Рассуждение о морфомеханике. 3.13.6 Внутренняя структура костей

  

3.13.6 Внутренняя структура костей

На качественных рентгенограммах области ТБС удается кроме крупных деталей контуров костных образований выявить еще и их внутреннюю структуру. В частности, возможно, изучить особенности строения спонгиозного вещества, определить толщину компактной пластинки костей, плотность костного вещества.

Рис.3.66. Трабекулярные системы проксимального отдела
 бедренной кости какими их видел F.O. Ward (1838).

В IXX веке анатомами было обращено пристальное внимание на особенности строения губчатого вещества бедренной кости и связь ориентации трабекул с действующими в ней напряжениями. Пожалуй, первой на эту тему работой можно назвать книгу Ward F.O. Outlines of human osteology. – London, 1838. F.O.Ward (1838) сравнил трабекулярное устройство шейки бедренной кости со «скобой»* (кронштейном) предназначенным, чтобы удерживать уличную лампу (Рис.3.66). Теперь область редких костных балочек между трабекулярных систем шейки бедренной кости, соответствующих центральному участку, именуется треугольником Варда. Сравнение F.O.Ward значимо, потому что данное наблюдение, показало - строение кости аналогично структурам, проектируемым людьми, а также и то, что кость отсутствует там, где ей не требуется быть (Martin R.B. et al., 1998).

Рис.3.67. Аналогии между внутренним строением проксимального отдела бедра и конструкцией подъемного крана, которые обнаружил K.Culmann.

G.M.Humphry (1858) заметил, что линии трабекул пересекают друг друга под прямым углом и выходят на поверхность ГБК по направлению, нормальному ее поверхности. Позднее K.Culmann в 1866 году своей книгой «Die Graphische Statik» заложил основы так называемой траекториальной теории структуры кости, сопоставляя расположение трабекул проксимального конца бедренной кости с распределением напряжений в технических устройствах, таких как подъемный кран (Рис.3.67). J.C.Koch (1917), изучая архитектуру бедренной кости, показал, что расположение трабекул соответствует траекториям главных напряжений. В первых своих работах, посвященных напряженному состоянию бедренной кости, K.Culmann (1866), H.Meyer (1867) предполагали, что основным фактором является сила, связанная с массой тела. Позднее, стало приниматься во внимание, E.J.Carey (1929), не только действие массы тела на ТБС, но и сил, вызванных сокращением мышц. Одним из наиболее детальных исследований напряженного состояния бедренной кости выполнено T.G.Toridis (1969). Автором были учтены силы связанные с массой тела, силы реакции, приложенные к мыщелкам бедра, а также силы, действующие со стороны мышц. Установлено удовлетворительное соответствие траектории главных напряжений траекториям трабекул. Следующим этапом изучения трабекулярной структуры спонгиозного вещества бедренной кости явилось рассмотрение B.Kummer (1972) не двухмерной как ранее, а уже трехмерной модели (Образцов И.Ф., Ханин М.А., 1989).

Ранее Koch (1917) вычислил траектории напряжения в реальной человеческой бедренной кости, основанной на нагрузке, приложенной к ее головке. При этом он продемонстрировал, что ориентация трабекул соответствует математически вычисленным траекториям напряжений для гомогенной структуры той же самой формы (Martin R.B. et al., 1998).

Форма проксимального конца бедренной кости (ШБК и ГБК), а также его внутренняя архитектура связана с механическими напряжениями (Rydell N., 1966). Архитектура ШБК изменяется под влиянием новых условий нагрузки – тяги мышц, изменении положения ОЦМ, статических факторов, то же касается и формы других костей. Действие сил наблюдается не только на губчатое, но и компактное вещество кости (Николаев Л.П., 1947).

R.A.Robinson (1952) писал, что «...механические силы в значительной мере влияют на структуру кости ... качество образующейся костной ткани зависит от воздействия сил растяжения и давления» (Файт М., Мюллер Я., 1959). Цитированные авторы считают «…трабекулярная система шейки бедра у детей начинает формироваться от продольно отходящих трабекул в возрасте 9 или 10 месяцев, то есть в тот период, когда ребенок начинает ходить».

Экспериментально и клинически доказано, что на ШБК действуют не только силы статической нагрузки, но и мышцы (Богоявленский И.Ф., 1976). «В настоящее время общепризнанно, что статические и мышечные нагрузки, приходящиеся на компоненты ТБС, влияют не только на их форму, но и на цитоархитектонику кости, величину углов наклонения и отклонения шейки бедра и суставной впадины» (Мирзоева И.И. и соавт., 1976). Так, например, А.Н.Шабанов, И.Ю.Каем (1966) указывали, что костные балки проксимального конца бедренной кости расположены соответственно линиям траекторий сжатия и растяжения. Вопрос о соответствии костных трабекул спонгиозного вещества траекториям главных напряжений уже не дискутируется, и считается решенным. Следовательно, подразумевается наличие влияния напряжений на ориентацию трабекул.

«В компактном и губчатом веществе костные перекладины располагаются не беспорядочно, а строго закономерно по линиям сил сжатия (действие тяжести тела на кость) и растяжения (действие на кость сокращающихся мышц, которые начинаются и прикрепляются на кости)» (Воробьева Е.А. и соавт., 1981).

По мнению С.Г.Рукосуева (1948) костные балки в губчатой кости расположены исключительно в направлении линий давления. Костные пластинки в кости направлены по линиям действия главных нагрузок, указывал В.А.Богданова (1976). Морфологически установлено что, «…отдельные трабекулы, соединяясь между собой, образуют пространственную решетку с характерной концентрацией трабекул вдоль линий напряжений» (Ступаков Г.П., Воложин А.И., 1989). В то же время отдельные исследователи считают, что губчатая часть метаэпифиза ГБК и ШБК мало участвуют в передаче нагрузки (Мителева З.М. и соавт., 1984).

Отсутствие острых углов и граней у костей также можно считать эффектом действующих в них напряжений, таким способом организму удается уменьшить концентрацию напряжений, на костных поверхностях. По мнению J.D.Currey (1962) в ликвидации участков концентрации напряжений участвуют, и клеточные полости компактной кости, препятствующие распространению трещин. R.E.Peterson (1953) показал, что при поперечном расположении каналов кровеносных сосудов, напряжение в кости увеличилось бы втрое под действием изгибающих сил (Александер Р., 1970). Думается, что продольную ориентацию каналов кровеносных сосудов в кости следует считать приспособлением к действующим в ней напряжениям.

По нашему мнению, ячейки спонгиозного вещества представляют собой элементы, препятствующие концентрации напряжений в кости. Это одно из их основных «предназначений». Уменьшение костной массы, вместилище сосудов и костного мозга являются вторичными функциями микрополостей спонгиозного вещества. Таким образом, кость как орган, образует высокоспециализированная ткань, приспособленная к высоким напряжениям, действующим в ней. Кости имеют приспособления различных уровней для отправления механической функции – особенности внешней формы (макроанатомия), внутреннего устройства (микроанатомия) и гистологического строения.

---

* Здесь приведен дословный перевод термина, использованного в цитированной работе. С нашей точки зрения более уместен термин не «скоба», а «кронштейн» (автор - С.А.).

««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