Мягкие ткани

Микрофотография сухожилия ​ . Окраска гематоксилином и эозином .

Мягкие ткани соединяют , окружают или поддерживают внутренние органы и кости и включают мышцы , сухожилия , связки , жир , фиброзную ткань , лимфу и кровеносные сосуды , фасции и синовиальные оболочки . Мягкие ткани – это ткани в организме, которые не затвердевают в результате процессов окостенения или кальцификации, например, кости и зубы .

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

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.

Механические характеристики

При небольших нагрузках эластин придает жесткость тканям 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. Когда твердый предмет воздействует на 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.

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 материалами , и их кривая напряжения-деформации нелинейна гиперэластичными . Мягкие ткани также вязкоупругие , несжимаемые и обычно анизотропные . Некоторые вязкоупругие свойства, наблюдаемые в мягких тканях: релаксация , ползучесть и гистерезис . Для описания механической реакции мягких тканей использовали 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.

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.

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

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.

Остаточное напряжение

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

Грибоэластичный материал

Фунг разработал материальное уравнение для предварительно кондиционированных мягких тканей:

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

с

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

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

Изотропное упрощение

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

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

где a, b и c — константы.

Упрощение для маленьких и больших отрезков

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

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

С другой стороны, линейный член незначителен, когда анализ основан только на больших деформациях.

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

Эластичный материал

Дополнительная информация: Гент (гиперэластичная модель).

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

где $\mu >0$ - модуль сдвига для бесконечно малых деформаций и $J_{m}>0$ — параметр жесткости, связанный с ограничением растяжимости цепи. Эта конститутивная модель не может быть растянута при одноосном растяжении за пределы максимального растяжения. $J_{m}$, что является положительным корнем

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

и

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. 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.

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

Техники 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. необходимость фиксации Кроме того, необходимо учитывать . 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%).

Методы визуализации, используемые при визуализации ЭЦМ , и их свойства.

	Передача света	конфокальный	Флуоресценция с многофотонным возбуждением	Генерация второй гармоники	Оптическая когерентная томография
Разрешение	0,25 мкм	Осевой: 0,25-0,5 мкм Латеральный: 1 мкм	Осевой: 0,5 мкм Латеральный: 1 мкм	Осевой: 0,5 мкм Латеральный: 1 мкм	Осевой: 3–15 мкм Латеральный: 1–15 мкм
Контраст	Очень высокий	Низкий	Высокий	Высокий	Умеренный
Проникновение	Н/Д	10 мкм-300 мкм	100-1000 мкм	100-1000 мкм	До 2–3 мм
Стоимость стека изображений	Высокий	Низкий	Низкий	Низкий	Низкий
Фиксация	Необходимый	Необходимый	Не требуется	Не требуется	Не требуется
Встраивание	Необходимый	Необходимый	Не требуется	Не требуется	Не требуется
Окрашивание	Необходимый	Не требуется	Не требуется	Не требуется	Не требуется
Расходы	Низкий	От умеренного до высокого	Высокий	Высокий	Умеренный

Клиническое

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 .

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

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

См. также

• Биоматериал
• Биомеханика
• закон Дэвиса
• Реология

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с мягкими тканями, на Викискладе?