В результате усилий сжатия, в хряще возникают и напряжения растяжения, так называемые «напряжения типа обруча». Хотя поведение хряща при растяжении аналогично поведению связок и сухожилий в том, что все эти ткани показывают нелинейные реакции на растяжение, причина такого поведения в хряще несколько иная. Нелинейная деформация в подошвенном регионе кривой вызвана силой тяги, которая требуется для того, чтобы решетка коллагена проскользнула через ПГ. Нелинейное поведение в связках и сухожилиях связано с выпрямлением коллагеновых волокон. В хряще, как и в связках и сухожилиях, волокна коллагена натягиваются в линейной области кривой и демонстрируют линейный характер поведения. Однако образцы, взятые из различных зон хряща (I, II, и III) показывают различия реакций растяжения. Эти различия связывают с разной ориентацией волокон коллагена в этих зонах и считают, что именно они и представляют собой анизотропный эффект. Сопротивление хряща сдвигу зависит от количества имеющегося коллагена, поскольку ПГ оказывают сдвигу незначительное сопротивление. Напряжения сдвига развиваются в зоне перехода между отвердевшим слоем хряща и субхондральной костью.
Свойства соединительной ткани, описанные в главе 15, служат для читателя введением в природу компонентов сустава и должны помочь читателю понять основы структуры и функции сустава. Следующие главы 16 и 17 включают в себя традиционную систему классификации суставов человека и подробное описание структуры и функции синовиального сустава.
Глава 16
АРХИТЕКТУРА СУСТАВА ЧЕЛОВЕКА
Понимание того, насколько сложно устроен сустав человека, приходит, когда рассматриваешь структуру его костных компонентов и функции, которые этот сустав должен выполнять. В скелете человека насчитывается около 200 костей, которые должны соединяться суставами. Размер этих костей различен: дистальная фаланга мизинца ноги — размером с горошину, а бедренная кость — свыше 40 см длиной. Форма костей может быть круглой, а может быть плоской, контуры концов костей могут быть как выпуклыми, так и вогнутыми. Задача создания набора суставов для соединения всех этих разнообразных компонентов и создания из них устойчивой структуры может оказаться очень трудной. Задача по проектированию таких суставов, которые могли бы работать вместе, одновременно обеспечивая как устойчивость, так и подвижность всей структуры, представляет собой сложнейшую инженерную проблему.
Строение суставов в человеческом организме весьма разнообразно: от простых до сложных. Хотя в целом архитектура суставов достаточно сложна, в них используются те же принципы, что и в шарнирах ножки стола. Более простые по строению суставы обычно предназначены для обеспечения устойчивости, основной функцией более сложных суставов, как правило, является подвижность. Однако большинство суставов человека вынуждено выполнять двойную функцию: обеспечивать как подвижность, так и устойчивость, а также гарантировать еще и динамическую устойчивость. Суставы, предназначенные для обеспечения устойчивости, по строению аналогичны шарнирам ножки стола в том плане, что концы костей в этих суставах имеют такие поверхности, которые либо хорошо «подогнаны» друг к другу по форме, либо являются плоскими, что обеспечивает постоянный хороший контакт. Роль креплений в человеческих суставах выполняют суставные капсулы, связки и сухожилия.