mechanische eigenschappen van elastine zijn schaars en onvolledig. De belastingvervormings-rèlaties zoals die door Carton [2] gegeven worden, zijn alleen dkn te vergelijken met gegevens van andere weefsels als die

I

volgens dezelfde procedure bepaald zouden zijn. I

(17)

i

.I

5.

2. Kollageen

Op het gebied van materiaalonderzoek van biologische weef-sels is relatief veel studie gemaakt van de mechanische eigen-schappen van pezen. Het hoofdbestanddeel van pezen vormt

kollageen. Gegevens over het kwantitatieve aandeel van

kolla-;

1 geen in de weefselsamenstelling ontbreken echter.

In het volgende zullen de onderzoekresultaten besproken en, voorzover mogelijk, vergeleken worden van Rigby c.s.[14,15],

Abrahams [1], ·Haut & Little [10] en Diamant c.s.[5]. Abrahams

gebruikte paardepees en menselijke Achillespees als studie-materiaal, de overigen maakten bij hun onderzoek gebruik van pees afkomstig uit rattestaarten.

De volgende aspekten van het materiaalgedrag zijn door een of meer van bovengenoemde onderzoekers bestudeerd:

-De reproduceerbaarbeid van het materiaalgedrag [1,14]. Als parameters bij de bestudering van diverse karakteris-tieken zijn onderzocht:

-De reksnelheid [1,10,14]. -De temperatuur [14],

-De leeftijd van de donor [5,14],

Naast de bepaling van OE-kurven is studie gemaakt van:

- Spanningsrelaxatiekarakteristieken , [ 10, 14].

- Materiaalgedrag bij cyclische belasting [1,10],

Bovendien wordt in [10] een model ter beschrijving van het materi-aalgedrag gepresenteerd (zie hoofdstuk IV).

Bij de figuren zijn, voorzover dit mogelijk was de gegevens over

het onderzochte materiaal, konserverings en preparatietechnieken, meetomstandigheden enz. vermeld (zie de bijlage bij de figuren

'

8 en 9).

Alvorens tot de bespreking van de meetresultaten over te gaan zal

eerst een beknopte beschrijving gegeven worden van de door de diver-se onderzoekers gebruikte meetopzet.

2.1 Meetmethoden

Abrahams [1]:

Menselijke pees werd beproefd bij 37°C (+0,5°C) binnen 36 uur na de

autopsie, paardepees bij 38°C(~0,5°C) binnen 48 uur na autopsie.·

Gedurende de tijd tussen uitprepareren en bep.roeving werden de

proef-stukken gekoeld in Ringers-oplossing bewaard.

(18)

I

in Ringers-oplossing met de geëigende temperatuur gebracht. De experimenten werden uitgevoerd met een trekbank van het merk Instron, type T.C. De meetopstelling zag er als volgt uit:

ha.k

met /?ingers-oplo.ssi'?!l

I

_..

---

_t

_I

.

_.

I

I L:-'-"

I I

-

_-_· ~ - I -

-

·

-. -~ ~

-~ - ---

-

~-. --_-

-

--

-

--·- _--~

---·-J

..

I

,·+--• I

-_ /

I

bewegend dwarshoofd rcestwj/.s.·taki'J zei/klemmende. /Je~ ken

Bij rekken groter dan 4 à 5% trad soms slip maar vaker be-schadiging van het proefstuk bij de inklemmingen op. Belasting en verlenging (rek) werden kontinu geregistreerd m.b.v. een

twe~-pens schrijver.

Rekken werden gemeten met een Instron extensometer welke op

het proefstuk geklemd was. De extensometer woog ca. 45g en

de maximale klemkracht was O,llN.

Abrahams wijst er op dat de verplaatsing van de bewegende in-spanbek t.g.v. slip en/of viskoelastische effekten meestal

niet bruikbaar is bij de bepaling van de rek en de

rekheid van het meetgedeelte. Bij een ingestelde konstante snel-heid van de bewegende inspanbek welke overeenkwam met een

reksnelheid van 100%/min., bleek de gemeten reksnelheid te

variëren van 18 tot 34%/min.!

Het dlv-arsaoorsnede-oppervlak A van het proefstuk werd bepaald

uit de lengte (1), de soortelijke massa (g) en de massa (M)

van het proefstuk volgens

M A =

-g.l

De in de diagrammen vermelde spanningen zijn betrokken op het

(19)

I

I !

7.

het dwarsdoorsnede-oppervlak tijdens de experimenten ( E < 4%)

. was volgens Abrahams zo klein dat de fouten in de berekende

span-ningen te verwaarlozen zijn.

De beschadiging van de proefstukken bij rekken groter dan

4 à 5% is waarschijnlijk te wijten aan de te grote

inklem-kracht, uitgeoefend door de zelfklemmende bekken.

De methode die gevolgd is bij de bepaling van het opper-vlak van de dwarsdoorsnede roept twijfels op t.a.v. de nauwkeurigheid.

Haut & Little [10]:

De kollageenbundels waren afkomstig uit de staarten van 350

tot 375 g zware mannelijke albinoratten (Sprague Dawley).

Binnen 30 minuten na de dood werden de bundels uitgeprepareerd.

De diameter van de bundels bedroeg ongeveer 200 ~m en de lengte

10 cm.

De bundels werden vervolgens in een Locke-eplossing gebracht en daarin gedurende 1 tot 8 uur bewaard tot de beproeving. Gedurende het experiment bevonden de proefstukken zich in een

Locke-eplossing van 37°C (~1°C).

De lengte werd bepaald m.b.v. twee tastermeet klokken (binnen

+ 0,01

mm

nauwkeurig). De diameter werd op 10 plaatsen met een

mikrometer gemeten (~ O,OOJmm) waarna het gemiddelde van deze

waarden werd genomen.

Tijdens de experimenten werd het proefstuk bij de inklemmingen door een mikroskoop geobserveerd. Er bleek geen slip op te treden.

Vóór elk experiment werd het proefstuk altijd één keer belast

zodat het zich vast kon trekken in de inklemming.

Gegevens over de leeftijd van de donors ontbreken. Er wordt niet vermeld of de spanningen betrokken zijn op het dwarsdoorsnedeoppervlak in onbelaste toestand of in·vervormde toestand.

Rigby [ 14]:

De rattestaartpezen waren afkomstig van 4 à 5· maanden oude

man-nelijke albino ratten (Sprague Dawley). De diameter bedroeg ca.

(20)

zoutoplossing (0,9%NaCL) waarin ze bij 2 à 3°C bewaard werden. Na bewaring gedurende 1 à 2 maanden werden geen veranderingen gekonstateerd.

1 Een paar exemplaren werden bewaard bij -35°C. Deze bleken bij

I

~:::o::i::p::::~::•w:~:·::c~:::•:mt:.:·:~::·:.:~:g::r:.::::r~:al.

~ewe5end<!

,-" spanbek

~--- ha.a.k

7"'7""~.,-;:h::;;::;:;:---

kra eh top

nemer

I

twee uiteinden ingeklemd werden in een bewegende inspanbek.

R,ek en reksnelheid zijn betrokken op del verplaatsing van de

inspanbek. Tijdens de metingen waren de proefstukken onderge-dompeld i? een isotonische zoutoplossing van konstante

tempera-tuur (~ O,I°C), Lengteveranderingen en diameters werden gemeten

m.b.v. een mikroskoop welke voorzien was van een mikrometer. Dwarsdoorsnede-oppervlakken werden berekend aan de hand van

een gemiddelde diameter van de "licht" gespannen pees. Daarbij

werd verondersteld dat de dwarsdoorsnede cirkelvormig was.

Onder "licht gespannen" pees wordt verstaan een pees die zodanig gerekt is dat het zigzagpatroon van de kollageenbundels net verdwenen is.

Diamant [5]:

Diamant onderzocht pees uit rattestaarten (Fischer en Sprague

Dawley). De pezen werden onmiddellijk na intreden van de dood

uitgeprepareerd en gewassen in isotonische zoutoplossing. Tot

(21)

Sb.

2-5°C bewaard.

De experimenten werden verricht met een trekbank van het merk Instron, type TTC. De kleinste meetbare belasting was O,OIN. De reksnelheid bij de trekproeven bedroeg ca. 2%/min. Het

weef-i sel bevond zich tijdens de experimenten in een isotonische

j

zoutoplossing van 37°C.

f De klemvakken van de inspanbekken waren bekleed met hard rubber.

I

De kleinkracht was regelbaar (hoe wordt·niet vermeld).

Het oppervlak van de dwarsdoorsnede werd als volgt bepaald: het proefstuk werd gerekt totdat het zigzagpatroon van de

kol-lageenbundels net verdwenen was. Vervolgens werd het be.e1d v~n

het specimen vergroot geprojekteerd op een gekalibreerde kaart waarop de kontauren werden nagetekend. Na draaiing over 90° om de lengte as van het proefstuk werd deze procedure herhaald. Verondersteld werd dat het doorsnede-oppervlak elliptisch was.

Opmerking:

De termen "Fischer" en "Sprague Dawley" hebben betrekking op rattensoorten.

Isotonische zoutoplossing

=

water waarin opgelost 0,9% NaCL. Deze oplossing dient voor het bewaren van het osmotisch even-wicht tussen weefselvloeistof en omgeving.

(22)

2.2 Karakteristieke vorm van de aE-kurven voor kollageenhoudende weefsels

I

lli

,.

~

.l1Z

/

i'

fig. 4

In de spanningsrekkurven van de meeste kollageen bevattende weefsels zijn drie fasen te onderscheiden [1]:

I Sterk toenemende rek bij relatief kleine spanningsteename

~a. De kollageenvezels worden gestrekt vanuit hun in

on-belaste toestand gekronkelde vorm. In deze fase zijn het vooral de elastische vezels die de belasting opnemen

(elastinefase).

II Verminderde toename van de rek bij dezelfde

spanningstee-name ~a.Het proces van het strekken van de kollageenbundels

gaat verder. De kollageenbundels raken steeds meer geÖriën- ·

teerd in de richting van de belasting (overgangsfase). III: Het spanningsrekverband is nagenoeg lineair. De

kollageen-bundels zijn nu volledig gestrekt en geÖriënteerd in de richting van de belasting (kollageenfase),

IV Boven een bepaalde rek (EIII' zie fig.4) beginnen

irrever-sibele beschadigingen in het weefsel op te treden welke uiteindelijk tot breuk leiden.

De waarden van de rekken E

1, Eli en E111(fig.4) zijn verschillend

voor de diverse weefsels. Naarmate het kollageengehalte in een weefsel toeneemt wordt het aandeel van de elastinefase (fig.4) in de oE-karakteristiek kleiner. In de in fig. 9 weergegeven karakteristieken is dit goed te zien. De kurven a t/m d gelden voor kollageenbundels uit rattestaartpees, de kurven e t/m k voor menselijke Achilléspees. Bij de kollageenbundels is de

~lastinefase afwezig. Zij bestaan uit bijna puur kollageen. In

(23)

JO.

vezels aanwezig.

Hier is wel een elastinefase te onderscheiden.

2.3 De reproduceerbaarheid van het materiaalgedrag

/

, Ter bestudering van de reproduceerbaarheid van het gedrag

van rattestaartpees bepaalde Rigby [14] enkele o-E

karak-teristieken waarbij alleen de maximale rek gevarieerd werd.!

De reksnelheid (2%/min) en de tem-peratuur (21°C) bleven bij de bepaling van de verschillende karakteristieken dezelfde. Tussen de bepaling van twee opeenvolgende karakteristieken werd telkens een pauze van ongeveer 10 minuten ingelast om het specimen tot zijn oorspronkelijke lengte te laten terugkeren. Rigby komt tot de volgen-de bevindingen: Zolang volgen-de maximale rek kleiner is dan 4% blijft de o-E karakteristiek reproduceerbaar. Hierbij dient te worden vermeld dat

na de eerste trekproef een blijvende rek optreedt van 0,6~ 0,2%,

de zogenaamde "conditioning stretch". Dit verschijnsel wordt

verklaard door aan te nemen dat er breuk optreedt in verbindingen

tussen peescellen, bloedvaten, zenuwen e.d. Indien E > 4%,

ver-andert de vorm van de o-E kurve zoals aangegeven in fig. 5.

Na een aanvankelijke toename van de helling blijft deze in een bepaald rekgebied konstant om vervolgens weer af te nemen.

Naarmate de maximale rek toeneemt wordt het lineaire deel steeds

kleiner om tenslotte geheel te verdwijnen. Bovendien wordt de bij een zekere rek behorende spanning steeds kleiner. De vorm van een bepaalde o-E kurve wordt dus beÏnvloed door de grootste rek welke bereikt is bij de bepaling van de voorafgaande kurve,

met dien verstande dat er alleen dan sprake is van

reproduceer-baarheid wanneer na elke beproeving een pauze van ca. 10 minuten

wordt ingelast waarbij het proefstuk onbelast is. In een

later artikel [15] noemt Rigby het gebied 0 <_ E < 2% waarbinnen

(24)

Abrahams [I] onderzocht de reproduceerbaarheid van het gedrag van paardepees en menselijke Achillespees als volgt. Met het .specimen, dat zich in Ringers oplossing van 37°C (~ 0,5°C)

• bevond, werd met een reksnelheid van ca. 45%/min (~ 5%/min) gependeld tussen belasting nul en een bepaalde rek. Alvorens

1

tot de eigenlijke proef werd overgegaan werd het specimen onder-worpen aan 10 cycli tot een rek van 1,5 of 2% waarna JO minuten

f gewacht werd. De beproeving verliep daarna als volgt:

10 opeenvolgende cycli van belasting nul tot 2% rek; 5 minuten pauze;

10 cycli tot 3% rek; 5 minuten pauze; 10 cycli tot 4% rek;

De resultaten waren (zie fig. 6) cycli nr. I t/m 10 (a=O tot E=2%):

de pees keert tot haar volledige oorspronkelijke lengte terug.

cycli nr. 11 t/m 20 (o=O tot E=3%):

op het einde van cyclus nr. 11 resulteerde een blijvende

of residuele rek van 0,5% welke opliep tot 1% na cyclus nr.20. cycli nr. 21 t/m 30 (a=O en E=4%):

na cyclus nr. 21 bedroeg de residuele rek 1,2%; gegevens m.b.t. de cycli nr. 22 t/m 30 ontbreken.

Abrahams konkludeert uit de resultaten van een serie experi-menten: voor pees, afkomstig van zowel paarden als mensen, geldt dat-er blijvende rek optreedt zodra het materiaal tot meer dan 2 à 3% wordt opgerekt. Blijft de uiteindelijke rek beneden 2 à 2,5%, dan treedt er geen blijvende deformatie op en zijn de resultaten reproduceerbaar.

Uit de kurven in fig. 6 is op te maken dat de reproduceerbaarheid van het o-E verband sterk afneemt in het gebied E > 2%.

Diamant [5] vindt dat het o-g verband van rattestaartpees repro-duceerbaar blijft zolang de rek E1

niet overschreden wordt. De

00

rek E1

is gedefineerd als het snijpunt van de raaklijn aan

00

(25)

/

I

~') a: lil lil w a:: I-lil ...1 <( z :::!; 0 z Complete Recovery 0 0.5% I 1.2% ""o Residuol Stroi:~--__,-

1

/9', ofter No. 21 0 ....__ _ _ _ _ _ _ _ b-o--'J:r ... 0 I I / ' ,ó I I o,' I I I I 2 I I 91 I I I I I I /o I

i

I I I I I I I p I I I I I p I I I I I I p I I I I /

Average Stroin Rote

3 PERCENTAGE STRAIN ' I I I I ,d I I I I

l

I I I / p ' I 45%/min 4

Effect of repeatcd cycling-10 cyclcs to :!·0~ ~. JO cycles to 3·0 ~~. 10 cycks to 4·0~~-on

horse cxtensor tendon. Thc srccimcn, ubtaincJ from the !dl rront leg of a 2-year-old thorough-brcd, was preccndition::d (b:; 10 cyclcs to 2·0~~ strain) aml t..:stcd in Ringer·s sulution at 38'C.

(Area= 0·032 in")

fig. 6[1 J

(26)

(j

Eerder dan het al of niet optreden van plastische vervormingen zou reproduceer-baarheid van de mechanische eigenschappen een kriterium kunnen zijn bij de defini-tie van het "fysiologisch bereik" van de belasting van biologische weefsels.

2.4 De invloed van de reksnelheid op de spanningsrek-karakteristiek

Volgens Rigby c.s. [14] geeft toename van de reksnelheid bij

ratte-staartpees.geen signifikante verandering in de~ van het

reproduceerbaar deel (zie 2.3) van de spanningsrek kurve. Wel wordt de spanning welke nodig is voor het realiseren van een bepaalde rek groter naarmate de reksnelheid toeneemt.

Kwantita-tieve gegevens hierover ontbreken.

Abrahams [ I ] onderzocht de invloed van de reksnelheid op de

spanningsrekkarakteristiek van menselijke Achillespees. Tot en met een reksnelheid van 20%/min. was het mogelijk om de rek-snelheid over de meetlengte van het specimen middels handbedie-ning zodanig bij te regelen dat deze zo konstant mogelijk bleef.

De op een.schrijver geregistreerde rek als funktie van de tijd

gaf informatie over het konstant zijn van de reksnelheid. Boven 20%/min moest genoegen worden genomen met een konstante snel-heid van de bewegende inspanbek. De maximale rek bij deze proe-ven bedroeg 2% zodat er geen blijproe-vende vervorming optrad (zie 2.3). De reksnelheden waren 1, 2, 10, 24 en 50%/min. De resultaten

zijn weergegeven in fig. 9 e t/m m. Uit deze figuur blijkt duidelijk dat de reksnelheid van invloed is op de spanningsrek-kurve. In fig. 10 zijn de resultaten uitgezet op dubbel

loga-ritmische' schaal. Deze suggereren een verband tussen a en Ê

van de gedaante

a

= de:)

dt

waarin b een funktie van de rek e: en a bij benadering een