Сухожилие и связка и нагрузка

 

Являясь соединительными элементами, сухожилия соединяют мышцы и кости, а связки обеспечивают соединения между костями. Главное различие между ними состоит в организации коллагеновых фибрилл, которая обусловлена их функциями. Поскольку функция сухожилия заключается в сообщении мышечной силы кости или хрящу, структура сухожилия обеспечивает его наименьшую подверженность деформации вследствие растягивающих усилий, производимых мышцей. Наоборот, очень незначительное продольносжимающее и смещающее усилие может деформировать сухожилие. Хотя на связки действуют главным образом растягивающие силы, их главная функция — стабилизация сустава, поэтому они устроены так, чтобы обеспечивать многонаправленную стабильность сустава, и приспособлены к действию растягивающих, сжимающих и смещающих усилий (Fu, Harner, Johnson et al., 1993).

Сухожилия и связки представляют собой плотную соединительную ткань, содержащую коллаген, эластин, протеогликаны, воду и клетки (фибробласты). Протеиновые коллаген и эластин синтезируются и выделяются фибробластами. Приблизительно 70—80% сырой массы сухожилия и связки составляет коллаген типа 1 — волокнистый белок, характеризующийся значительной механической устойчивостью (Burgeson, Nimni, 1992).

 Коллагеновая фибрилла (рис. 4.3) — основная несущая нагрузку единица как сухожилия, так и связки. Структура фибриллы от альфа-цепочек тройной спирали до скопления молекул коллагена в микрофибрилле одинаковая у сухожилия и связки. Главное различие между этими двумя соединительными элементами состоит в расположении фибрилл. В сухожилии они расположены продольно и параллельно друг другу, что обеспечивает максимальное сопротивление растягивающим усилиям. В связке фибриллы, как правило, располагаются параллельно, а также косо и спиралевилно, что обеспечивает сопротивление силам, действующим в различных направлениях.

Каждая молекула коллагена состоит из трех взаимопереплетенных полипептидных цепочек. Каждая цепочка включает последовательность из около 1000 аминокислот (главным образом пролин, гидроксипролин и глицин) и называется альфа-цепочкой. Молекулы коллагена располагаются конец к концу (рядами) и пять таких рядов, расположенных параллельно (бок о бок), образуют микрофибриллу. Коллагеновая фибрилла, являющаяся основной несушей нагрузку единицей сухожилия и связки, состоит из пучков микрофибрилл соединенных биохимическими связями (поперечными сцеплениями) между молекулами коллагена; эти поперечные сцепления находятся как в пределах, так и между рядами молекул коллагена в микрофибрилле (рис. 4.3).

Поскольку поперечные сцепления удерживют микрофибриллы вместе, существует мнение, что их количество и состояние значительно влияют на силу соединительной ткани (Bailey, Robins, Balian, 1974). Таким образом, функциональной основой сухожилия и связки является фибрилла — ряд единиц (микрофибрилл), соединенных друг с другом благодаря поперечным сцеплениям. От последних зависит сила фибриллы. Считают, что количество и состояние поперечных сцеплений оределяются такими факторами, как возраст, пол и уровень физической активности.

Кроме коллагена и эластина, внеклеточный матрикс сухожилия и связки включает протеогликаны и воду. Вода соединяется с протеогликанами, образуя гель, вязкость которого понижается с повышением уровня физической активности. Это свойство называется тиксотропией. Сопротивление ткани удлинению при данной скорости зависит от ее вязкости: чем выше вязкость, тем больше сопротивление растяжению. При снижении вязкости ткань приспосабливается к растяжению с более высокой скоростью. Вязкость тиксотропической ткани изменяется в результате предшествующей деятельности, например, разминки или продолжительного периода бездеятельности.

Биомеханические свойства сухожилия и связки часто характеризуют взаимосвязью нагрузка—деформация в ответ на растягивающую нагрузку (рис. 4.4). Как показывают клинические наблюдения, соединительная ткань чаще разрывается, чем отрывается от кости.

На основании взаимосвязи стресса—растяжения можно определить предельный стресс (  пр), критическое растяжение ( кр), модуль упругости и абсорбируемую энергию ткани (площадь под кривой стресса—растяжения). Эти свойства снижаются вследствие уменьшенного использования (например, иммобилизации), свозрастом, а также при употреблении стероидов и повышаются при постоянных физических нагрузках (Butter, Grood, Noyes, Zernicke, 1978; Noyes, 1977). Кроме того, свойства cyxoжилия изменяются в зависимости от функции мышцы (Shadwick, 1990).