大腿骨頭壊死ではなぜ応力集中が起こるのでしょうか?

大腿骨頭の壊死骨組織や骨構造が変化し、大腿骨頭が潰れて変形し、大腿骨頭と寛骨臼の間に不適合が生じると、股関節のコンプライアンスが低下し、応力集中が発生します。

骨構造の変化は応力集中を引き起こす

壊死した大腿骨頭は正常な骨梁と海綿骨の骨束構造を失い、大腿骨頭の変形能力が低下し、コンプライアンスが低下し、股関節のストレスが集中します。軟骨下骨は関節の体重負荷への適応において重要な役割を果たすため、軟骨下骨の柔軟性が失われると、関節のストレスが増加し、関節軟骨に非常に局所的なストレスが発生します。

大腿骨頭の崩壊と応力集中

大腿骨頭が潰れて変形し、大腿骨頭と寛骨臼の接触面積が減少し、大腿骨頭にかかる応力が不均一に分散され、股関節に応力集中が生じます。

大腿骨頭空洞における応力集中

大腿骨頭壊死では、大腿骨頭に空洞または重度の骨粗鬆症領域が現れます。空洞または重度の骨粗鬆症領域と正常骨または吸収されていない死滅骨領域との間の応力伝達は不均一であり、大腿骨頭に応力集中が発生します。

減圧手術による応力集中

大腿骨頭壊死減圧手術中のトンネルも応力集中を引き起こし、大腿骨頭の崩壊と変形を加速させます。一方、壊死した大腿骨頭の骨組織と構造は正常な大腿骨頭のものと異なり、大腿骨頭の強度の低下につながります。一方、関節コンプライアンスの低下と関節不適応により、関節内に応力集中が生じ、股関節の機械的損傷、大腿骨頭骨梁の疲労骨折、軟骨の亀裂が生じやすくなります。このような小さいながらも繰り返される機械的損傷の長期的な影響により、大腿骨頭は最終的に潰れて変形し、軟骨が損傷し、関節の捻挫が発生します。

ヒント - 応力:応力がかかった物体の断面における内部力の集中、つまり単位面積あたりの内部力。