Законы для костной ткани

С IXX века ученые делали первые попытки объединить наблюдения за изменениями, происходящими в органах и тканях живых организмов под воздействием внешних сил, которые наиболее наглядно отражались на элементах опорно-двигательной системы. Юлиус Вольф стал одним из первых ученых, сформулировавших и описавших закономерности, существующие между механикой и морфологией костной ткани, законы ее моделирования и ремоделирования.

Юлиус Вольф (Julius Wolff) родился 21 марта 1836 г. в восточной Пруссии. В 1860 году окончил Университет Фредерика-Вильгельма (Берлин,Германия) по специальности общая медицина и в тот же год получил докторскую степень по специализации хирургия. С 1861 г. работал врачом общей практики в Берлине.В 1868 году стал профессором и выступал с лекциями, которые пользовались большой популярностью среди хирургов и ортопедов в Университете Чарите (Charité University) в Берлине.

Десятилетиями Вольф продолжал исследования, связанные с изучением особенностей роста и изменения внутренней структуры костной ткани и в 1892 году опубликовал монографию «Законы трансформации кости» (Daz Gesetz der Transformation der Knochen). В ней и был сформулирован тезис, известный сегодня как Закон Вольфа: «Вследствие изменения первоначальной формы и под действием продолжительных нагрузок, либо только под действием продолжительных нагрузок, согласно математическим законам изменяется внутренняя архитектура кости что, как вторичный эффект, приводит и к изменению внешней формы».

Иными словами, Закон Вольфа гласит, что структура и форма костной ткани постоянно подстраивается под существующие функциональные нагрузки. По сути, Вольф первым сформулировал положение о связи внешней воздействующей на кость силы с ее внутренней архитектурой, задумался о закономерности между нагрузкой и строением костной ткани, чем оказал определенное влияние на дальнейшее учение о строении кости.

В марте 2010 года в Вашингтоне (США) на AADR (American Association for Dental Research) 2010 Meeting были представлены результаты исследования, проведенного на базе кафедры Технического Конструирования Северо-Восточного Университета, г. Бостон, США (Northern University, Department of Mechanical Engineering, Bocton, MA). Целями исследовательской работы «Влияние дентальных имплантатов на ремоделирование кортикальной кости, исследование методом конечных элементов (ИМКЭ)» (Cortical Bone Remodeling Due to Dental Implants by Finite Element Analysis, prof. Sinan Muftu, Ph.D. and Hsuan-Yu Chou, Ph.D.) стали:

1.Создание вычислительного инструмента, прогнозирующего перестройку костной ткани вокруг дентальных имплантатов под действием прямых окклюзионных нагрузок.
2. Моделирование оптимального по форме, размеру и типу покрытия имплантата.

Исследование проводилось на основе клинических, гистологических и гистоморфологических данных, полученных in vivo. ИМКЭ использовалось при изучении качества костной ткани вокруг имплантантов, установленных по разным протоколам. Для потенциального уменьшения экспериментов in vivo, использовались математические модели расчета алгоритмов ремоделировки костной ткани вокруг имплантата.

На основе исследования сделаны следующие выводы:
1. Установка дентальных имплантатов приводит к значительному ремоделированию костной ткани.
2. Степень влияния имплантата на окружающую кости снижается пропорционально удаленности кости от поверхности имплантата.

У имплантатов с «плато» максимальная нагрузка приходится на апикальную часть

3. Размер имплантата влияет на процессы ремоделирования:
Длинные имплантаты:
• значительно изменяют распределение плотности костной ткани по сравнению с естественным зубом, особенно в зоне апекса;
• потеря кортикальной кости с вестибулярной стороны предсказуема.
Короткие и широкие имплантаты:
• плотность костной ткани вокруг имплантата аналогична плотности вокруг естественного зуба;
• потеря кости между резьбой предсказуема.
• предсказуемая потеря кости зависима от контакта имплантат-кость (зафиксировано гистологическими исследованиями)

Читайте также: Стиральный порошок для хлопчатобумажных тканей

4. Степень межповерхностной потери костной ткани зависит от:

• размера и формы имплантата: межповерхностная потеря кости у коротких имплантатов чувствительнее к окклюзионным нагрузкам, чем у длинных имплантатов;
• внешней нагрузки: потеря костной ткани снижается при возрастании функциональной нагрузки.

5. Неотъемлемое распределение плотности кости, когда внутренняя губчатая структура костной ткани окружена кортикальным слоем, поддерживается независимо от эффекта общей нагрузки на челюсть.

6. О тсутствие общей нагрузки на челюсть ведет к меньшей стимуляции костной ткани. Что, в свою очередь, может спровоцировать дополнительную ошибку ремоделирования и привести к значительному уплотнению костной ткани вокруг апикальной части длинных имплантатов.

Таким образом, дизайн имплантата напрямую влияет на распределение функциональных нагрузок с имплантата на окружающую его кость и имеет определяющее влияние на процессы ремоделирования (рост или убыль) костной ткани.

Физическая нагрузка и остеопороз

В последнее время всё чаще врачами, учеными на страницах популярных и медицинских изданий повторяется мысль о важности движения. Движение необходимо людям, чтобы поддерживать себя в здоровом состоянии и рекомендуется даже человеку, находящемуся на постельном режиме. Это действительно так, но при этом порой забывается самое главное -для самих костей важно не столько движение, сколько нагрузка на них. Движение направлено на поддержание жизнеспособности мышц, нагрузка − это сила, которая воздействует на кости. Кости необходимо подвергать нагрузке. Если кости не подвергаются нагрузке, то костная архитектоника в рамках процесса преобразования разрушается. И это преобразование значительное. Та часть, которая не используется, отмирает.

Закон Вольфа — нагрузка укрепляет кости

Закон Вольфа лежит в основе понимания строения костей — «форма зависит от функции». Это высказывание можно упрощенно объяснить так:

если кость испытывает нагрузку, то она восстанавливается – а если кость не получает нагрузку, она отмирает;
форма кости соответствует ее функции, то есть кость приспосабливается к возникающим условиям.

Закон Вольфа обосновывает значение физической активности, движения и нагрузки во время остеопороза (или для его профилактики). Это правило не зависит от возраста или заболевания.

Этот закон очень легко можно объяснить, если посмотреть на продольном разрезе кости на линии приложения силы. Трабекулы располагаются по направлению траекторий. Траектория (понятие из физики, которое применяется и в медицине) описывает линии приложения силы и напряжений в кости, в соответствии с которыми располагаются костные балки. Такое направление придает кости максимальную стабильность против сил давления, растяжения и вращения. Благодаря ориентированию и трансформации костей костных балок в направлении наибольшего давления, растяжения и экономии материалов в местах пониженной нагрузки возникает оптимальная стабильность при минимальных затратах материалов.

Вывод: если кость повторно испытывает нагрузку в определенном направлении, она формируется в этом направлении, то есть расположение костных балок может меняться, а, значит меняться и вся архитектоника костной ткани. Если нагрузка уменьшается, то костная масса в этом месте перестает поддерживаться.

Механостатика — сила и кости

В 60-х годах была создана модель механостата как дополнение или развитие закона Вольфа. Модель описывает изменение костей (ремоделирование костей) в зависимости от сил, которые воздействуют на них. Здесь определяющим моментом является эластичное преобразование формы кости. Кость приспосабливается, как Юлиус Вольф и описал, к своей механической функции. Модель Гарольда Фроста уточняет определение силы, которая воздействует на кости.

Читайте также: Сухожилия мышц какая ткань

На этом основании можно определить четыре вида нагрузки на кость, влияющие на прочность костей:

отмирание — стабильность уменьшается (нагрузка около 800 микрострейнов);
сохранение — стабильность остаётся неизменной (нагрузка около 800-1500 микростейнов);
импульсная нагрузка- стабильность увеличивается (нагрузка около 1500 микрострейнов);
перелом — граница перелома, кость ломается (нагрузка около и выше 15000 микрострейнов).

Нагрузка и движение

Многие люди приравнивают такие понятия, как нагрузка и движение. Но это неправильно или, по крайней мере, нецелесообразно, если речь идёт о лечении костей. Решающим является то, сколько сил Вы будете применять для того, чтобы двигаться, то есть главным фактором является сила, которая воздействует на кость. Только в этом случае можно говорить о правильном и здоровом движении, особенно если речь идет о терапии остеопороза. То есть надо помнить, что с движением всегда связан вопрос нагрузки.

Например, космонавт в космосе находится в состоянии невесомости и может двигаться там, не прилагая сил. Невесомость — это состояние, когда можно передвигаться без воздействия силы притяжения. То есть космонавтам (почти) не нужна нагрузка и сила. Последствием является, как уже известно, атрофия костей и мышц, около 10% в месяц. В месяц!

Поэтому нельзя приравнивать нагрузку и движение. Этот факт имеет значение и для терапии остеопороза, и для специальных тренировок, которые создают силу, необходимую для роста костей, что помогает противостать остеопорозу.

Динамические импульсы силы

Для построения костей требуются динамические упражнения с применением силы. «Тренировки, направленные на выносливость (например, бег, езда на велосипеде, плавание), не оказывают или почти не оказывают влияния на формирование костей, так как возникающие силовые пики слишком малы», утверждает профессор доктор Дитер Фельзенберг (клиника Шарите, Берлин). Речь идет о динамических импульсах силы, которые поддерживают рост костей: то есть повторяющаяся нагрузка и расслабление.

Большая нагрузка − большая польза? При остеопорозе не всегда…

Решающее значение динамических силовых импульсов подтверждается результатами исследований за последние два десятилетия. Но это не значит, что большие усилия приносят и больше пользы. Даже наоборот, по крайней мере, при остеопорозе. Риск возникновения перелома во время тренировки вследствие перенапряжения согласно модели механостатики не велик или не предусматривается. Но это относится только к молодым тренированным спортсменам! Пациентам старшего возраста с остеопорозом к серьезной нагрузке надо отнестись с большой осторожностью и только после консультации с врачом!

Сейчас в последние два десятилетия (например, Стоун Брук университет Нью-Йорк), медики работают с пациентами, предлагая им большое количество повторений, но с маленькими усилиями. При этом получены хорошие результаты. Их можно применять и для лечения костей с остеопорозом

Тот, кто нагружает кости, тот строит их – тот, кто не нагружает кости, разрушает их. Физическая нагрузка (минимум 3 раза в неделю по 30-60 минут) необходима человеку. Благодаря достаточному количеству движения и при нормальном весе тела Вы чувствуете себя хорошо и заботитесь о своём здоровье. Главное, подобрать правильный комплекс упражнений силового тренинга, который будет давать адекватную нагрузку костям. Идеально, если силовая тренировка будет сочетаться с упражнениями по укреплению мышечного каркаса, с растяжкой (пилатес, йога) и общеукрепляющими занятиями (например, плавание или аквааэробика).

Читайте также: Кусок ткани для медицинских или гигиенических целей 8 букв

Какие виды спорта под запретом при остеопорозе?

Как правило, это те виды спорта, для которых характерны резкие движения, сильные скручивания, высокая интенсивность, большая нагрузка, высокая вероятность получения травмы. Перечислим некоторые из них:

теннис;
горные лыжи;
роликовые коньки;
спортивные игры (футбол, баскетбол и т.д.);
метание.

Выбирая вид физической деятельности, в любом случае надо посоветоваться с лечащим врачом, а если суставы больные, то не стоит забывать о специальных упражнениях для них.

Силовая тренировка для людей, страдающих остеопорозом

Это только пример тренировки! Индивидуальную тренировку с определенными упражнениями может посоветовать только специалист!

Для упражнений с отягощением надо взять гантели (от 500 г до 2 кг в зависимости от пола, возраста, стадии процесса). Одежда должна быть удобной, желательно пользоваться специальным ковриком.

Возьмите в руки гантели. Встаньте в исходное положение «смирно». Сделайте небольшой выпад одной ногой вперед, вторую ногу распрямите. Повторите движение второй ногой.
Встаньте ровно, гантели в руках, вытянутых вдоль туловища. Приподнимайте и опускайте плечи.
Встаньте перед столом. Упритесь в него ладонью. Ноги слегка согните в коленях. Во ворую руку возьмите гантель и плавно отведите ее широко в сторону. Повторите с другой рукой.
Исходное положение – сидя на стуле. Руки с гантелями согните в локтях под углом в 90 градусов. Подтяните руки к плечам, а затем поднимите их вверх.
Лягте на живот. Гантели вытянуть вперед, поднять их над полом. По возможности поднять и ноги. Задержаться на несколько секунд.
Исходное положение – лежа на животе. Поднять руку с отягощением и противоположную ногу. Повторить с противоположными конечностями.
Встаньте ровно. Перекатывайтесь с носков на пятки.

Количество повторов зависит от возраста, самочувствия и степени остеопороза. Помните, что увеличивать время и интенсивность занятий следует с осторожностью и постепенно.

Правильное питание, адекватная физическая нагрузка, знание факторов риска помогут избежать опасного заболевания и сохранить кости и суставы здоровыми на многие годы.

ДЛЯ СВЯЗИ С НАМИ

Чтобы получить полную информацию о видах лечения и профилактике заболеваний ортопедии, ревматологии или неврологии, пожалуйста, обратитесь к нам:

телефон +7(495)120-46-92
эл.почта info@euromed.academy
Форма обратной связи
Telegram
Мы в WhatsApp

Наш адрес — г. Москва, ул. Трифоновская 11

Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом