Рассуждение о морфомеханике. 6.4.12 Морфомеханика хрящевых тканей

 

6.4.12 Морфомеханика хрящевых тканей

Практически все соединительные ткани хорошо приспособлены к действию растягивающих сил. В соответствии с ориентацией порождаемых ими потоков внутренних сил в ткани ориентируются волокнистые структуры. Увеличение интенсивности силы сжатия соединительной ткани, наряду с воздействием растяжения приводит к преобразованию ее в хрящевую ткань.

«Механическое сжатие является одним из факторов, способствующих приобретению малодифференцированными (мезенхимальными) клетками фенотипа хондроцитов» (Шапошников Ю.Г. и соавт., 1994).

Растягивающая нагрузка обуславливает появление внутренних сил, направленных к поверхности органа. При сжатии поток внутренних сил оказывается, ориентирован от поверхности вглубь. Повышение среднесуточных напряжений под действием сил сжатия приводит к качественным изменениям – трансформации соединительной ткани в хрящевую. В соответствии со среднесуточными напряжениями, и на основе генотипа, изменяются клетки. Затем клетками увеличивается продукция основного вещества, имеющего иной химический состав. Это в свою очередь влечет за собой увеличение его вязкости, прочности соединения с волокнами. Основное вещество, окружая волокна, придает им свойства осевой жесткости и затрудняет смещение друг относительно друга. Основное вещество, накапливающееся вокруг клеток, образует их внешнюю оболочку, армированную волокнистыми структурами.

На микроскопическом уровне хрящевая ткань имеет вид твердой пены. Клетки или же группы клеток распределены в более твердом основном веществе, и подобны жидкой фазе твердой пены, волокна выступают в роли армирующего компонента. Указанные изменения предопределяют увеличение упругости и твердости хряща по отношению к соединительной ткани. При этом ткань, образующая конкретный элемент ОДС, получает возможность полноценно функционировать в условиях с возросшим уровнем среднесуточных напряжений. Она оказывается хорошо приспособленной к сжатию, растяжению, изгибу и скручиванию, иными словами, к переменным потокам внутренних сил. Волокна, скрепленные основным веществом и окружающие клетки, позволяют шунтировать значительные внутренние силы. Клетки становятся защищенными от прямого деструктивного воздействия напряжений.

В ряде случаев давление на хрящевую ткань приводит к образованию в ней кристаллов. В отличие от костной ткани, где кристаллы инкрустируют волокна, в хряще кристаллы располагаются в основном веществе. Этот процесс носит называние омеление хряща, в результате чего еще больше повышается его твердость и увеличивается хрупкость (Гистология…, 1972). Одним из условий данного изменения, с нашей точки зрения, является отсутствие изгибающих нагрузок и повышение среднесуточных напряжений от действия сжатия.

При переменных нагрузках, воздействующих на хрящевую ткань, возрастает продуцирование протеогликанов хондроцитами (Шапошников Ю.Г. и соавт., 1994). Соответственно следует ожидать появление основного вещества, имеющего менее вязкие свойства. В целом такая хрящевая ткань будет обладать большей эластичностью.

Наряду с интенсивностью среднесуточных напряжений на направление процесса метаплазии оказывает влияние и направление потоков внутренних сил. Преобладание растяжения и скручивания над сжатием определяет появление волокнистой хрящевой ткани. Ее механические свойства превосходят таковые у плотной оформленной соединительной ткани. Соответственно другими оказываются и свойства сформированных из них структур. Так при той же интенсивности изгибающей нагрузки амплитуда упругого деформирования будет меньше. Там, где амплитуда упругой деформации невелика, практически всегда наблюдается наличие волокнистой хрящевой ткани. Например, она отмечается в межпозвонковых дисках, лобковом сращении и менисках. Во всех этих зонах ОДС под воздействием значительной нагрузки, сжатие, растяжение и скручивание сопровождается ограниченной величиной деформации. Волокнистый хрящ формирует упругую, мобильную структуру с высоким уровнем среднесуточных напряжений. Благодаря особому устройству межклеточного вещества клетки хрящевой ткани нормально функционируют, несмотря на значительную интенсивность внутренних сил.

Несколько иное строение имеет гиалиновый хрящ суставных поверхностей. Здесь превалирует сжатие и сдвиг над растяжением. Главные механические свойства данной ткани также придает основное вещество. Именно оно определяет твердость и упругость гиалиновой хрящевой ткани, укрепляя и скрепляя волокна. Проводя параллели между соединительной и хрящевой тканями, гиалиновый хрящ — это иное качество плотной неоформленной соединительной ткани. Ее большая упругость и твердость, позволяет межклеточному веществу гиалиновой ткани хорошо защищать клетки от сжатия и истирания.

В соответствии с действующими в гиалиновом хряще потоками внутренних сил, тангенциальных и по нормали, в ткани ориентируются волокнистые элементы. Благодаря волокнам скрепленных основным веществом, клетки адаптированы к высокому уровню среднесуточных напряжений этих направлений. Малая деформация гиалиновых оболочек, обусловленная высокой упругостью этой разновидности хрящевой ткани. Она оказывается значимой для подлежащей кости. Гиалиновый хрящ выступает, своего рода, демпфером, гася и рассеивая часть механической энергии, уменьшая напряжения в субхондральный кости.

Структуры «построенные» из эластических хрящей менее многочисленны в организме. Это связано, прежде всего, со специфическими свойствами эластической хрящевой ткани. Ее отличает меньшая упругость, высокая эластичность, умеренная твердость. Последняя характеристика качественно ее отличает от эластической соединительной ткани. Твердость обеспечивает иное по химическому составу основное вещество.

Эластическая хрящевая ткань оптимально адаптирована к сжатию и изгибу. В меньшей степени она способна противостоять растяжению. Более вязкое основное вещество, прочно скрепляющее волокна, не позволяет им удлиниться на такую же величину как в эластической соединительной ткани. Вместе с тем при изгибе, даже с достаточно большой амплитудой деформаций, величина напряжений увеличивается незначительно. Подобной тканью удается уменьшить влияние на организм изгибающих нагрузок.

««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