Skrimšļa biomehānika 2020 PDF

Skrimšļa biomehānika RSU Rehabilitācijas katedra Lektore Indra Straumēna  Hialīnais locītavu skrimslis Klāj diartrodiālu jeb sinoviālu locītavu virsmas Ir plāni (1-6 mm biezumā) blīvi, balti saistaudi Ir specializēti audi – piemēroti izturēt skarbo locītavas vidi bez bojājumiem...

Skrimšļa biomehānika RSU Rehabilitācijas katedra Lektore Indra Straumēna  Hialīnais locītavu skrimslis Klāj diartrodiālu jeb sinoviālu locītavu virsmas Ir plāni (1-6 mm biezumā) blīvi, balti saistaudi Ir specializēti audi – piemēroti izturēt skarbo locītavas vidi bez bojājumiem visas cilvēka dzīves laikā Fizioloģiski ir izolēti audi – bez asinsvadiem, limfas vadiem un nerviem Hialīnā locītavu skrimšļa funkcijas: 1. Sadalīt locītavas virsmas noslogojumu uz lielāku laukumu – tādējādi samazināt spiedienu uz 1 laukuma mērvienību. 2. Atļaut locītavas pretējo virsmu kustības attiecībā vienai pret otru ar minimālu berzi un nolietošanos.  Skrimšļa uzbūve un struktūra(I) Šūnas – hondrocīti (mazāk par 10% no skrimšļa apjoma tilpuma) Tie ir sadalīti pa zonām: dziļā – 30%, vidējā – 40- 60% un virspusējā – 10-20% Ražo , izdala un uztur ekstracelulāro daļu – starpšūnu vielu Skrimšļa uzbūve un struktūra(II)  Skrimšļa uzbūve un struktūra(III) Starpšūnu viela ir veidota no blīva tīkla – kolagēna II tipa fibrillām, kas iepītas, iejauktas proteoglikānu koncentrētā šķīdumā Proteoglikāni : 4 - 7 % no mitra svara Kolagēns : 15 - 22 % no mitra svara 60 - 85 % ūdens, neorganiskie sāļi, glikoproteīni, lipīdi Skrimšļa uzbūve un struktūra(IV)  Skrimšļa uzbūve un struktūra(V) Kolagēns – visbagātākais proteīns cilvēka ķermenī sastāv no 3 prokolagēna polipeptīdu ķēdēm tās veido tropokolagēna molekulas 1,4 nm diametrā un 300 nm garumā tās polimerizējas lielākās kolagēna fibrillās Šķērssaites dod fibrillām lielu stiepes izturību Kolagēna uzbūve:  Kolagēna novietojums skrimslī(I): Nav vienmērīgi sadalīts – ir novietots pa kārtām (elektronmikroskopā redzamas 3 kārtas): virspusējā – tangenciālā zona (10-20% no biezuma) šķiedras novietotas paralēli skrimšļa locītavas virsmai vidusdaļa (40-60%) – homogēni dispersi novietotas šķiedras Kolagēna novietojums skrimslī(II): dziļā zona ( 30%) – šķiedras veido radiāli novietotus kūlīšus šie kūlīši šķērso robežlīniju (tidemark) ar kalcificētu skrimsli, kas nostiprina skrimsli pie apakšā esošā kaula Kolagēna novietojums skrimslī(III):  Kolagēna šķiedru mehāniskās īpašības(I): stipras jeb izturīgas trakcijā viegli padodas kompresijai – skrimsli ir viegli deformēt Skrimslis ir anizotropisks: dažādos virzienos noslogojot izturība ir atšķirīga – tas ir atkarīgs no kolagēna šķiedru novietojuma virspusējā slānī Kolagēna šķiedru mehāniskās īpašības(II):  Proteoglikāni (1): Proteoglikāns – lielas proteīna- polisaharīdu molekulas kā monomēri vai kā agregāti 200 nm garumā 150 glikozaminoglikāna ķēdes kopā vidū hialuronskābe keratāna sulfāts un hondroitīna sulfāts – polimēra ķēdes ar specifiskām vienībām atgādina pudeļu mazgājamo birsti Proteoglikāni (2):  Ūdens: Visvairāk tuvumā pie locītavas virsmas – 80% 65% - dziļākajā zonā Svarīga nozīme – nes skrimslī barības vielas , izvada atkritumus, veic gāzu apmaiņu 30% - saistīts ar kolagēna šķiedrām 70% šķidruma var pārvietoties – tas ir svarīgi skrimšļa mehāniskajai uzvedībai un locītavu eļļošanās jeb lubrikācijas procesam Skrimšļa mehāniskās īpašības(VI): Ar šķidrumu pildīta poraina, šķidrumu caurlaidīga vide ( kā porolona sūklis ar šķidrumu) Ir organiskā “cietā” daļa – kolagēna un proteoglikānu tīkls un šķidrā daļa - ūdens Sinoviālajai locītavai funkcionējot spēki uz locītavas virsmas mainās no 0 līdz ķermeņa svars x 2 vai x 3 (Paul 1983)  Skrimšļa mehāniskās īpašības(I):mijiedarbība starp komponentēm jeb Donnan osmotiskais spiediens Kad parādās spiediens uz skrimsli, deformācija rodas primāri no proteoglikāna molekulas samazināšanās Rodas iekšējs spiediens – šķidrums pārvietojas laukā no skrimšļa Proteoglikānu koncentrācija palielinās - notiek osmotiskas tūskas process – rodas repulsīvi spēki, kas līdzsvaro ārējo spēku Skrimšļa mehāniskās īpašības(II):pie kompresijas Repulsīvie spēki izpleš un padara stingrākas proteoglikāna makromolekulas = Donnan osmotiskais spiediens Skrimšļa mehāniskās īpašības(III): mijiedarbība starp komponentēm Skrimšļa mehāniskās īpašības(IV): mijiedarbība starp komponentēm Skrimšļa mehāniskās īpašības(V): mijiedarbība starp komponentēm Ir noskaidrots, ka kolagēns ar proteoglikāniem reaģē arī savstarpēji Koncentrētos šķīdumos proteoglikāni reaģē 1 ar otru un veido tīklus, lai palielinātu izturību Saistās arī ar kolagēna šķiedrām virspusējā zonā  Skrimšļa mehāniskās īpašības(VI): pie kompresijas – 2 fāzu viskoelastiska stresa relaksācija Skrimšļa mehāniskās īpašības(VII): pie trakcijas Skrimšļa mehāniskās īpašības(VIII): pie trakcijas Kolagēna šķiedru mehāniskās īpašības(IX): pie trakcijas – izturīgāks paralēli sprieguma līnijām Skrimšļa mehāniskās īpašības(X): pie trakcijas kolagēna šķiedras novietojas paralēli trakcijas virzienam Skrimšļa mehāniskās īpašības(XI):nobīdes deformācija  Skrimšļa mehāniskās īpašības(XII):pie tikai nobīdes deformācijas neizmainās tilpums un arī spiediens skrimšļa iekšpusē Skrimšļa mehāniskās īpašības(XIII): stresa relaksācija pēc nobīdes deformācijas  Skrimšļa mehāniskās īpašības(XIV): robežlubrikācija (eļļošana) ar glikoproteīna molekulām Skrimšļa mehāniskās īpašības(XV): hidrodinamiskā lubrikācija – šķidruma slānītis parasti plānāks nekā 20 mikrometri – lieli smagumi īsu momentu Skrimšļa mehāniskās īpašības(XVI): elastohidrodinamiskā lubrikācija Skrimšļa virsma : Skrimšļa mehāniskās īpašības(XVII):jaukta lubrikācija Skrimšļa mehāniskās īpašības(XVIII):šķidruma eksudācija – izdalīšanās locītavas spraugā un atpakaļ iesūkšana(,piemēram, staigājot) Skrimšļa mehāniskās īpašības(XIX): sinoviālā šķidruma ultrafiltrācija par viskozu gelu – tajā paliek lielās hialuronskābes makromolekulas, kuras nevar tikt iesūktas skrimslī – tas notiek ilgstoši stāvot Skrimšļa novalkāšanās = materiāla pazušana no virsmas mehāniskas iedarbības rezultātā  Skrimšļa novalkāšanās iemesli: Svaru nesošās virsmas nonāk kontaktā bez lubrikanta – substances, kas veicina slīdamību starp tām Ir izdalīti 2 locītavu virsmu savstarpējās (interfaciālās) novalkāšanās mehānismi: Adhezīvais – kad 1 virsma pielīp otrai slīdēšanas laikā Abrazīvais – kad cietāks materiāls saskrāpē mīkstāko – skrimslis zaudē daļiņas Noguruma novalkāšanās: mikrobojājumi atkārtoti – lieli svari īsāku periodu vai mazi - ilgā laika posmā Tiek pārrauts kolagēna – proteoglikāna (PG) tīkls un PG izskaloti laukā 40 gadus vecs vīrietis – pēc labā ceļa locītavas meniskektomijas pirms 10 gadiem  70 gadus veca sieviete ar lieko svaru, osteoartrīts labajā gūžas locītavā ar sāpēm, kustību ierobežojumu, locītavas deformāciju un izmainītu gaitas stereotipu Osteoartrīta rašanās un progresēšana Paldies par uzmanību!