Πιεζοηλεκτρική επίδραση και πυκνότητα των οστών

Το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι η ιδιότητα ορισμένων υλικών για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρικό ρεύμα. Το "Piezo" είναι μια ελληνική λέξη που σημαίνει "συμπίεση". Το αποτέλεσμα ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τους Pierre Curie και Jacques Curie το 1880. Δρ. Ι. Η Yasuda το 1957 ανακάλυψε την ύπαρξη πιεζοηλεκτρικής επίδρασης στα οστά.

Το άμεσο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα ορίζεται ως η ικανότητα ενός υλικού να παράγει τάση υπό τάση ή συμπίεση.

Το αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα ορίζεται ως η κάμψη που προκαλείται στο πιεζοηλεκτρικά υλικά, όπως κεραμικά και κρύσταλλα, λόγω δυναμικού ή ηλεκτρικού πεδίου.

Η πλειονότητα των οστών αποτελείται από μήτρα οστών που είναι ανόργανη και οργανική φύση. Ο υδροξυαπατίτης, ο οποίος είναι κρυσταλλικός, σχηματίζει το ανόργανο τμήμα της μήτρας των οστών. Από την άλλη πλευρά, το κολλαγόνο τύπου Ι είναι το οργανικό μέρος της μήτρας. Ο υδροξυαπατίτης έχει ανακαλυφθεί ότι είναι υπεύθυνος για την πιεζοηλεκτρική ενέργεια στα οστά.

Όταν τα μόρια κολλαγόνου, αποτελούμενα από φορείς φορτίου, τονίζονται, αυτοί οι φορείς φορτίου από το εσωτερικό μετακινούνται στην επιφάνεια του δείγματος. Αυτό παράγει ηλεκτρικό δυναμικό στο οστό.

Το άγχος που δρα στο οστό παράγει το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα. Αυτό το αποτέλεσμα, με τη σειρά του, προσελκύει κύτταρα που δημιουργούν οστά (που ονομάζονται οστεοβλάστες) λόγω του σχηματισμού ηλεκτρικών διπόλων. Αυτό στη συνέχεια εναποθέτει μέταλλα - κυρίως ασβέστιο - στην αγχωμένη πλευρά του οστού. Ως εκ τούτου, το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα αυξάνει την οστική πυκνότητα.

Μια εξωτερική ηλεκτρική διέγερση μπορεί να οδηγήσει σε επούλωση και επιδιόρθωση των οστών. Επιπλέον, το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα στα οστά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναδιαμόρφωση των οστών. Ο Δρ Julius Wolff το 1892 παρατήρησε ότι το οστό αναδιαμορφώνεται ως απάντηση στις δυνάμεις που δρουν σε αυτό. Αυτό είναι επίσης γνωστό ως νόμος του Wolff.