3D-microarkitektur

Knogle kvalitet: 3D mikroarkitektur og mekaniske egenskaber

Knogle er et levende materiale som er i stand til at regenere. Knogle er et komplekst væv, og dets primære funktion er at modstå mekaniske kræfter og modstå brud. Termen ”knogle kvalitet” er blevet brugt i litteraturen i mere end 15 år, men den præcise definition heraf er stadig uklar. Der iflg. Litteraturen generelt to forskellige syn på, hvad knogle kvalitet er. Nogle mener, at knogle kvalitet repræsenterer summen af alle de knogle karakteristika, som påvirker knogles evne til at modstå brud (f.eks. alle aspekter af knogle størrelse, form og materiale egenskaber). Andre refererer til knogle kvalitet som de faktorer, som forhindrer brud men ikke er ansvarlige for knogle masse eller kvantitet. Uden hensyn til kontroverserne om den præcise definition af knogle kvalitet, er de forskellige afgørende faktorer for knogle kvalitet afhængige af hinanden, specielt mineral og collagen, selvom analyse af de forskellige roller collagen og mineral spiller i knogle styrke er svær.

Knogle densitet alene er ikke ansvarlig for almindelige frakturer og forekomsten af osteoporose, og forklarer ikke fuldstændigt den terapeutiske virkning af fremkomne behandlinger. Non invasiv vurdering, ved at bruge imaging teknikker får større bevågenhed fordi det kan forbedre vores forståelse af kompleksiteten af knogle kvalitet (figur).

Knogle mineral densitet (BMD) er en af de faktorer der spiller ind overfor knogle styrke og fraktur risiko. Kvantitativ vurdering af makrostruktuelle karakteristika, så som geometri og form af knogle, og mikroarkitektoniske kendetegn, så som trabekulær volumen opdeling, arkitektonisk anisotrofi og forbindelse, kan forbedre vores evne til at beregne knogle styrke. Gennem de sidste årtier har der været store fremskridt inden for imaging teknikkerne, som har givet os mulighed for at monitorere mikroarkitektoniske forandringer in vivo på en non invasiv måde, og in vitro, med meget høj akkuratesse.

(1)a: en relativ isotrofisk struktur                 b: en ekstrem anisotrofisk struktur

(2)a: en typisk rod lignende struktur             b: en typisk plade lignende struktur
Illustrerer ringe mekanisk styrke                       Illustrerer høj mekanisk styrke

Figur: Mikroarkitektoniske karakteristika for trabekulær knogle (1) Ding et al. JBJS-Br 2002; (2) Ding et al. Bone 2000