6.2.8 Средние напряжения в гиалиновых хрящах
В ОДС гиалиновые хрящи покрывают
суставные концы костей, формируя их гиалиновые оболочки. Наличие одной
суставной поверхности всегда подразумевает присутствие ей подобной. Гиалиновые
оболочки неизменно парные и контактируют практически только между собой.
Действие суставных концов костей друг на друга выражается в их взаимном сжатии
и трении, как качения, так и скольжения. Давление на гиалиновые оболочки порождает
в них потоки внутренних сил, перпендикулярных поверхности контакта. Мерой их
интенсивности являются нормальные напряжения. Кроме этого, скольжение одной
суставной поверхности по другой, вызывает в каждой из них появление касательных
напряжений. В соответствии с ними в поверхностном слое гиалиновых оболочек
располагаются волокна параллельные их поверхностям, которые формируют
надхрящницу.
В глубже расположенном слое хряща
имеются исключительно вертикальные фибриллы. В свою очередь их направление совпадает
с векторами нормальных напряжений. Движения порождает в суставных поверхностях
сразу два потока внутренних сил. Каждый из них одинаково влияет на гиалиновый
хрящ независимо друг от друга, что выражается в специфической ориентации
волокон. Касательные напряжения максимальны вблизи поверхности гиалиновой
оболочки, глубже их величина уменьшается. Именно этим, можно объяснить наличие
надхрящницы, и отсутствие циркулярных волокон в толще хряща. Вместе с тем
циркулярные волокна отмечаются в базальном слое суставного хряща, то есть там,
где нижняя поверхность суставной гиалиновой оболочки контактирует с подлежащей
костной тканью. Гладкая поверхность суставного хряща есть не что иное, как
способ уменьшить контактные напряжения на поверхности и исключить зоны
концентрации напряжений.
Потоки внутренних сил ориентируют
основную массу волокнистых элементов гиалиновой оболочки в направлении
перпендикулярном ее поверхности. Необходимая осевая жесткость данных волокон
достигается за счет их скрепления и окружения особым основным веществом.
Достигаемая при этом твердость гиалиновой оболочки, предопределяет ее некоторую
хрупкость. Неспособность в отличие от волокнистого хряща адекватно
противостоять изгибу. Постоянное взаимное давление суставных концов костей
обуславливает, своего рода, «растрескивание» их гиалиновых оболочек. Это, по
всей видимости, и приводит к «образованию» гиалиновых призм. Длинная ось каждой
из них ориентирована параллельно векторам нормальных напряжений, что является
доказательством влияния последних на строение гиалинового хряща.
Сегментированность хрящевого покрова, и принципиальная возможность
вертикального смещения гиалиновых призм, позволяет уменьшить действующие в них
напряжения. Кроме этого, призматическое строение способствует рассеиванию части
механической энергии, передаваемой хрящу при давлении.
Не только направление потоков
внутренних сил сказывается на строении гиалиновых оболочек, но и величины
напряжений в них. Ранее было продемонстрировано, что напряжения в верхнем
секторе ГБК в основном меньше таковых в ее нижнем секторе. Соответственно,
гиалиновая оболочка толще в верхнем секторе ГБК, чем в нижнем. Высота
гиалиновых призм уменьшается по мере приближения к краям суставной поверхности
ГБК. С нашей точки зрения это обусловлено тем, что в данных областях
наблюдается концентрация напряжений. Кроме этого, краевые гиалиновые призмы не
имеют с одной из сторон поддержки себе подобных.
Нагрузка на гиалиновые хрящи
суставных поверхностей, равно как и существование в них потоков внутренних сил
непостоянны во времени. Во время глубокого сна, когда отсутствует спонтанная
мышечная активность, действующие напряжения в гиалиновых оболочках минимальны.
Они возрастают при бодрствовании, так в периоде покоя, наличие вертикальных
потоков внутренних сил обусловлено преимущественно тонусом мышц, прижимающим
одну суставную поверхность к другой. Активные позы, например, ортостатическое
положение, существенно увеличивает действующие напряжения в гиалиновых
оболочках, особенно нижних конечностей. При локомоциях – беге, прыжках величины
напряжений достигают своих максимальных значений. Кроме нормальных напряжений,
появляются и увеличиваются напряжения касательные. Справедливости ради, следует
отметить, что даже в покое, в суставах присутствуют незначительные по амплитуде
движения. Они обусловлены непостоянством мышечного тонуса, пульсацией сосудов.
Соответственно, даже в состоянии покоя или пребывая в некой позе, в суставных
поверхностях существуют потоки касательных напряжений. Из сказанного видно, что
уровень нормальных и касательных напряжений непостоянен и изменяется в широких
пределах. Таким образом, можно заключить, что хрящевые поверхности адаптированы
к величинам средних напряжений, так же как и другие структуры ОДС. В
соответствии с ними возникает определенная форма поверхности, толщина
суставного хряща его внутреннее строение.
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
Биомеханика и морфомеханика