Рассуждение о морфомеханике. 3.5.5 Эффекты гиалиновой оболочки головки бедренной кости

 

3.5.5 Эффекты гиалиновой оболочки головки бедренной кости

По мнению В.С.Шаргородского и соавт. (1989) гиалиновый хрящ ГБК уменьшает напряжения в субхондральной кости, понижает удельное на нее давление. Почему это происходит ясного, однозначного ответа, в доступной литературе нами не найдено. За счет чего, казалось бы, недостаточно твердый хрящевой покров может снизить контактные напряжения? Попробуем дать ответ на этот и смежные с ним вопросы…

Гиалиновые призмы суставной поверхности гиалиновой оболочки ГБК тесно прилежат друг, к другу соприкасаясь боковыми гранями. В свою очередь боковые грани скреплены между собой субстанцией основного вещества гиалинового хряща. Наружные торцы гиалиновых призм покрыты и соединены надхрящницей, а нижние торцы прикрепляются к подлежащей кости. Каждая из гиалиновых призм, таким образом, как бы зажата между себе подобными (Рис.2.29, 3.39). Клиновидная форма гиалиновых призм обуславливает эффект их заклинивания при давлении на наружный торец. Действительно, отсутствие промежутков между ними, приводит к тому, что смещение отдельной гиалиновой призмы в направлении подлежащей кости ограничивает не только сама кость, но и величина натяга. Эффект натяга возникает вследствие заклинивания гиалиновой призмы ГБК. Здесь мы должны еще раз обратить внимание, что данный эффект возникает только в выпуклых гиалиновых оболочках, например ГБК. При иной, обратной клиновидности, когда обращенный в полость сустава торец оказывается меньше противоположного, явления заклинивания не возникает. Подобное наблюдается в отношении гиалиновой оболочки ВВ. Давление же на наружный торец отдельной гиалиновой призмы ГБК, вдоль ее длинной оси, частично нивелируется возникающим выталкивающим действием со стороны соседних гиалиновых призм. Силе подобного давления на наружный торец, также противодействует сила трения между гранями смежных гиалиновых призм, увеличенная скреплением их основным веществом. Естественным препятствием смещению призм в радиальном и поперечном направлениях является не только подлежащая костная ткань, но и надхрящница.

Заклинивание гиалиновой призмы при давлении на ее наружный торец обуславливает одно из основных свойств гиалиновых оболочек – способность рассеивать механическую энергию. За счет высокого значения трения между клиновидными призмами и эффекта натяга, сила, воздействующая по нормали на участок суставной поверхности ГБК, частично преобразуется в силу перпендикулярную длинной оси призмы. Иными словами, поток внутренних сил, имеющий направление по нормали к поверхностям гиалиновой оболочки, меняет свое направление на тангенциальное. Это приводит к рассеиванию части механической энергии, снижению удельного давления хряща на подлежащую кость. Соответственно снижаются действующие напряжения в субхондральный кости. Рассеивание механической энергии в гиалиновой оболочке, уменьшение ее величины передаваемой костной ткани ГБК, позволят рассматривать гиалиновую оболочку в качестве «понижающего» трансформатора механической энергии.

Следует, отметить, что сила, сжимающая гиалиновую призму вдоль ее длинной оси, является для нее типической, а приспособление к ней высоко эффективным. Как известно, одним из компонентов гиалинового хряща являются коллагеновые волокна. В средней части гиалиновых оболочек суставов они имеют вертикальное направление. Коллагеновые волокна в гиалиновой призме зацементированы основным веществом хрящевой ткани. Это определяет относительно высокую осевую жесткость гиалиновых призм и их гибкость при касательных нагрузках. Наблюдая локальное давление на гиалиновый хрящ тупым инструментом при увеличении, нами явственно отмечались его упругие свойства. Означенное позволяет говорить о наличии амортизирующих свойств у гиалиновых оболочек.

Между гиалиновыми призмами, располагающимися рядом, естественным образом имеются микрощели, в которых присутствует субстанция, содержащая ГАГ, не исключается, что там имеется и некоторое количество синовии. Соответственно при нагрузке на одну из призм, ее продольное смещение будет способствовать выдавливанию синовии из межпризматических промежутков (щелей) (Рис.3.54). Подробнее об этом эффекте будет сказано ниже. Наличие жидкой оболочки вокруг гиалиновых призм позволяет говорить о существовании у них своеобразного жидкостного демпфера. Указанное увеличивает амортизирующие свойства гиалиновых оболочек.

На поверхности хряща, в надхрящнице, ориентация фибрилл тангенциальная. Подобная особенность гиалиновой оболочки позволяет ей успешно противостоять не только давлению, но и сдвигу, наблюдающемуся при трении суставных поверхностей. Сонаправленность волокон надхрящницы вектору силы трения вызывает их растяжение, это позволяет им «работать» в оптимальном режиме. Именно растяжению, поверхностные волокна, способны наиболее эффективно противостоять. Поверхностные волокна препятствуют не только разобщению гиалиновых призм, но и, отчасти, прогибу гиалиновой оболочки. Вертикальные же волокна в глубжележащих слоях гиалиновой оболочки, позволяют призмам изгибаться в направлении тангенциально действующей силы. Это придает тангенциальную упругость и эластичность гиалиновой оболочки при касательных нагрузках. Особенности строения гиалиновой оболочки в целом, придают ей свойства механической анизотропии.

Выше отмечалось, что внутренняя поверхность гиалиновой оболочки ГБК, контактирующая с губчатым веществом субхондральной костной ткани неровная. Поверхности контакта напоминают во много раз увеличенное дермоэпидермальное соединение. Волнообразность костно-хрящевой границы увеличивает площадь соприкосновения кости и хряща, а, следовательно, и надежность их соединения. Такого рода особенность также позволяет успешно противостоять смещению гиалиновой оболочки в тангенциальном направлении по отношению к кости, под действием типичных для суставных поверхностей касательных нагрузок (Рис.2.28). Гладкая наружная поверхность гиалиновой оболочки уменьшает величину действующих на нее сдвигающих сил, а также способствует снижению трения в суставе. Отмечено, что минимальный коэффициент трения хряща наблюдается при совпадении направления скольжения с ориентацией коллагеновых волокон (Купчинов Б.И. и соавт., 1989). Как видно, трение в суставе зависит также и от расположения волокон надхрящницы, то есть от строения хряща.

Перечисленные выше особенности строения гиалиновых оболочек ГБК и ВВ, а также их свойства позволяют признать за ними роль самостоятельных элементов ТБС. Гиалиновые оболочки являются структурами высокоадаптированными к сжатию. Основным их предназначением необходимо считать понижение напряжений в подлежащей кости, снижение трения в суставе, а, значит, и уменьшение нагрузки на сумочно-связочный и сухожильно-мышечный аппарат.

Обращает на себя внимание и тот факт, что призматическое строение гиалиновых оболочек, напоминает строение эмали зуба. Ориентация гиалиновых и эмалевых призм одинакова - вдоль сжимающей нагрузки, по нормали к поверхности. Отличие их наблюдается в размерах, и механических свойствах. Если волокна эмалевых призм окружают кристаллы фосфата кальция, то волокна гиалиновых призм аморфное основное вещество хрящевой ткани. За счет неорганической компоненты эмалевые призмы обладают большей твердостью, упругостью и прочностью. Сходство в призматическом строении хряща и эмали подтверждает мысль о том, что однотипные нагрузки и порождаемые ими потоки внутренних сил, формируют близкие по строению структуры в тканях разных типов.

««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