Людмила Гребенюк

Функциональные и биомеханические свойства тканей при удлинении голени

Людмила Гребенюк








    Функциональные и биомеханические свойства тканей при удлинении голени

       Возрастные аспекты, акустическая анизотропия, структура кожи и мышц
















LAP LAMBERT Academic Publishing

Impressum/lmprint (nur fdr Deutschland/only for Germany)
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uber http://dnb.d-nb.de abrufbar.
Alle in diesem Buch genannten Marken und Produktnamen unterliegen warenzeichen-, marken- oder patentrechtlichem Schutz bzw. sind Warenzeichen oder eingetragene Warenzeichen derjeweiligen Inhaber. Die Wiedergabe von Marken, Produktnamen, Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen u.s.w. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden durften.

Coverbild: www.ingimage.com

Verlag: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG Heinrich-Bocking-Str. 6-8, 66121 Saarbrucken, Deutschland Telefon+49 681 3720-310, Telefax+49 681 3720-3109 Email: info@lap-publishing.com

ДА: Курган, РНЦ ВТО им.акад.Илизарова, 2000

Herstellung in Deutschland:
Schaltungsdienst Lange o.H.G., Berlin
Books on Demand GmbH, Norderstedt
Reha GmbH, Saarbrucken
Amazon Distribution GmbH, Leipzig
ISBN: 978-3-659-12277-4

Только для России и стран СНГ
Библиографическая информация, изданная Немецкой Национальной Библиотекой. Немецкая Национальная Библиотека включает данную публикацию в Немецкий Книжный Каталог; с подробными библиографическими данными можно ознакомиться в Интернете по адресу http://dnb.d-nb.de.
Любые названия марок и брендов, упомянутые в этой книге, принадлежат торговой марке, бренду или запатентованы и являются брендами соответствующих правообладателей. Использование названий брендов, названий товаров, торговых марок, описаний товаров, общих имён, и т.д. даже без точного упоминания в этой работе не является основанием того, что данные названия можно считать незарегистрированными под каким-либо брендом и не защищены законом о брендах и их можно использовать всем без ограничений.

Изображение на обложке предоставлено: www.ingimage.com

Издатель: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG
Heinrich-Bocking-Str. 6-8, 66121 Saarbrucken, Germany
Телефон +49 681 3720-310, Факс +49 681 3720-3109
Email: info@lap-publishing.com

Haпечатано в России
ISBN: 978-3-659-12277-4

АВТОРСКОЕ ПРАВО ©2012 принадлежат автору и LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG и лицензиарам
Все права защищены. Saarbrucken 201 2

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.
1. Введение..............................................7-10
2. Обзор литературы. Анатомо-функциональные особенности тканей конечностей человека как компонентов единой биомеханической системы.......................................................11-42
    2.1. Морфологические и биомеханические особенности кожного покрова конечностей человека в возрастном аспекте............12-19
    2.2. Биомеханические свойства кожного покрова при исследовании in vivo и образцов ткани.....................................19-24
    2.3. Особенности структурно-функциональных свойств мышц нижней конечности человека при воздействии дозированного растяжения и гиподинамии...........................................24-26
    2.4. Особенности функционирования мышц голени.......26-42
3. Объем и методы исследования............................43-54
4. Динамика биомеханических и структурно-функциональных свойств мягких тканей конечности в процессе естественного роста и при удлинении....................................................54-117
    4.1. Исследование сдвиговой жесткости кожного покрова голени у здоровых лкдей в возрастном аспекте.......................54-59
    4.2. Изменение сдвиговой жесткости кожного покрова голени при врожденном ее укорочении.................................59-62
    4.3. Влияние дистракции и процессов релаксаци и на деформационные свойства кожи голени............................62-72
    4.4. Изменение растяжимости кожного покрова голени у обследованных с врожденным укорочением нижней конечности при дозированном удлинении..............................................72-80
    4.5. Биомеханические свойства кожи удлиняемой голени при моно- и би-локальном дистракционном остеосинтезе у больных с врожденным укорочением нижней конечности.......................80-85

4.6. Морфологические и акустические особенности кожного покрова межпальцевых промежутков кисти после дозированного растяжения в поперечном направлении.............................86-93
    4.7. Эхоморфометрические показатели кожи голени у здоровых людей и больных с врожденным укорочением голени.............93-97
    4.8. Изменение эхоморфометрических показателей кожи голени под воздействием дозированного растяжения..................98-107
    4.9. Акустические и эхоморфометрические особенности передней группы мышц и собственной фасции голени у здоровых людей................................................108-115
    4.10. Динамика структурно-функциональных свойств мышц голени у здоровых людей и при нарушении продольного роста конечностей...............................................115-117
5. Обсуждение.........................................117-129
6. Заключение.........................................129-130
Список литературы.....................................131-144

1. ВВЕДЕНИЕ


     Важнейшей задачей при реабилитации больных с укорочениями и деформациями конечности после компенсации укорочения и коррекции правильной оси сегментов является восстановление биомеханических и функциональных свойств мягких тканей конечности. Результаты! исследований в эксперименте на животных и in vitro не позволяют выявить ряд закономерностей структурнофункциональных перестроек в тканях удлиняемой конечности человека, так как имеется целый ряд видовых особенностей физиологических процессов, происходящих в организме человека. Одними из главных являются анатомофункциональное отличия опорно-двигательного аппарата человека, обусловленный его прямохождением и локомоторной активностью, что в целом связано с уровнем филогенетического развития.
     Необходимость изучения биомеханических параметров опорнодвигательного аппарата человека связана также с выявлением его предельных возможностей, механической и функциональной устойчивостыю (прочностью) структур и органов при воздействии различных экстремальных факторов, например при травмах, достижении высоких спортивных результатов; функциональных нагрузках, граничащих с предельными или в условиях длительной гиподинамии.
     Дцнамика различных параметров напряженно-деформированного состояния биологических тканей - кожи, мышц и фасций конечности человека на протяжении периода удлинения и после завершения лечения остается также мало изученной. Одной из причин этого является возрастание методических ограничений при исследовании такой сложной живой системы:, какой является конеч-носты человека. Живые биологические ткани обладают анизотропией, нелинейностью механических свойств и большой способностью к деформациям. Так, степень деформирования мягких тканей человека может изменяться до 200% и более. Это ведет к трудностям при исследовании функциональной устойчиво

сти биомеханической системы конечности при воздействии фактора растяжения, создаваемым в условиях дистракционного остеосинтеза. Дополнительный элемент сложности привносится иерархической многоуровневой организацией ее компонентов. Этим объясняется возможность развития не только локальных эффектов, но и удаленных от места воздействия и пролонгированных во времени.
     Процесс удлинения конечности во время лечения пациентов с ортопедическими заболеваниями представляет собой уникальную возможность изучения биомехническое поведение мягких тканей в условиях экстремальной ситуации - дозированного растяжения и удлинения сегмента на величины до 100% и более.
     Актуальной остается также проблема контроля за реабилитационным процессом после воссоздания длины конечности. Сроки лечения пациентов зависят от темпов их восстановления и для разных мягких тканей голени скорость протекания восстановительных процессов может быть неодинаковой.
     В процессе удлинения конечности аппаратом Илизарова преодолевается сопротивление со стороны мягких тканей удлиняемого сегмента. Суммарное измерение силовых параметров в системе «аппарат-конечность» у больных с ортопедической патологией не позволяет оценить вклад каждого из компонентов удлиняемого сегмента в формирование дистракционных усилий [Попков А.В., 1992, 1998]. В экспериментальных условиях было обнаружено, что различные мягкотканные образования оказывают неодинаковое сопротивление растяжению [Утенькин А.А., ДьячковаГ.В., 1979; Дьячкова Г.В., 1982]. Биомеханическое поведение мягких тканей голени при ее удлинении с целью уравнивания ее продольных размеров или увеличения роста тела человека остается мало изученным. Восстановительное лечение пациентов с целью увеличения анатомической длины конечности, как правило, длится несколько месяцев. Контроль функционального состояния конечности в процессе чрескостного дистракционного остесинтеза имеет ряд ограничений, связанных с технологией лечебного процесса. И в этих условиях на передний план выдвигается количе

ственное изучение биомеханических свойств различных тканей удлиняемого сегмента. Знание их динамики позволяет объективно оценивать характер протекания адаптационно-приспособительных процессов в кожном покрове и мышцах конечности и на их основе прогнозировать функциональные исходы! и сроки восстановительного лечения.
     На биомеханические свойства тканей конечности влияет ряд факторов: возраст, продольные размеры, уровень тренированности [Виноградова Е.В., 1975; Виноградова Е.В., Михайлов И.Н., 1979; Голийски 11 и соавт., 1988].В условиях дистракционного чрескостного остеосинтеза механические свойства кожного покрова и мышечно-фасциального апппарата связаны! с процессами регенерации тканей [Илизаров ГА, Щуров ВА, 1988; Калякина В.И и соавт., 1988]. Обнаруживаемые у больных в процессе дистракции рост и падение дистракционных усилий находится в прямой корреляционой связи с активностью регенерации кости Однако роль мягкотканных образований удлиняемого сегмента в создании оптимальных условий для нормального протекания регенерации остается недостаточно изученной.
     Настоящая монография посвящена изучению закономерностей динамики биомеханических и анатомо-функциональных свойств мягких тканей голени человека в условиях естественного роста и пролонгированного удлинения.
  В представленной книге рассматриваются следующие вопросы:
  1. Изучение возрастной динамики деформационных свойств кожного покрова нижней конечности у здоровых людей и её особенности у больных с укорочениями нижней конечности.
  2. Анализируются акустические свойства кожного покрова и структурнофункциональные свойства мышц у здоровых людей и в условиях пролонгированного удлинения голени
  3. Прослежены! изменения биомеханических и акустических свойств кожи в условиях дозированного растяжения у экспериментальных животных и обследуемых с синдактилией при экстремальном растяжении с помощью аппарата Илизарова.

4. Оценивается сократительная способность мышц голени у обследуемых с диспропорционально низким ростом (ахондроплазией) до и после оперативного увеличения продольных размеров конечностей.
     Итогом проведенного исследования явилось выявление возрастной зависимости деформационных свойств кожи в условиях дозированного растяжения, а также отслеживание закономерностей их восстановления в новых биомеханических условиях функционирования конечности.
     Предложены новые методики: определения сдвиговой жесткости и величины относительного удлинения кожи в условиях приложения постоянной нагрузки (рационализаторское предложение № 25 от 15.08.89г,- в соавт. с ААУтенькиным); изучения акустической анизотропии кожного покрова конечностей in vivo (рационализаторское предложение № 43 от 15.12.89г,- в соавт. с АВ. Попковым).
     Используя неинвазивное тестирование, изучены особенности акустической анизотропии кожного покрова конечности в возрастном аспекте при уравнивании длины голени у больных с односторонним укорочением нижней конечности, а также у пациентов с синдактилией пальцев кисти. Морфологические исследования показали, что кожа межпальцевых промежутков пальцев кисти после дозированного растяжения имеет типичное для кожи здоровых лиц строение. Обнаружено разрастание эпидермиса и интенсивный рост дермы, о чем свидетельствовала значительная активность клеток мезенхимного ряда, а также интенсивное развитие придатков кожи и нервных окончаний.
     Используя ультразвукую визуализацию прослежена динамика эхоморфометрических показателей мягких тканей голени в процессе удлинения и в различные сроки после завершения лечения.
     Результатом проведенного исследования явилось получение новых знаний о межтканевых взаимодействиях удлиняемой голени в единой биомеханической системе конечности. Были изучены особенности их восстановления в зависимости от методики удлинения и возраста пациентов, а также с учетом структурной анизотропии.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТКАНЕЙ КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА
КАК КОМПОНЕНТОВ ЕДИНОЙ БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
    Несмотря на обилие имеющихся работ, до сих остается малоизученным вопрос о взаимоотношениях кожного покрова, мышц и костной ткани как компонентов единой биомеханичской системы у больных с различной ортопеличе-ской патологией, их взаимовлияние на процессы костеобразования и реабилитации. В немногих исследованиях уделяется внимание изучению кожного покрова, играющего важную защитную роль в жизнедеятельности животных и человека. Помимо общеизвестной роли в процессах метаболизма, она - обширное рецепторное поле, что находит свое применение в акупунктуре, благодаря чему осуществляется воздействие на внутренние органы. Опорная функция кожи осуществляется благодаря особому строению подкожных соединительнотканных образований. Тяжи подкожной клетчатки, растянутые жировой клетчаткой, создают упругую систему “кожа - подкожная клетчатка - поверхностная фасция”, обладающую достаточной прочностью и высокой эластичностью. Вся эта система функционирует как единый комплекс и выполняет роль амортизатора во взаимоотношениях организма с внешней средой. Именно подкожная клетчатка “распределяет” давление на кожу во всех направлениях. По сути кожа “работает”’ на растяжение, и каждый соединительнотканный тяж “работает”’ на растяжение, а как единое целое они сопротивляются силе давления. Таким образом, кожа образует плотный и прочный покров, являющийся защитой подлежащих частей от механических повреждений.
    Покрывая почти всю поверхность тела, он механически защищает подлежащие ткани от повреждений, ударов и толчков. Его общая поверхность у взрослого 1,5 - 2,0 м², объем кожи достигает 1/6 -1/7 части всего тела. Вес кожи без гиподермы равен 4-6% общего веса тела, а вместе с гиподермой - 16-18%

Такие структурные элементы кожи как плотный роговой слой эпидермиса, прочные соединительно-тканные компоненты сосочкового слоя, структуры сетчатого слоя вместе с подкожной жировой клетчаткой при давлении и различных механических воздействиях оказывают значительное сопротивление. Особенно велика роль коллагеновых волокон кожного покрова, сопротивление которых на разрыв в 43 раза больше, чем эластических. Роговой слой эпидермиса при многократных механических раздражениях утолщается, он ослабляет давление, трение и удары.
     Кожа является защитным барьером для различных физических, химических воздействий и от проникновения микроорганизмов. В поддержании относительного постоянства температуры тела она играет исключительно важную роль. Кожа является также источником кожной чувствительности: тактильной, температурной, болевой и др.
     В соединительно-тканном слое содержатся многочисленные капилляры, в них находится большое количество крови, резко увеличивающееся при расширении капилляров и составляющее около 1дм³.


            2.1. Морфологические и биомеханические особенности кожного покрова человека в возрастном аспекте


     Структура кожи человека и животных имеет некоторые отличия, что связано с филогенетически обусловленным прямохождением человека, отсутствием волосяного покрова и социальными условиями существования (Виноградова Е.В., 1975). Для человеческой кожи характерна более низкая подвижность относительно подлежащих тканей и больший диаметр поперечного сечения коллагеновых пучков (100-200 мкм у человека и 30-40 мкм у свиньи).
     Наружный слой кожи - эпидермис - является многослойным плоским эпителием, толщина которого колеблется от 0,035 до 0,12 мм. На ладонях и подушечках пальцев и подошвах она достигает 0,22 - 1,4 мм Наиболее толстый слой эпидермиса - роговой слой, состоящий из кератоцитов, представляющих собой полости, содержащих воздух и липиды. При изучении ультраструктуры