Рассуждение о морфомеханике. 6.1.5 Закон И.Ф.Образцова - М.А.Ханина

 

6.1.5 Закон И.Ф.Образцова - М.А.Ханина

Сформулированные ранее законы, описывающие влияние механического фактора на живые системы, неоднократно подвергались ревизии. Причинами тому, были как неточность формулировок, так и новые факты, полученные в результате современных исследований. Не избежал пересмотра и закон J.Wolff.

Многочисленные экспериментальные исследования и наблюдения свидетельствуют об оптимальности структуры кости. В частности, работой W.C.Hayes et al. (1982) было продемонстрировано хорошее соответствие общей ориентации трабекул и траекторий главных напряжений. Отмечена высокая корреляция между плотностью трабекул и разностью максимального и минимального напряжений. Кроме этого показано, что плотность кости возрастает по мере увеличения касательного напряжения, а плотность трабекул пропорциональна эффективному напряжению по Мизесу. Данные, полученные с помощью математической модели напряженного состояния кости, позволили И.Ф.Образцову и М.А.Ханину (1989) уточнить закон J.Wolff: «ориентация трабекул соответствует условию минимизации деформации изгиба отдельной трабекулы, тогда как плотность трабекул распределена таким образом, чтобы обеспечить увеличение прочности кости по мере роста максимальных касательных напряжений» (Образцов И.Ф., Ханин М.А., 1989).

В сути своей это даже не уточнение, а новый оригинальный закон трансформации кости. Согласно ему, трабекула стремиться занять положение, при котором ее длинная ось будет параллельна вектору действующей силы или нормального напряжения в этой точке. Только в таком случае изгибающий момент будет минимален. Вместе с тем известно, что в губчатом веществе трабекулы расположены зачастую под прямым углом друг к другу. Если одна из них параллельна нормальному напряжению, то другая касательному. Следовательно, воздействие обоих видов напряжений на кость одинаково. В то же время вдоль одного вектора силы трабекула сжимается, а вдоль другого изгибается. Более того, известны участки костей, в которых трабекулы пересекаются не только под прямым углом. Возникает уместный вопрос, почему тогда возникает трабекулы двух направлений?

Согласимся, с тем, что ориентация костных балок находится в соответствии с направлением векторов расчетных напряжений. Однако направление нагрузки на кость может быть различным, а действие ее эпизодическим. В то же время ориентация трабекул губчатой кости вполне определенна и сохраняется длительно несмотря на то, что нагрузка переменна по многим своим параметрам – направлению, интенсивности, распределению. Как видно из приведенного выше определения нового закона трансформации, внутренняя структура кости приспосабливается только к главным напряжениям. Если строение кости приспосабливается только к главным напряжениям, то к эпизодической нагрузке костная ткань должна быть индифферентна. Таким образом, либо не каждая функциональная нагрузка приводит к перестройке кости, либо кость вообще к ней безразлична. В чем разница между главными и действующими в конкретный момент времени напряжениями? В том и другом случае это вектора потоков внутренних сил, появление которых обусловлено действием внешней силы, читай нагрузки. Различие же в том, что вектор главного напряжения, в соответствии с которым ориентируется костная балка больше и действует дольше, чем любое другое. Как видно между ними различия не качественные, а количественные. Возникает вопрос, на сколько напряжение должно быть дольше по времени и больше по величине, чтобы вызвать перестройку кости? Если две силы действуют на кость одинаково долго, которая из них будет порождать главное напряжение, каково направление его вектора или их будет два? Каждый из них обусловит поворот трабекул или только одному из них конкретная трабекула отдаст предпочтение? А если число равновеликих сил будет больше двух? В конце концов, главное напряжение — это главное нормальное или главное касательное напряжение? Если касательное, то, которое из двух выделяемых? Если это главное нормальное напряжение, то чем оно принципиально отличается от касательного, в соответствии с которым также должны ориентироваться трабекулы.

Таким образом, можно отметить уточнение сделанное И.Ф.Образцовым и М.А.Ханиным существенной ясности в понимание причин и механизмов перестройки кости не привнесло. То, что именно напряженное состояние кости является причиной ее внутренней перестройки, не ново. Однако остается неясным, к каким напряжениям, возникающим в кости, она приспосабливается, а к которым нет и почему.

Как известно M.Singh (1978) предложил классификацию «…микроструктуры спонгиозной кости: 1) структура образованная соединенными между собой балками; 2) структура, образованная балками с плитами, соединенными друг с другом; 3) совокупность плит, соединенных друг с другом» (Образцов И.Ф., Ханин М.А., 1989). В связи с этим не понятно, распределение плит соответствует таковому распределению костных балок? Можно ли сказать, что плиты ориентируются так же, как и трабекулы, обеспечивая увеличение прочности кости?

Несмотря на предпринятое уточнение из закона остается неясным, возможна ли перестройка кости под действием внешней силы выражающаяся переориентацией трабекул, после того как костная балка уже заняла свое место? Если переориентация возможна, то в какие сроки она происходит, какова должна быть минимальная внешняя сила, чтобы процесс перестройки начался? Когда он завершается и по каким причинам? Возможно ли увеличение прочности костной ткани до бесконечности? Какова должна быть внешняя сила стационарной или динамической? Если вектор действующей силы постоянно меняется, к какому направлению внешней силы произойдет адаптация кости и как скоро? Будет ли вообще в этом случае происходить адаптация кости? Как видно и новый закон трансформации костной ткани, также не может исчерпывающе ответить на значительную группу возникающих вопросов. 

««назад || СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ || вперед»»

                                                                     

Автор:

Архипов С.В. – С.В. Архипов-Балтийский является псевдонимом, который использовался до начала 2006 года с целью более точной дифференцировки на научном поле.

Цитирование:

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 1. Гл. 1-4. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 2. Гл. 5-6. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Примечания:

Первая крупная публикация автора, посвященная морфомеханике живых систем, биомеханике пояса нижних конечностей и связки головки бедра, ligamentum capitis femoris (LCF).

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, анатомия, морфомеханика, биомеханика

СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Биомеханика и морфомеханика