Kemiğin elektrik, dielektrik özellikleri ve osteogenesisin elektriksel olarak araştırılması

Abstract

Kemik çok karmaşık bir materyaldir. Bu yüzden, konunun genel özellikleri ve tarihsel gelişiminin anlatıldığı ilk bölümünden sonra, kemiğin yapısı ve bileşenleri ayrı ayrı olarak ele alınmaktadır. Kemiğin elektrik ve dielektirik özelliklerinin üzerinde durulduğu üçüncü bölümde, önce empedans hesaplanarak kemiğin direnç ve kapasitesini veren ifadelere ulaşılmış; daha sonra bu bağıntılar kullanılarak bağıl dielektrik kayıp faktörü, iletkenlik, güç kaybı kat sayısı ve faz açısından oluşan dielektrik Özelliklerinin ifadeleri elde edilmiştir. Bu ifadeler yardımıyla kemiğin elektriksel özellikleri, frekansın bir fonksiyonu olarak ve anizotropik yapısı göz önüne alınarak grafikler yardımıyla açıklanmıştır. Elde edilen sonuçların insan kemiği ile karşılaştırması yapılarak, bazı elektriksel özelliklerin birbirleri ile olan ilişkileri üzerinde durulmuştur. Ayrıca kemiğin anizotropik özelliklerinin etkili olduğu alçak frekanslarda, iletkenlik ile Dielektrik Geçirgenlik arasındaki ilişki, kemikteki akışkanın miktarı ile bağlantılı olarak incelenmiştir. Kemiğin değişik I(t) akımlarına verdiği cevap fonksiyonları elde edilirse, bu fonksiyonların geliştirilmesiyle kemikteki dielektrik gevşeme olayını incelemek daha kolaylaşır. Bu inceleme sıcaklık ve nem ile ilişkilendirilerek, anizotropik olarak yapılmıştır. Kemiğin mekanik uyarılara karşı gösterdiği elektriksel tepki önemli bir özelliğidir. Piezoelektrik ve akıntı potansiyeli olarak adlandırılan bu iki elektromekanik özellik dördüncü bölümde işleyişleri ve matematiksal analizleri yapılarak ele alınmışlardır. Bu mekanizmaların neden olduğu elektriksel potansiyel ve alanların kemiğin değişik bölgelerindeki matematiksel analizleri yine aynı bölümde yer almaktadır. Ayrıca mekanik uyarılma sonucu oluşan yüzeysel ve hacimsel yük yoğunlukları ile potansiyel dağılımını etkileyen faktörler bu dağılımın verildiği haritalar yardımı ie açıklanmaya çalışılmıştır. ivKemikde oluşan yük yoğunlukları ve bunların oluşturduğu elektriksel alanlar kemiğin biyolojik fonksiyonlarını etkiler. Büyüme, yeniden oluşma ve şekillenme gibi faaliyetleri içeren bu biyolojik fonksiyonlar kemik dokusunun bir geri besleme mekanizması içinde yer alırlar. Kırık iyileşmesinde bu mekanizmanın rolü büyüktür. Mekanizmanın işleyişi ve kırık iyileşmesi safhalar halinde beşinci bölümde anlatılmıştır. Kemiğin şimdiye kadar incelediğimiz bu özelliklerinden faydalanılan değişik uygulama alanları vardır. Bunların en önemlilerinden biri kırık iyileşiminin elektriksel olarak hızlandırılmasıdır. Bu uygulamanın değişik teknikleri, özellikle içerdiği avantajlı yanlan nedeni ile gelişmeye daha açık olan elektromagnetik alanlarla osteogenesisin uyarılması tekniği üzerinde durulmuştur. Son bölümde ortaya çıkan bazı sonuçlar üzerindeki değerlendirmelere ve tartışmalara yer verilmekte ve bunlar doğrultusunda çeşitli öneriler yapılmaktadır.

Actually, bone is a very complex material: Therefore, following the first section where general features and historical development of the subject are given, the structure and components of the bone are considered separately. The third section deals with the electrical and dielectric features of bone, the impedance has been calculated which in turn formed the expressions by which the resistance capacity of the bone was found, whereafter, using these expressions consisting of the dielectric features, the expression variables are relative dielectric loss factor, conductivity, power loss coefficient and phase angle. By these expressions, electrical features of bone have been explained by graphics as a function of frequency by considering its anisotropic structure. By comparing the results with the human bone, the interactions between some electrical features have been considered. Further, at low frequencies where anisotropic features of bone are active, the relation between conductivity and dielectric conductivity have been examined related to the amount of fluid in bone. In case the response function of bone at various I(t) currents has been obtained, it would be easier to examine the dielectric loosening in the bone by developing those. Such examinations have been made under anisotropic conditions forming relation with temperature and humidity. Electrical response of bone to the mechanical stimulus is a significant feature. These two electromechanical features named piezoelectric and flow potential have been handled in the fourth section with its functioning and mathematical analyses. The mathematical analyses of electrical and potential fields caused by those mechanism at various parts of the bones is in the same section. Further, surface and volume load densities caused by mechanical stimulation and the factors influencing potential distribution are tried to be explain by the body map obtained by such distribution. The load densities and the electrical fields caused by them influence biological function of the bone. These biological features including the ones such VIas growth, re-forming and shaping, take place within the feedback mechanism of bone tissue. This mechanism plays an important role on the recovery of breaks. Main stages of the mechanism and recovery of bone have been given in the fifth section. There are various application fields utilizing those facilities of bone given herein. Among the most important ones of those is the acceleration of recovery by electrical means. Various techniques have been considered, particularly stimulation of osteogenesis by electromagnetic fields which will be easily developed owing to its advantages features has been handled. The last section deals with evaluations of some results and discussions related to the same whereafter some proposals have been made. vu