Мягких тканей

Ткань тела, не затвердевшая в результате оссификации.

Микрофотография сухожилия . _ Окраска гематоксилином и эозином .

Мягкие ткани – это все ткани в организме, которые не затвердевают в результате процессов окостенения или кальцификации, например, кости и зубы . ^[1] Мягкие ткани соединяют , окружают или поддерживают внутренние органы и кости и включают мышцы , сухожилия , связки , жир , фиброзную ткань , лимфатические и кровеносные сосуды , фасции и синовиальные оболочки . ^{[1] [2]} 

Иногда его определяют по тому, чем он не является, например, как «неэпителиальная, внескелетная мезенхима , исключающая ретикулоэндотелиальную систему и глию ». ^[3]

Состав

Характерными веществами внутри внеклеточного матрикса мягких тканей являются коллаген , эластин и основное вещество . Обычно мягкие ткани очень гидратированы из-за основного вещества. Фибробласты являются наиболее распространенной клеткой , ответственной за производство волокон мягких тканей и основного вещества. Разновидности фибробластов, например хондробласты , также могут производить эти вещества. ^[4]

Механические характеристики

При небольших нагрузках эластин придает тканям жесткость и сохраняет большую часть энергии напряжения . Коллагеновые волокна сравнительно нерастяжимы и обычно рыхлые (волнистые, извитые). По мере увеличения деформации тканей коллаген постепенно растягивается в направлении деформации. Когда эти волокна натянуты, они вызывают сильный рост жесткости тканей. Поведение композита аналогично нейлоновому чулку , резинка которого выполняет роль эластина, тогда как нейлон выполняет роль коллагена. В мягких тканях коллаген ограничивает деформацию и защищает ткани от травм.

Мягкие ткани человека сильно деформируются, и их механические свойства значительно различаются у разных людей. Результаты испытаний на удар показали, что жесткость и демпфирующее сопротивление тканей испытуемого коррелируют с массой, скоростью и размером ударяющего объекта. Такие свойства могут быть полезны для судебно-медицинских расследований при ушибах. ^[5] Когда твердый предмет ударяется о мягкие ткани человека, энергия удара поглощается тканями, чтобы уменьшить эффект удара или уровень боли; субъекты с большей толщиной мягких тканей имели тенденцию поглощать удары с меньшим отвращением. ^[6]

График зависимости лагранжевого напряжения (T) от коэффициента растяжения (λ) предварительно кондиционированных мягких тканей.

Мягкие ткани могут подвергаться большим деформациям и при этом возвращаться к исходной конфигурации при разгрузке, т. е. они являются гиперэластичными материалами , и их кривая напряжения-деформации нелинейна . Мягкие ткани также вязкоупругие , несжимаемые и обычно анизотропные . Некоторые вязкоупругие свойства, наблюдаемые в мягких тканях: релаксация , ползучесть и гистерезис . ^{[7] [8]} Для описания механической реакции мягких тканей использовалось несколько методов. Эти методы включают в себя: гиперупругие макроскопические модели, основанные на энергии деформации, математические аппроксимации, в которых используются нелинейные материальные уравнения, и модели, основанные на структуре, в которых реакция линейного упругого материала изменяется в зависимости от его геометрических характеристик. ^[9]

Псевдоэластичность

Несмотря на то, что мягкие ткани обладают вязкоупругими свойствами, т.е. напряжение как функция скорости деформации, оно может быть аппроксимировано гиперэластичной моделью после предварительной обработки схемы нагрузки. После нескольких циклов загрузки и разгрузки материала механическая реакция становится независимой от скорости деформации.

${\displaystyle \mathbf {S} =\mathbf {S} (\mathbf {E} ,{\dot {\mathbf {E} }})\quad \rightarrow \quad \mathbf {S} =\mathbf {S} (\mathbf {E} )}$

Несмотря на независимость скорости деформации, в предварительно подготовленных мягких тканях все еще присутствует гистерезис, поэтому механическую реакцию можно смоделировать как гиперэластичную с различными константами материала при нагрузке и разгрузке. В этом методе теория упругости используется для моделирования неупругого материала. Фунг назвал эту модель псевдоэластичной , чтобы указать на то, что материал не является по-настоящему эластичным. ^[8]

Остаточный стресс

В физиологическом состоянии мягкие ткани обычно испытывают остаточное напряжение , которое может сняться при иссечении ткани . Об этом факте должны знать физиологи и гистологи , чтобы избежать ошибок при анализе иссеченных тканей. Это втягивание обычно вызывает визуальный артефакт . ^[8]

Фунг-эластичный материал

Фунг разработал материальное уравнение для предварительно кондиционированных мягких тканей:

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}\left[q+c\left(e^{Q}-1\right)\right]}$

с

${\displaystyle q=a_{ijkl}E_{ij}E_{kl}\qquad Q=b_{ijkl}E_{ij}E_{kl}}$

квадратичные формы деформаций Грина-Лагранжа и , и материальные константы. ^[8] — функция энергии деформации на единицу объема, которая представляет собой механическую энергию деформации для данной температуры. ${\displaystyle E_{ij}}$ ${\displaystyle a_{ijkl}}$ ${\displaystyle b_{ijkl}}$ ${\displaystyle c}$ ${\displaystyle W}$

Изотропное упрощение

Модель Фунга, упрощенная с помощью изотропной гипотезы (одинаковые механические свойства во всех направлениях). Это записано в отношении главных участков ( ): ${\displaystyle \lambda _{i}}$

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}\left[a(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3)+b\left(e^{c(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3)}-1\right)\right]}$,

где a, b и c — константы.

Упрощение для малых и больших участков

Для небольших деформаций экспоненциальный член очень мал и поэтому пренебрежимо мал.

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}a_{ijkl}E_{ij}E_{kl}}$

С другой стороны, линейный член незначителен, когда анализ опирается только на большие деформации.

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}c\left(e^{b_{ijkl}E_{ij}E_{kl}}-1\right)}$

Эластичный материал

${\displaystyle W=-{\frac {\mu J_{m}}{2}}\ln \left(1-\left({\frac {\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3}{J_{m}}}\right)\right)}$

где – модуль сдвига при бесконечно малых деформациях, – параметр жесткости, связанный с пределом растяжимости цепи. ^[10] Эта конститутивная модель не может быть растянута при одноосном растяжении за пределами максимального растяжения , которое является положительным корнем ${\displaystyle \mu >0}$ ${\displaystyle J_{m}>0}$ ${\displaystyle J_{m}}$

${\displaystyle \lambda _{m}^{2}+2\lambda _{m}-J_{m}-3=1}$

Ремоделирование и рост

Мягкие ткани обладают потенциалом роста и ремоделирования, реагируя на химические и механические долгосрочные изменения. Скорость выработки фибробластами тропоколлагена пропорциональна этим стимулам. Заболевания, травмы и изменения уровня механической нагрузки могут спровоцировать ремоделирование. ^{[11] [12]} Примером этого явления является утолщение рук фермера. Ремоделирование соединительной ткани в костях хорошо известно по закону Вольфа ( ремоделирование кости ). Механобиология – это наука, изучающая связь между стрессом и ростом на клеточном уровне. ^[7]

Рост и ремоделирование играют важную роль в возникновении некоторых распространенных заболеваний мягких тканей, таких как артериальный стеноз и аневризмы ^{[13] [14] и любой} фиброз мягких тканей . Другим примером ремоделирования тканей является утолщение сердечной мышцы в ответ на рост артериального давления , обнаруживаемый артериальной стенкой.

Методы визуализации

Существуют определенные проблемы, которые следует учитывать при выборе метода визуализации для визуализации компонентов внеклеточного матрикса мягких тканей (ECM). Точность анализа изображений зависит от свойств и качества необработанных данных, поэтому выбор метода визуализации должен основываться на таких вопросах, как:

1. Наличие оптимального разрешения для интересующих компонентов;
2. Достижение высокой контрастности этих компонентов;
3. Сохранение низкого количества артефактов;
4. Наличие возможности сбора объемных данных;
5. Сохранение объема данных на низком уровне;
6. Создание простой и воспроизводимой установки для анализа тканей.

Коллагеновые волокна имеют толщину примерно 1-2 мкм. Таким образом, разрешение метода визуализации должно составлять примерно 0,5 мкм. Некоторые методы позволяют напрямую получать данные об объеме, в то время как другие требуют нарезки образца. В обоих случаях извлекаемый том должен иметь возможность следовать за пучками волокон по всему объему. Высокий контраст облегчает сегментацию , особенно когда доступна информация о цвете. Кроме того, необходимо учитывать необходимость фиксации . Показано, что фиксация мягких тканей в формалине вызывает их усадку, изменяя структуру исходной ткани. Некоторые типичные значения сокращения для различных фиксаций: формалин (5–10%), спирт (10%), буэн (<5%). ^[15]

Методы визуализации, используемые при визуализации ЭЦМ , и их свойства. ^{[15] [16]}

Клиническое значение

Заболевания мягких тканей — это заболевания, поражающие мягкие ткани. Травмы мягких тканей являются одними из наиболее хронически болезненных и трудных для лечения состояний, поскольку очень трудно увидеть, что происходит под кожей с мягкими соединительными тканями, фасциями, суставами, мышцами и сухожилиями.

Специалисты опорно-двигательного аппарата, мануальные терапевты, нервно-мышечные физиологи и неврологи специализируются на лечении травм и заболеваний мягких тканей тела. Эти специализированные врачи часто разрабатывают инновационные способы манипулирования мягкими тканями, чтобы ускорить естественное заживление и облегчить загадочную боль, которая часто сопровождает травмы мягких тканей. Эта область знаний стала известна как терапия мягких тканей и быстро расширяется, поскольку технологии продолжают улучшать способность этих специалистов выявлять проблемные области.

Новый многообещающий метод лечения ран и повреждений мягких тканей заключается в использовании тромбоцитарного фактора роста . ^[17]

Термин «заболевание мягких тканей» и ревматизм во многом совпадают . Иногда для описания этих состояний используют термин «ревматические заболевания мягких тканей». ^[18]

Саркомы мягких тканей — это многие виды рака , которые могут развиваться в мягких тканях.

Смотрите также

• Биоматериал
• Биомеханика
• закон Дэвиса
• Реология

Рекомендации

1. «Мягкие ткани» . Проверено 13 июля 2020 г.
2. «Мягкие ткани». Словари НЦИ . в Национальном институте рака .
3. Скиннер HB (2006). Современная диагностика и лечение в ортопедии . Стэмфорд, Коннектикут: Медицинские книги Ланге / МакГроу Хилл. п. 346. ИСБН 0-07-143833-5.
4. Жункейра LC, Карнейро Дж, Грацл М (2005). Гистология . Гейдельберг: Springer Medizin Verlag. п. 479. ИСБН 3-540-21965-Х.
5. Амар М., Алхаледи К., Кокран Д. (2014). «Оценка механических свойств мягких тканей, подвергнутых динамическому воздействию». Журнал инженерных исследований . 2 (4): 87–101. дои : 10.7603/s40632-014-0026-8 .
6. Алхаледи К., Кокран Д., Райли М., Стенц Т., Башфорд Г., Мейер Г. (август 2011 г.). «Псикофизические эффекты физического воздействия на мягкие ткани человека». Материалы 29-й ежегодной европейской конференции по когнитивной эргономике . стр. 269–270. дои : 10.1145/2074712.2074774. ISBN 9781450310291. S2CID  34428866.
7. Хамфри JD (2003). «Континуальная биомеханика мягких биологических тканей». Труды Лондонского королевского общества А. 459 (2029): 3–46. Бибкод : 2003RSPSA.459....3H. дои : 10.1098/rspa.2002.1060. S2CID  108637580.
8. Fung YC (1993). Биомеханика: механические свойства живых тканей . Нью-Йорк: Springer-Verlag. п. 568. ИСБН 0-387-97947-6.
9. Шерман В.Р., Ян В., Мейерс М.А. (декабрь 2015 г.). «Материаловедение коллагена». Журнал механического поведения биомедицинских материалов . 52 : 22–50. дои : 10.1016/j.jmbbm.2015.05.023 . ПМИД  26144973.
10. Гент АН (1996). «Новое определяющее соотношение для каучука». Резиновая химия. Технол . 69 : 59–61. дои : 10.5254/1.3538357.
11. Сайни К., Чо С., Дулинг Л.Дж., Дишер Д.Э. (январь 2020 г.). «Натяжение фибрилл подавляет их ферментативную деградацию. Молекулярный механизм «используй или потеряй»». Матричная биология . Матричная биомеханика. 85–86: 34–46. doi :10.1016/j.matbio.2019.06.001. ПМК 6906264 . ПМИД  31201857. 
12. Тополь Х., Демиркопаран Х., Пенс Т.Дж. (01.09.2021). «Фибриллярный коллаген: обзор механического моделирования штамм-опосредованного ферментативного оборота». Обзоры прикладной механики . 73 (5): 050802. Бибкод : 2021ApMRv..73e0802T. дои : 10.1115/1.4052752. ISSN  0003-6900. S2CID  244582251.
13. Хамфри Дж.Д. (2008). «Сосудистая адаптация и механический гомеостаз на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях». Клеточная биохимия и биофизика . Спрингер-Верлаг. 50 (2): 53–78. дои : 10.1007/s12013-007-9002-3. PMID  18209957. S2CID  25942366.
14. Хользапфель Г.А., Огден Р.В. (2010). «Конститутивное моделирование артерий». Труды Лондонского королевского общества А. Королевское общество. 466 (2118): 1551–1597. Бибкод : 2010RSPSA.466.1551H. дои : 10.1098/rspa.2010.0058 .
15. Эльбишгер П.Дж., Бишоф Х., Хользапфель Г.А., Регитниг П. (2005). «Компьютерный визуальный анализ пучков коллагеновых волокон в адвентиции кровеносных сосудов человека». Исследования в области медицинских технологий и информатики . 113 : 97–129. ПМИД  15923739.
16. Георгакуди I, Райс В.Л., Хроник-Тупай М., Каплан Д.Л. (декабрь 2008 г.). «Оптическая спектроскопия и визуализация для неинвазивной оценки инженерных тканей». Тканевая инженерия. Часть Б, Обзоры . 14 (4): 321–340. дои : 10.1089/ten.teb.2008.0248. ПМК 2817652 . ПМИД  18844604. 
17. Розман П., Болта З. (декабрь 2007 г.). «Использование факторов роста тромбоцитов при лечении ран и повреждений мягких тканей». Acta Dermatovenerologica Alpina, Pannonica, et Adriatica . 16 (4): 156–165. ПМИД  18204746.
18. Мелегер А.Л. (июнь 2022 г.). Исаак З., Кейс С.М. (ред.). «Обзор ревматических заболеваний мягких тканей». До настоящего времени .

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с мягкими тканями, на Викискладе?