Рассуждение о морфомеханике. 6.2.7 Средние напряжения в волокнистых хрящах

 

6.2.7 Средние напряжения в волокнистых хрящах

Наиболее близкими к связкам и сухожилиям по своему строению являются структуры ОДС, состоящие из волокнистого хряща. К таковым, как известно, относятся мениски, межпозвонковые диски, лобковое сращение, вертлужная губа и ряд других образований. В отношении их, так же как и в отношении костей, сухожилий и связок, отмечается зависимость строения от средних напряжений.

Для волокнисто-хрящевых элементов, расположенных внутри суставов характерной особенностью, является гладкая поверхность. Именно такая, без неровностей поверхность обеспечивает отсутствие зон концентрации напряжений и низкий коэффициент трения. Соответственно оказываются низкими по величине касательные напряжения в волокнисто-хрящевых структурах.

Как правило, все внутрисуставные волокнисто-хрящевые элементы испытывают действие сжимающих и растягивающих сил. Адаптацией к значительным сжимающим нагрузкам является увеличение площади их контакта с суставными концами костей. В связи с этим, как в тех, так и в других снижается уровень напряжений за счет того, что давление распределяется на большую площадь. Практически все внутрисуставные волокнисто-хрящевые элементы имеют уплощенную форму поверхности, соответствующей контактирующей суставным концам костей. Наличие у волокнистого хряща свойства упругой эластичности позволяет структурам, состоящим из него адекватно приспосабливаться к текущим изменениям формы суставной поверхности. Следовательно, даже при движениях в суставе, когда с волокнисто-хрящевыми структурами контактируют различные по форме участки суставных концов костей действующие напряжения остаются приблизительно одинаковыми.

В качестве примера можно привести функционирование менисков коленного сустава. Смещаясь в различные фазы движения, мениски не только подвергаются сжатию и растяжению, но также и изгибаются в соответствии с кривизной контактирующих с ними суставных поверхностей. Форма сочленяющихся в коленном суставе концов бедренной и большеберцовой костей такова, что в момент наибольшей нагрузки они контактируют максимальной площадью поверхности. При этом часть нагрузки воспринимают мениски, которые под ее действием смещаются к периферии сустава. Вследствие чего, в них возникают кроме сжатия, еще и растягивающие усилия, обуславливающие появление концентрических потоков внутренних сил. Анализ строения менисков свидетельствует, что в точном соответствии с потоками внутренних сил в их толще имеются циркулярно расположенные коллагеновые волокна. Кроме этого, в менисках обнаруживаются и вертикальные волокна, сонаправленные потокам внутренних сил, возникающих при сжатии менисков между суставными концами костей. Осевую жесткость вертикальным волокнам придает скрепление их основным веществом. Оно же, в значительной степени, предопределяет общие упругие свойства менисков, их способность противостоять сжатию. Смещение менисков к периферии сустава и обратно порождает в них еще и радиальные потоки внутренних сил. Их ориентация совпадает с ходом радиальных коллагеновых волокон, пересекающих вышеуказанные под прямым углом. Следовательно, каждый из потоков внутренних сил, возникающих в менисках, отражается на их внутреннем строении. Влияние каждого из потоков равнозначно несмотря на то, что порождающие их силы могут быть как растягивающие, так и сжимающие, то есть иметь разный знак. Как видно потоки внутренних сил не взаимодействуют друг с другом, что отражается на их материализации – ориентации волокнистых структур.

Силы, действующие на мениски, а значит и возникающие в них потоки внутренних сил, непостоянны во времени. Они возникают как при пассивных, так и активных движениях в суставе. В свою очередь движения процесс периодический. В одну их фазу в менисках появляются циркулярные потоки внутренних сил, в другую вертикальные, в третью - радиальные. Также закономерно изменяется интенсивность внутренних сил. При неподвижности сустава, в зависимости от угла сгибания в нем, отдельные потоки могут вообще исчезать. Следовательно, непостоянна и величина действующих в мениске напряжений. Существование человека в относительно одинаковых условиях, с однотипной физической нагрузкой, в течение достаточно длительного времени позволяет говорить о том, что и мениски, представляющие собой волокнисто-хрящевые образования, адаптированы к средним напряжениям. В связи с тем, что строение нижних конечностей у особей одного вида одинакова, одинаковы и потоки внутренних сил в менисках, одинаково и их внутреннее строение.

Другим примером влияния средних напряжений на волокнисто-хрящевые структуры является строение и форма вертлужной губы. Обе ее поверхности гладкие как та, что соприкасается с суставной сумкой, так и та, что контактирует с ГБК. Представляя собой упруго-эластическое кольцо ТБС, вертлужная губа участвует в удержании ГБК в ВВ. Эта ее функция наблюдается в фазу переноса конечности во время локомоций и в одноопорном ортостатическом положении - ГБК стремиться сместиться в латерально, встречая на своем пути вертлужную губу. При этом последняя растягивается в двух направлениях – радиально и циркулярно. В ней возникают пресекающиеся, но не взаимодействующие потоки внутренних сил радиальные и циркулярные. В соответствии с ними, в вертлужной губе возникают и существуют две системы волокон – радиальная и циркулярная. Так как сила сжатия вертлужной губы между суставной сумкой и ГБК невелика, выраженной третьей системы коллагеновых волокон не формируется. Воздействие ГБК на вертлужную губу непостоянно, как и возникновение в ней потоков внутренних сил. Они, как уже было сказано, появляются при неопорном состоянии нижней конечности. В период опоры, когда ГБК прижимается к ВВ, величины действующих напряжений в вертлужной губе уменьшаются практически до нуля.

В фиброзном кольце межпозвоночного диска, образованного из волокнисто-хрящевой ткани, также отмечается зависимость внутреннего строения от возникающих в нем потоков внутренних сил. Несмотря на то, что межпозвоночные диски испытывают преимущественно сжатие, в их фиброзных кольцах действуют значительные растягивающие силы. Основную сжимающую нагрузку воспринимает студенистое ядро, которое изнутри стремиться растянуть фиброзное кольцо. В соответствии с возникающими в нем циркулярными потоками внутренних сил ориентируется часть волокон, располагающихся циркулярно. Непосредственное сжатие фиброзного кольца в вертикальном направлении обуславливает наличие косо-вертикальных волокон. По нашему мнению, подобное расположение части коллагеновых волокон связано с тем, что вертикальная нагрузка на диск, как правило, сопровождается его скручиванием вокруг вертикальной оси. Это предопределяет появление потоков внутренних сил в направлении близким к спиральному.

Соединение волокон фиброзного кольца между собой основным веществом хрящевой ткани, придает первым осевую жесткость, а второй необходимую упругость и способность противостоять сжатию. Потоки внутренних сил в межпозвонковом диске появляются и исчезают в зависимости от действующей на позвоночный столб нагрузки. Соответственно и величины действующих в дисках напряжений переменны. Они уменьшаются в периодах покоя и во сне, возрастают при физической нагрузке. Однако средние напряжения остаются постоянными, если образ жизни и физическая активность субъекта не изменяется. Именно к ним, как мы считаем, и адаптированы межпозвонковые диски.

Значительные усилия испытывает и межлобковый диск. В фазу опоры на две ноги, происходит сближение лобковых костей, что обуславливает сжатие межлобкового диска. При этом жидкость, находящаяся в нем, приводит к его растяжению изнутри, появлению концентрически расходящихся волн внутренних сил. В соответствии с ними часть волокон обретает циркулярное направление. В фазу переноса нижней конечности, лобковые кости в области лобкового сращения, отдаляются друг от друга, растягивая волокнисто-хрящевую ткань межлобкового диска. Вследствие чего в нем, циклически, появляются значительные растягивающие усилия, порождающие потоки внутренних сил, имеющие направление от одной кости к другой. В этом же направлении ориентирована часть волокон межлобкового диска.

Все сказанное подтверждает точку зрения о том то, что адаптация волокнисто-хрящевых образований происходит именно к средним напряжениям, доказывает равнозначность влияния на их внутреннее строение различных по направлению потоков внутренних сил. Так же как и в костных и соединительнотканных структурах, в элементах ОДС образованных из волокнистых хрящей, волокна ориентируются параллельно потокам внутренних сил.

««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