Рассуждение о морфомеханике. 6.5.9 Вектор биоиндукции

 

6.5.9 Вектор биоиндукции

При воздействии механического фактора в живой системе возникает поток внутренних сил. Его характеризует интенсивность, выражающаяся напряжением и направлением. Ранее было показано, что в соответствии с ориентацией потоков внутренних сил наблюдается перестройка живых тканей и органов. Это касается не только внешней формы, но и внутреннего строения. С нашей точки зрения внутреннее устройство тканей находится в зависимости от биоэффективных напряжений, индуцирующих биологические процессы и ориентации потоков внутренних сил. Интенсивность любого из потоков внутренних сил может быть такова, что это приведет к появлению биоэффективных напряжений. Соответственно, через одну точку живой системы может проходить более одного подобного потока внутренних сил, каждый из которых породит биологический процесс. При их адекватном течении, данная область живой системы будет адаптирована к каждому из потоков.

То, что ткани адаптируются не только к величине нагрузки, но и к направлению ее вектора замечено давно. Так в тканях, содержащих волокнистые элементы, последние, как правило, располагаются параллельно вектору действующей силы. Это справедливо в отношении практически всех элементов опорно-двигательной системы, образованных из соединительной ткани – связок, сухожилий, фасций, апоневрозов. В них, как коллагеновые, так и эластические волокна ориентированы вполне конкретно – параллельно доминирующему потоку внутренних сил. Закономерности в расположении волокнистых элементов наблюдаются и в хрящевых тканях, как волокнистых, так и гиалиновых.

В соответствии с вектором потока внутренних сил ориентируются и отдельные структурные единицы органов. В гиалиновых оболочках это гиалиновые призмы, в эмали – эмалевые призмы. И в том, и другом случае призмы оказываются параллельными потокам внутренних сил, порождающим биоэффективные напряжения в данной области. В мышечной ткани подобным образом располагаются миофибриллы.

Яркой иллюстрацией соответствия внутреннего строения существующим потокам внутренних сил является костная ткань. В спонгиозном веществе пластинчатой костной ткани параллельно вектору потока внутренних сил располагаются трабекулы, в компактном веществе остеоны. При изменении направления потока внутренних сил и появление биоэффективных напряжений, происходит перестройка остеонов и трабекул.

Закономерности устройства волокнистых тканей едины как в царстве животных, так и в царстве растений. Данная закономерность есть общее свойство живых систем. Однако указать направление потока внутренних сил, индуцировавшего биологические процессы, используя только данные наблюдений, не всегда представляется возможным, ибо волокнистый элемент имеет два равноправных конца.

В живых системах ориентация волокнистых элементов, трабекул, призм – результат течения биологических процессов. Так как они следствие биоиндукции, то со всей определенностью можно говорить о ней как о векторной величине. Из сказанного проистекает понятие о векторе биоиндукции. Вектор биоиндукции еще одна характеристика биоиндукции, наряду с ее скоростью и ускорением. Вектор биоиндукции определяет направление действия биологических процессов. Вектор биоиндукции параллелен течению потока внутренних сил, создавшего биоэффективные напряжения. Именно в соответствии с вектором биоиндукции синтезируются и ориентируются волокнистые компоненты межклеточного вещества, структурные элементы органов (волокна, трабекулы, остеоны, призмы). Вопрос о направлении вектора биоиндукции, будет нами рассмотрен несколько ниже.

Трансформации тканей протекают медленно, и зависят от скорости течения биологических процессов. Так при «созревании» соединительнотканного рубца происходит постепенный переход рыхлой соединительной ткани в оформленную. При этом волокна обретают направление параллельное вектору биоиндукции. Наглядным примером также является перестройка костной ткани. Возникновение в ней иного по направлению потока внутренних сил, породившего приспособительные процессы, а значит и биоиндукцию, в соответствии с вектором которой изменяется ориентация костных балок и остеонов. Подобная перестройка ткани или органа, в соответствии с вектором биоиндукции, происходит до тех пор, пока волокна, трабекулы или остеоны не примут параллельное ему положение.

Необходимо подчеркнуть, что подобные явления можно наблюдать только в живых тканях. Соответственно биоиндукция явление свойственное только живым системам. Действие вектора биоиндукции на живые ткани подобно тому, как действует вектор магнитной индукции на рамку с током или постоянные магниты.

Из курса физики известно, что рамка с током в магнитном поле устанавливается строго определенным образом – перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции. Направление вектора магнитной индукции в любой точке пространства, можно, определить по положению постоянных магнитов. Значительное число небольших постоянных магнитов, например, железных опилок, позволяет «увидеть» даже линии магнитной индукции. При изменении положения магнита, изменяется ориентация вектора магнитной индукции, что немедленно отражается на положении как рамки с током, так и железных опилок.

Перемещение железных опилок, при изменении вектора магнитной индукции, полностью напоминает перемену положения волокнистых элементов тканей в соответствии с иным направлением вектора биоиндукции. Разница заключается в скорости происходящих изменений. Магнитный диполь, находясь в воздушной среде, поворачивается практически сразу. Волокна же изменяют свою ориентацию постепенно, медленно. Подобного замедленного эффекта можно достигнуть, если железные опилки поместить в вязкую среду. Тогда преодолевая сопротивление окружающего пространства, каждый из магнитных диполей будет изменять свое положение также постепенно. Поворот их будет запаздывать по сравнению с разворотом вектора магнитной индукции, подобно тому, как и в живых тканях наблюдается некоторая задержка переориентации волокон при изменении вектора биоиндукции.

Приведенная аналогия не совсем полная. Действие вектора магнитной индукции и вектора биоиндукции похожи лишь в общих чертах. Изменения положения волокнистых элементов как такового обычно не происходит. Наблюдается перестройка ткани, при которой «старые» волокна, как и тканевые структуры, лизируются или атрофируются, а на их месте, в соответствии с направлением иного вектора биоиндукции, синтезируются новые имеющие другую ориентацию. Результат получается такой, как если бы волокна или тканевые структуры действительно поворачивались в неком поле.

Аналогия действия вектора магнитной индукции и вектора биоиндукции налицо. Это сходство позволяет предположить, что величину вектора биоиндукции можно определить, по тому же принципу, как и величину вектора магнитной индукции.

Изменение ориентации волокнистого элемента* ткани напоминает механический процесс, хотя им в сути своей и не является. Следовательно, можно говорить о том, что на волокнистые элементы, при изменении их положения, действует некий момент сил, поворачивающий элемент на определенный угол. Данный момент сил подобен моменту сил, действующему на рамку с током со стороны магнитного поля. Как известно модуль вектора магнитной индукции – В, в области, где находится рамка с током, может быть найдена по формуле: 

B = М_max/IS, 

где, М_max - максимальный момент сил, действующий на рамку с током со стороны магнитного поля; I - сила тока в рамке; S - площадь рамки.

В живых системах площади рамки с током соответствует площадь волокнистого элемента. С нашей точки зрения, силе тока в электродинамике соответствует скорость изменения биоиндукции в морфомеханике. Отмечаются интересные аналогии, если скорость изменения биоиндукции, это то же самое, что сила тока, то биоэффективное напряжение — это аналог заряда. Заряд – физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий. В свою очередь, биоэффективное напряжение – биологическая величина, определяющая интенсивность биологических процессов. Сила тока есть первая производная заряда по времени или скорость изменения заряда. Первой производной по времени биоэффективного напряжения является скорость изменения биоиндукции.

Применяя выявленные аналогии и параллели можно предложить формулу для вычисления модуля вектора биоиндукции: 

La = M_max/u_в S, 

где M_max – максимальный момент сил, действующих на волокнистый элемент ткани и его ориентирующий; u_в – скорость биоиндукции; S - площадь волокнистого элемента ткани; La - модуль вектора биоиндукции.

Данную величину мы предложили именовать – «вектор Ламарка».*

Размерность единицы вектора биоиндукции: 

[La]= Нм/Аrм² = мс

dim La = LT 

Направление вектора биоиндукции параллельно вектору потока внутренних сил, обусловившего появление биоэффективного напряжения. В каждой точке можно выделить нормальное и касательное биоэффективное напряжение. Это значит, каждая точка живой системы может быть охарактеризована несколькими векторами биоиндукции. Кроме того, через одну и ту же область живой системы может проходить несколько потоков внутренних сил, индуцирующих биологические процессы.

Появление в органе или ткани биоэффективных напряжений, а значит и явления биоиндукции, обуславливает наличие в каждой его точке определенных векторов биоиндукции, причем направления их могут отличаться. Учитывая это можно ввести понятие линий биоиндукции, по аналогии с линиями магнитной индукции. Линиями биоиндукции следует называть виртуальные линии, касательные к которым совпадают с направлением вектора биоиндукции в данной точке живой системы. Так как векторов биоиндукции, проходящих через любую точку живой системы может быть несколько, то через нее можно провести несколько линий биоиндукции.

Каждый из векторов биоиндукции влияет на живую систему, ее трансформируя. Яркой, наглядной иллюстрацией может являться архитектоника костной ткани, в частности, проксимального конца бедренной кости. Системы ее трабекул, порой пересекающие друг друга, есть не что иное, как трехмерная материализация множества линий биоиндукции. Линии биоиндукции имеют начало и конец. Начало их в точке приложения силы к живой системе, а конец на ее противоположной границе.

Величина биоиндукции находится в зависимости от биологических свойств ткани. Они определяются генотипом, а точнее перечнем задействованных генов, их содержанием, условиями их реализации. Иными словами, информационным обеспечением конкретной ткани. Каждой ткани, таким образом, соответствует своя величина биоиндукции. Причем однотипная ткань у особей даже одного вида может существенно различаться величиной биоиндукции. Следовательно, ткани в зависимости от величины биоиндукции можно расположить в определенном порядке. По нашему мнению, ткани образующие зародышевые листки обладают максимальной биоиндуктивностью, а наименьшая биоиндуктивность у синовиальной жидкости. Прочие ткани находятся между ними в последовательности, которая может быть уточнена экспериментальным путем.

Величину вектора биоиндукции одной ткани от другой отличает некий коэффициент. Отсюда вектор биоиндукции конкретной ткани равен: 

La = mLa₀, 

где, La₀ – биоиндукция синовиальной жидкости; m – коэффициент биоиндукции.

В синовиальной жидкости, в связи с небольшим числом клеток, проявление биоиндукции минимально. Коэффициент биоиндукции – определяется информационной составляющей живой системы. Значение m максимально у тканей, образующих зародышевые листки, у мезенхимы, он уже меньше. Низкий коэффициент биоиндукции у тканей, практически лишенных способности к перестройке – нервной ткани, эмали зуба. Уточнение коэффициента биоиндукции тканей возможно только экспериментальным путем.

Наличие коэффициента биоиндукции доказывает, что одинаковые величины биоэффективных напряжений вызывают в различных тканях неодинаковые процессы. Головка бедренной кости покрыта гиалиновым хрящом, дополнительная нагрузка на нее приводит, к тому, что в хряще, и в субхондральный кости появляются примерно одинаковые биоэффективные напряжения. Эффект же их появления в костной и хрящевой ткани различен. Гиалиновая оболочка истирается или отслаивается. В субхондральной кости наблюдается образование компактной костной ткани, а в глубжележащих слоях образуются дополнительные трабекулы. Как видно в соответствии с возникшим потоком биоиндукции живая ткань трансформируется по-разному.

В синовиальной жидкости какого-либо четко сформированного потока биоиндукции практически не возникает, так же как и в жидкой крови. Точнее они возникают, но представляются разнонаправленными и не постоянными. Отсюда и отсутствие заметных трансформаций синовии при наличии в ней биоэффективных напряжений. Главный биологический смысл коэффициента биоиндукции в том, что он определяет величину биоиндукции в конкретной ткани. Он показывает, во сколько раз вектор данной ткани – La, отличается от вектора биоиндукции в синовии – La₀, при прочих равных условиях: 

m = La₀/La, 

Метаплазия процесс, качественно меняющий ткань. Соответственно, при образовании новой ткани будет изменяться и ее коэффициент биоиндукции.

---

* Под волокнистым элементом подразумевается коллагеновые волокна, в том числе инкрустированные кристаллами гидросксиапатита, формирующие костные пластинки.

** Ламарк Жан Батист (Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, chevalier de Lamarck; 1744-1829), был одним из первых, кто обратил внимание на механическое влияние внешней среды на живые организмы, и подошел к этому вопросу системно. В знак уважения его заслуг думается справедливо присвоить имя Ламарка единице вектора биоиндукции.

««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