Рассуждение о морфомеханике. 3.14.6 Развитие суставов

 

3.14.6 Развитие суставов

Анализируя наблюдаемые в описанных выше экспериментах явления и сопоставляя возникающие формы поверхностей контакта пластилиновых тел с реальными суставными поверхностями, можно сделать ряд важных для морфологии выводов. Соответствие полученных в экспериментах форм поверхностей, близких к формам соответствующих суставных концов костей (блоковидных, седловидных, сферических), подтвердили предположения о присутствии пластических свойств у костной ткани. Наличие головки у бедренной кости и ямки у тазовой, в общем виде, есть результат взаимодействия плоскости и цилиндра из костной ткани. Больший диаметр ГБК, чем у ШБК и возвышающиеся над поверхностью тазовой кости края ВВ явно следствие пластической деформации костной ткани. Меньший диаметр ШБК в средней своей части следует расценивать и как результат давления на кость скручивающихся при движениях в ТБС наружных связок, суставной сумки, а также давления близлежащих мышц и их сухожилий.

Возникновение углубления на пластилиновой пластине объясняется высоким удельным давлением в данной области, а, следовательно, повышенным значением действующих в данной области напряжений. Высокое удельное давление приводит к пластической деформации материала. То же можно сказать и о деформации торца пластилинового стержня. Углубление на пластине и увеличение площади контактирующего с ней торца цилиндра не что иное, как спонтанный процесс уменьшения величин действующих напряжений. Экстраполируя эти выводы на процессы формирования суставных концов костей ТБС, вполне обоснованно говорить, что их форма есть следствие воздействия механического фактора. Она обеспечивает в них снижение действующих напряжений, возникающих в кости при взаимодействии, как сочленяющихся поверхностей, так и окружающих мышц, связок, сухожилий, суставной сумки.

Первый из поставленных экспериментов однозначно моделировал развитие ВВ и ГБК в онтогенезе. Размеры ямки на пластилиновой пластине, а также нижнего конца цилиндра, контактирующего с ней в поставленном эксперименте, постепенно увеличивались. В онтогенезе размеры ГБК и глубина ВВ также постепенно увеличиваются. Углубление ВВ и увеличение размеров ГБК следует расценивать как процесс адаптации костной ткани к увеличивающейся нагрузке. В результате данного приспособительного процесса величины действующих в костной ткани напряжений уменьшаются.

Эксперименты также продемонстрировали что, чем меньше вязкость объекта, тем меньше его деформация и наоборот. Стало быть, вполне однозначно можно констатировать, что различия в глубине ВВ у лиц одного возраста, веса и двигательной активности объясняется, прежде всего, различиями в «вязкости» костной ткани.

Результаты взаимодействия различных по диаметру пластилиновых цилиндров показывают, что ямка формируется на большем, а головка на меньшем цилиндре. Следовательно, аналогичное явление можно ожидать и при взаимодействии различных по размерам суставных концов костей. Примерами являются суставные поверхности лучеплечевого сустава, где сочленяются небольших размеров головочка плечевой кости и головка лучевой. Чем больше величина давления, число циклов и амплитуда, тем глубже ямка и тем больше размеры головки.

При сжатии и качании друг относительно друга одинаковых по размерам торцов пластичных тел, формируются блоковидные поверхности с приблизительно одинаковым радиусом кривизны. Контактирующие их концы расширены, что следует рассматривать как спонтанную адаптацию к высоким действующим напряжениям. В качестве аналога подобных поверхностей в человеческом теле можно рассматривать ключично-акромиальный сустав, в котором наблюдается, подобное качение.

Особый интерес с нашей точки зрения представляет результат эксперимента при скольжении друг относительно друга одинаковых по размеру пластичных тел. Как и в предыдущем случае, контактирующие концы расширяются, снижая тем самым, действующее в них напряжение. Поверхность контакта неподвижного тела всегда выпуклая, а подвижного, скользящего относительно него - вогнутая. Обе поверхности гладкие, их радиус кривизны зависит от радиуса движения в суставе, который определяется длиной его связок. Именно они определяют амплитуду возможных движений. Появление в узле трения инородного, более твердого тела, приводит к нарушению гладкости поверхностей и возникновении на них борозд скольжения.

Скорость формирования поверхностей зависит от числа циклов, величины взаимного давления, коэффициента трения. Только скольжение в узлах подвижности имитировало образование поверхностей подобных суставным поверхностям в голеностопном, локтевом, межфаланговом и некоторых других суставах. Ярким примером результата скольжения и вращения являются поверхности в ТБС.

Сочетание скольжения и качения приводило к формированию не полностью конгруэнтных поверхностей подобно суставным поверхностям в коленном суставе. В любом случае образующиеся формы контактирующих поверхностей, и расширение суставных концов их несущих, есть следствие спонтанного уменьшения действующих в них нормальных напряжений. Сглаживание контактирующих поверхностей следует рассматривать как способ снижения трения и соответственно касательных напряжений.

Сопоставление результатов, приведенных выше экспериментов, приводит к мысли о том, что именно характер движений в суставе и действующие в суставных концах костей напряжения, определяют форму суставных поверхностей. Первична не конфигурация суставных поверхностей, а возможные в сочленении виды движений. В свою очередь вид движения находится в непосредственной зависимости от мышц, связок, внутрисуставных волокнисто-хрящевых образований, суставной сумкой. Так П.Ф.Лесгафт (1968) приводит крайне интересное наблюдение изменения формы суставных поверхностей локтевого сустава, при врожденном отсутствии плече-лучевой мышцы. Связки и суставная сумка определяют радиус вращательного движения и его амплитуду, а волокнисто-хрящевые элементы, прежде всего, амплитуду поступательного движения. Мышцы же эти движения порождают. Положение о первичности движения и роли действующих напряжений в формировании суставных концов костей вносит существенные дополнения в представление о развитии суставов в целом. Вид сустава и форма его сочленяющихся поверхностей детерминированы не генетически, а функционально.

Как известно из части эктодермы формируется нервный гребень производными которого являются хрящи, кости и мышцы. Клетки зародышевой мезодермы, выселяющиеся из эпибласта, формируют пресомитную мезодерму, из нее возникают сомиты. В сомитах различают склеротом, из которого образуются позвонки, ребра и лопатки, миотом, образующий скелетную мускулатуру и дерматом – зачаток дермы. Клетки миотома, мигрируя на периферию, преобразуются в миобласты, из которых формируются мышечные трубочки, а позднее мышечные волокна, уже имеющие функцию сокращения. Параллельно с процессом формирования мышечных трубочек и мышечных волокон происходит прорастание аксонов двигательных и чувствительных нейронов (Бойчук Н.В. и соавт., 1997).

Уже на стадии образования мышечных волокон возможны сокращения, а значит и деформация соединенных с мышечными волокнами опорных элементов, в частности зачатков костей. В местах расположения будущих конечностей у эмбриона появляются небольшие отростки – почки конечностей, образованные из мезенхимы и покрытые эктодермой. Затем в области формирования кости количество клеток мезенхимы увеличивается, при этом они образуют, грубый контур будущей кости. Далее, клетки мезенхимы уплотняются, в средине зачатка кости дифференцируются в хондроциты и хрящевой матрикс. Мезенхима, окружающая хрящевую модель, преобразуется в двухслойную оболочку. Наружный приобретает волокнистый характер, а внутренний остается клеточным. Позднее среди клеток внутренней оболочки появляются остеогенные клетки, которые, достигая центральной части хрящевого зачатка, образуют так называемый центр окостенения (Хэм А., Кормак Д., 1983). Форма и количество костей в конечности, число мышц и области их крепления генетически детерминированы, так как являются видовыми признаками. Уплотнение клеток мезенхимы, а затем ее метаплазия в гиалиновый хрящ моделей костей, приводит к изменению монотонности механических свойств первичной конечности. По всей видимости, наблюдающиеся в период концентрации клеток мезенхимы первые сокращения мышечных волокон ускоряют их дифференцировку в хрящ, за счет увеличения действующего напряжения в конечности. Различия в механических свойствах обуславливают деформацию почки конечности в строго определенных областях при сокращениях.

««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