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[病例讨论] 软组织

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发表于 2019-8-3 00:00:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
在解剖学中,软组织包括连接、支撑或围绕身体的其他结构和器官的组织,而不是诸如骨的硬组织。 软组织包括肌腱,韧带,筋膜,皮肤,纤维组织,脂肪和滑膜(结缔组织),肌肉,神经和血管(不是结缔组织)。[1]

它有时由它不是什么来定义。 软组织被定义为“非上皮,骨外间质,不包括网状内皮系统和神经胶质”。[2]


一张软组织(肌腱)的显微照片。 H&E染色。

目录
1 组成
2 机械特性
2.1 伪弹性
2.2 残余压力
2.3 弹性材料
2.3.1 各向同性简化
2.3.2 简化小型和大型伸展
2.4 弹性材料
3 重塑和成长
4 成像技术
5 参考

组成
这种组织细胞外基质内的特征物质是胶原蛋白,弹性蛋白和基质。通常,由于基质,软组织非常水合。成纤维细胞是最常见的细胞,负责产生软组织纤维和基质。成纤维细胞的变异,如成软骨细胞,也可能产生这些物质。[3]

机械特性
在较小的应变下,弹性蛋白赋予组织刚度并储存大部分应变能量。胶原纤维相对不可伸展,通常是松散的(波状的,卷曲的)。随着组织变形的增加,胶原蛋白在变形方向上逐渐拉伸。拉紧时,这些纤维会使组织硬度增强。复合行为类似于尼龙长袜,其橡皮筋起弹性蛋白的作用,因为尼龙起到胶原蛋白的作用。在软组织中,胶原蛋白限制了变形并保护组织免受伤害。

人体软组织是高度可变形的,并且其机械性能因人而异。 冲击试验结果表明,受试者组织的刚度和阻尼性能与撞击物体的质量,速度和大小相关。 当诱导挫伤时,这些特性可用于法医学研究。[4] 当固体物体撞击人体软组织时,撞击的能量将被组织吸收,以减少撞击或疼痛程度的影响; 具有更软组织厚度的受试者倾向于以较少的厌恶吸收冲击。[5]


拉格朗日应力(T)与预处理软组织的拉伸比(λ)的关系图。
软组织有可能经历大的变形并且在卸载时仍然恢复到初始构型,即它们是超弹性材料,并且它们的应力 - 应变曲线是非线性的。软组织也是粘弹性的,不可压缩的并且通常是各向异性的。在软组织中可观察到的一些粘弹性特性是:松弛,蠕变和滞后。[6] [7]为了描述软组织的机械响应,已经使用了几种方法。这些方法包括:基于应变能的超弹性宏观模型,使用非线性本构方程的数学拟合,以及基于结构的模型,其中线性弹性材料的响应由其几何特征修改。[8]

伪弹性
尽管软组织具有粘弹性,即应力作为应变率的函数,但在加载模式的前提条件之后,它可以通过超弹性模型来近似。在装载和卸载材料的一些循环之后,机械响应变得与应变速率无关。

尽管应变率独立,但预处理的软组织仍然存在滞后现象,因此机械响应可以建模为在装载和卸载时具有不同材料常数的超弹性。通过这种方法,弹性理论用于模拟非弹性材料。 Fung称这种模型为伪弹性,指出材料不是真正的弹性。[7]

残余压力
在生理状态下,软组织通常存在残余应力,其可在切除组织时释放。生理学家和组织学家必须意识到这一事实,以避免在分析切除的组织时出错。这种收缩通常会导致视觉伪影。[7]

简化小型和大型拉伸
对于小应变,指数项非常小,因此可忽略不计。

重塑和成长
软组织具有生长和重塑对化学和机械长期变化的反应的潜力。成纤维细胞产生原胶原的速率与这些刺激成正比。疾病,损伤和机械负荷水平的变化可能引起重塑。这种现象的一个例子是农民手的增厚。根据Wolff定律(骨重建),结缔组织的重塑在骨骼中是众所周知的。机械生物学是研究细胞水平的压力和生长之间关系的科学。[6]

生长和重塑在一些常见软组织疾病的原因中起主要作用,如动脉狭窄和动脉瘤[10] [11]和任何软组织纤维化。组织重塑的其他实例是响应于动脉壁检测到的血压增长的心肌增厚。

成像技术
在选择用于可视化软组织ECM组件的成像技术时,必须牢记某些问题。图像分析的准确性取决于原始数据的属性和质量,因此,成像技术的选择必须基于以下问题:

为感兴趣的组件提供最佳分辨率;
实现这些组件的高对比度;
保持神器数量低;
可以选择体数据采集;
保持数据量低;
为组织分析建立简单且可重复的设置。
胶原纤维约1-2μm厚。 因此,成像技术的分辨率需要约为0.5μm。 一些技术允许直接采集体积数据,而其他技术需要切片。 在这两种情况下,提取的卷必须能够跟踪卷上的光纤束。 高对比度使分割更容易,尤其是在有颜色信息时。 此外,还必须解决固定的需要。 已经表明,福尔马林中的软组织固定导致收缩,改变原始组织的结构。 不同固定方式的一些典型收缩值是:福尔马林(5%-10%),酒精(10%),布林(<5%)。[12]

另见:
Biomaterial
Biomechanics
Rheology
Soft tissue disorder
Soft tissue sarcoma

参考:
Definition at National Cancer Institute
Skinner, Harry B. (2006). Current diagnosis & treatment in orthopedics. Stamford, Conn: Lange Medical Books/McGraw Hill. p. 346. ISBN 0-07-143833-5.
Junqueira, L.C.U.; Carneiro, J.; Gratzl, M. (2005). Histologie. Heidelberg: Springer Medizin Verlag. p. 479. ISBN 3-540-21965-X.
Amar, M., Alkhaledi, K., and Cochran, D., (2014). Estimation of mechanical properties of soft tissue subjected to dynamic impact. Journal of Eng. Research Vol. 2 (4), pp. 87-101
Alkhaledi, K., Cochran, D., Riley, M., Bashford, G., and Meyer, G. (2011). The psychophysical effects of physical impact to human soft tissue. ECCE '11 Proceedings of the 29th Annual European Conference on Cognitive Ergonomics Pages 269-270
Humphrey, Jay D. (2003). The Royal Society (ed.). "Continuum biomechanics of soft biological tissues" (PDF). Proceedings of the Royal Society of London A. 459 (2029): 3–46. Bibcode:2003RSPSA.459....3H. doi:10.1098/rspa.2002.1060.
Fung, Y.-C. (1993). Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues. New York: Springer-Verlag. p. 568. ISBN 0-387-97947-6.
Sherman, Vincent R. (2015). "The materials science of collagen". Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 52: 22–50. doi:10.1016/j.jmbbm.2015.05.023. PMID 26144973.
Gent, A. N. (1996). "A new constitutive relation for rubber". Rub. Chem. Tech. 69: 59–61. doi:10.5254/1.3538357.
Humphrey, Jay D. (2008). Springer-Verlag (ed.). "Vascular adaptation and mechanical homeostasis at tissue, cellular, and sub-cellular levels". Cell Biochemistry and Biophysics. 50 (2): 53–78. doi:10.1007/s12013-007-9002-3. PMID 18209957.
Holzapfel, G.A.; Ogden, R.W. (2010). The Royal Society (ed.). "Constitutive modelling of arteries". Proceedings of the Royal Society of London A. 466 (2118): 1551–1597. Bibcode:2010RSPSA.466.1551H. doi:10.1098/rspa.2010.0058.
Elbischger, P. J; Bischof, H; Holzapfel, G. A; Regitnig, P (2005). "Computer vision analysis of collagen fiber bundles in the adventitia of human blood vessels". Studies in Health Technology and Informatics. 113: 97–129. PMID 15923739.
Georgakoudi, I; Rice, W. L; Hronik-Tupaj, M; Kaplan, D. L (2008). "Optical Spectroscopy and Imaging for the Noninvasive Evaluation of Engineered Tissues". Tissue Engineering Part B: Reviews. 14 (4): 321–340. doi:10.1089/ten.teb.2008.0248. PMC 2817652. PMID 18844604.

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