Weichgewebe - Soft tissue

Mikroskopische Aufnahme einer Sehne . H & E-Fleck .

Weichgewebe ist das gesamte Gewebe im Körper, das nicht durch Ossifikations- oder Verkalkungsprozesse wie Knochen und Zähne verhärtet wird . Weichgewebe verbindet , umgibt oder unterstützt innere Organe und Knochen und umfasst Muskeln , Sehnen , Bänder , Fett , faseriges Gewebe , Haut , Lymphe und Blutgefäße , Faszien und Synovialmembranen .

Es wird manchmal durch das definiert, was es nicht ist - wie "nichtepitheliales, extraskelettales Mesenchym ohne das retikuloendotheliale System und die Glia ".

Komposition

Die charakteristischen Substanzen in der extrazellulären Matrix des Weichgewebes sind Kollagen , Elastin und Grundsubstanz . Normalerweise ist das Weichgewebe aufgrund der Grundsubstanz sehr hydratisiert. Die Fibroblasten sind die häufigste Zelle, die für die Produktion der Fasern und der Grundsubstanz des Weichgewebes verantwortlich ist. Variationen von Fibroblasten wie Chondroblasten können diese Substanzen ebenfalls produzieren.

Mechanische Eigenschaften

Bei kleinen Belastungen verleiht Elastin dem Gewebe Steifheit und speichert den größten Teil der Belastungsenergie . Die Kollagenfasern sind vergleichsweise nicht dehnbar und meist locker (wellig, gekräuselt). Mit zunehmender Gewebeverformung wird das Kollagen allmählich in Verformungsrichtung gedehnt. Im straffen Zustand erzeugen diese Fasern ein starkes Wachstum der Gewebesteifheit. Das zusammengesetzte Verhalten ist analog zu einem Nylonstrumpf , dessen Gummiband die Rolle von Elastin spielt, während das Nylon die Rolle von Kollagen spielt. In Weichteilen begrenzt das Kollagen die Verformung und schützt das Gewebe vor Verletzungen.

Menschliches Weichgewebe ist stark verformbar und seine mechanischen Eigenschaften variieren erheblich von Person zu Person. Die Ergebnisse der Schlagprüfungen zeigten, dass die Steifheit und der Dämpfungswiderstand des Gewebes einer Testperson mit der Masse, Geschwindigkeit und Größe des auftreffenden Objekts korrelieren. Solche Eigenschaften können für forensische Untersuchungen nützlich sein, wenn Prellungen induziert wurden. Wenn ein fester Gegenstand auf ein menschliches Weichgewebe auftrifft, wird die Energie des Aufpralls vom Gewebe absorbiert, um die Auswirkung des Aufpralls oder das Schmerzniveau zu verringern. Personen mit einer größeren Weichgewebedicke neigten dazu, die Stöße mit weniger Abneigung zu absorbieren.

Diagramm der Lagrange-Spannung (T) gegenüber dem Dehnungsverhältnis (λ) eines vorkonditionierten Weichgewebes.

Weichteile können große Verformungen erfahren und im unbelasteten Zustand immer noch zur ursprünglichen Konfiguration zurückkehren, dh sie sind hyperelastische Materialien und ihre Spannungs-Dehnungs-Kurve ist nichtlinear . Die Weichteile sind auch viskoelastisch , inkompressibel und normalerweise anisotrop . Einige viskoelastische Eigenschaften, die in Weichteilen beobachtet werden können, sind: Entspannung , Kriechen und Hysterese . Um die mechanische Reaktion von Weichgeweben zu beschreiben, wurden verschiedene Methoden verwendet. Diese Methoden umfassen: hyperelastische makroskopische Modelle basierend auf Dehnungsenergie, mathematische Anpassungen, bei denen nichtlineare konstitutive Gleichungen verwendet werden, und strukturbasierte Modelle, bei denen die Reaktion eines linearen elastischen Materials durch seine geometrischen Eigenschaften modifiziert wird.

Pseudoelastizität

Obwohl Weichgewebe viskoelastische Eigenschaften haben, dh Stress als Funktion der Dehnungsrate, kann er durch ein hyperelastisches Modell nach Vorbedingung an ein Belastungsmuster angenähert werden . Nach einigen Zyklen des Ladens und Entladens des Materials wird die mechanische Reaktion unabhängig von der Dehnungsrate.

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

Trotz der Unabhängigkeit von der Dehnungsrate weisen vorkonditionierte Weichgewebe immer noch eine Hysterese auf, sodass die mechanische Reaktion beim Laden und Entladen als hyperelastisch mit unterschiedlichen Materialkonstanten modelliert werden kann. Mit dieser Methode wird die Elastizitätstheorie verwendet, um ein unelastisches Material zu modellieren. Fung hat dieses Modell als pseudoelastisch bezeichnet , um darauf hinzuweisen, dass das Material nicht wirklich elastisch ist.

Verbleibender Stress

Im physiologischen Zustand weisen Weichteile normalerweise Restspannungen auf , die beim Herausschneiden des Gewebes freigesetzt werden können . Physiologen und Histologen müssen sich dieser Tatsache bewusst sein, um Fehler bei der Analyse ausgeschnittener Gewebe zu vermeiden. Dieses Zurückziehen verursacht normalerweise ein visuelles Artefakt .

Pilzelastisches Material

Fung entwickelte eine konstitutive Gleichung für vorkonditionierte Weichteile

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

mit

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

quadratische Formen von Grün-Lagrange - Stämmen und , und Materialkonstanten. ist die Dehnungsenergiefunktion pro Volumeneinheit, die die mechanische Dehnungsenergie für eine gegebene Temperatur ist. ${\ displaystyle E_ {ij}}$ ${\ displaystyle a_ {ijkl}}$ ${\ displaystyle b_ {ijkl}}$ ${\ displaystyle c}$ ${\ displaystyle W}$

Isotrope Vereinfachung

Das Fung-Modell, vereinfacht mit isotroper Hypothese (gleiche mechanische Eigenschaften in alle Richtungen). Dies geschrieben in Bezug auf die Hauptstrecken ( ): ${\ displaystyle \ lambda _ {i}}$

{\ displaystyle 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]}

,

wobei a, b und c Konstanten sind.

Vereinfachung für kleine und große Strecken

Für kleine Dehnungen ist der Exponentialterm sehr klein und daher vernachlässigbar.

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

Andererseits ist der lineare Term vernachlässigbar, wenn die Analyse nur auf großen Dehnungen beruht.

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

Gentelastisches Material

{\ displaystyle 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)}

wo ist der Schermodul für infinitesimale Dehnungen und ist ein Versteifungsparameter, der mit der Begrenzung der Kettendehnbarkeit verbunden ist. Dieses konstitutive Modell kann nicht in einachsiger Spannung über eine maximale Dehnung hinaus gedehnt werden , die die positive Wurzel von ist ${\ displaystyle \ mu> 0}$ ${\ displaystyle J_ {m}> 0}$ ${\ displaystyle J_ {m}}$

{\ displaystyle \ lambda _ {m} ^ {2} +2 \ lambda _ {m} -J_ {m} -3 = 0}

Umbau und Wachstum

Weichteile können wachsen und sich umbauen, indem sie auf chemische und mechanische Langzeitveränderungen reagieren. Die Rate, mit der die Fibroblasten Tropokollagen produzieren, ist proportional zu diesen Stimuli. Krankheiten, Verletzungen und Änderungen der mechanischen Belastung können zu Umbauten führen. Ein Beispiel für dieses Phänomen ist die Verdickung der Hände der Landwirte. Der Umbau von Bindegewebe ist in Knochen nach dem Wolffschen Gesetz ( Knochenumbau ) bekannt. Die Mechanobiologie ist die Wissenschaft, die die Beziehung zwischen Stress und Wachstum auf zellulärer Ebene untersucht.

Wachstum und Umbau hat eine wichtige Rolle bei der Ursache für einige gemeinsamen Weichteilerkrankungen, wie arterielle Stenose und Aneurysmen und jede Weichgewebefibrose . Ein anderes Beispiel für eine Umgestaltung des Gewebes ist die Verdickung des Herzmuskels als Reaktion auf das durch die Arterienwand festgestellte Blutdruckwachstum .

Bildgebende Verfahren

Bei der Auswahl einer Bildgebungstechnik zur Visualisierung von Komponenten der extrazellulären Weichteilmatrix (ECM) müssen bestimmte Aspekte berücksichtigt werden. Die Genauigkeit der Bildanalyse hängt von den Eigenschaften und der Qualität der Rohdaten ab. Daher muss die Wahl der Bildgebungstechnik auf folgenden Themen beruhen:

Eine optimale Auflösung für die interessierenden Komponenten haben;
Erreichen eines hohen Kontrasts dieser Komponenten;
Halten Sie die Anzahl der Artefakte niedrig.
Möglichkeit zur Erfassung von Volumendaten;
Das Datenvolumen niedrig halten;
Aufbau eines einfachen und reproduzierbaren Aufbaus für die Gewebeanalyse.

Die Kollagenfasern sind ca. 1-2 µm dick. Daher muss die Auflösung der Bildgebungstechnik ungefähr 0,5 & mgr; m betragen. Einige Techniken ermöglichen die direkte Erfassung von Volumendaten, während andere das Schneiden der Probe erfordern. In beiden Fällen muss das extrahierte Volumen den Faserbündeln über das Volumen folgen können. Hoher Kontrast erleichtert die Segmentierung , insbesondere wenn Farbinformationen verfügbar sind. Darüber hinaus muss auch die Notwendigkeit einer Fixierung berücksichtigt werden. Es wurde gezeigt, dass die Fixierung von Weichgewebe in Formalin eine Schrumpfung verursacht und die Struktur des ursprünglichen Gewebes verändert. Einige typische Kontraktionswerte für unterschiedliche Fixierungen sind: Formalin (5% - 10%), Alkohol (10%), Bouin (<5%).

Bildgebungsmethoden für die ECM- Visualisierung und ihre Eigenschaften.

	Übertragungslicht	Konfokal	Multi-Photonen-Anregungsfluoreszenz	Zweite harmonische Generation	Optische Kohärenztomographie
Auflösung	0,25 μm	Axial: 0,25-0,5 μm Seitlich: 1 μm	Axial: 0,5 μm Seitlich: 1 μm	Axial: 0,5 μm Seitlich: 1 μm	Axial: 3-15 μm Seitlich: 1-15 μm
Kontrast	Sehr hoch	Niedrig	Hoch	Hoch	Mäßig
Penetration	N / A	10 & mgr; m bis 300 & mgr; m	100-1000 μm	100-1000 μm	Bis zu 2–3 mm
Bildstapelkosten	Hoch	Niedrig	Niedrig	Niedrig	Niedrig
Fixierung	Erforderlich	Erforderlich	Nicht benötigt	Nicht benötigt	Nicht benötigt
Einbetten	Erforderlich	Erforderlich	Nicht benötigt	Nicht benötigt	Nicht benötigt
Färbung	Erforderlich	Nicht benötigt	Nicht benötigt	Nicht benötigt	Nicht benötigt
Kosten	Niedrig	Mäßig bis hoch	Hoch	Hoch	Mäßig

Störungen

Weichteilstörungen sind Erkrankungen , die das Weichgewebe betreffen .

Oft gehören Weichteilverletzungen zu den chronisch schmerzhaftesten und am schwierigsten zu behandelnden, da es sehr schwierig ist zu erkennen, was mit den weichen Bindegeweben, Faszien, Gelenken, Muskeln und Sehnen unter der Haut vor sich geht.

Muskel-Skelett-Spezialisten, manuelle Therapeuten sowie neuromuskuläre Physiologen und Neurologen sind auf die Behandlung von Verletzungen und Beschwerden in den Weichteilbereichen des Körpers spezialisiert. Diese spezialisierten Kliniker entwickeln häufig innovative Methoden zur Manipulation des Weichgewebes, um die natürliche Heilung zu beschleunigen und die mysteriösen Schmerzen zu lindern, die häufig mit Weichteilverletzungen einhergehen. Dieses Fachgebiet ist als Weichteiltherapie bekannt geworden und wächst rasant, da die Technologie die Fähigkeit dieser Spezialisten, Problembereiche schneller zu identifizieren, weiter verbessert.

Eine vielversprechende neue Methode zur Behandlung von Wunden und Weichteilverletzungen ist der Thrombozytenwachstumsfaktor (PGF).

Es gibt eine enge Überschneidung zwischen dem Begriff "Weichteilstörung" und Rheuma . Manchmal wird der Begriff "rheumatische Weichteilerkrankungen" verwendet, um diese Zustände zu beschreiben.

Siehe auch

Verweise

Externe Links

Medien zu Weichteilen bei Wikimedia Commons

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