Mehko tkivo

Mehko tkivo – u anatomiji – uključuje tkiva koja povezuju, podržavaju ili okružuju druge tjelesne strukture i organe, osimm tvrdog tkiva, kao što su kosti. Mehka tkiva uključuju tetive, ligamente, fascije, kožu, vlaknasta tkiva, masti i sinovijalne membrana (koji su vezivno tkivo), te mišiće, živce i krvne sudove (koji nisu vezivno tkivo)^[1][2][3][4]

Mikrografija parčeta mehkog tkiva tetive.

Ponekad se definira i kao ono što nije. Mehka tkiva su ponegdje definirana kao "neepitelni, vanskeletni mezenhim isključujući retikuloendotelni sistem i gliju".^[5]

Sastav

Karakteristične supstance unutar vanćelijskog matriksa ove vrste tkiva su kolagen, elastina i temeljna supstanca. Normalno mehko tkivo je vrlo hidrirano zbog osnovne supstance. Fibroblasti su najčešće ćelije koje su odgovorne za proizvodnju vlakana mehkih tkiva i temeljne supstance. Varijacije fibroblasta, kao što su hondroblasti, mogu također proizvesti ove supstance.^[6]

Mehaničke karakteristike

Pri malim istezanjima , elastina izaziva krutost tkiva i pohranjuje većinau energije istezanja. Kolagena vlakna su relativno nerastegljiva i obično su labava (talasasta, uvijena). Sa povećanjem istezanja tkiva kolagena se postepeno rasteže u smjeru deformacije. Kada je zategnut, ta vlakna proizvode snažan rast u krutost tkiva. Ponašanje kompozitnih materijala analogno je najlon čarapi, čije gumice imaju radi ulogu elastina, a ulogu najlona ima kolagen. U mehkim tkivima kolagena ograničava istezanje i štiti tkiva od povrede. Ljudska meka tkiva su visoko fleksibilna, a njegova mehanička svojstva znatno se razlikuju od jedne osobe do druge. Testiranje uticaja rezultiralo je nalazom da su krutost i prigušena otpornost tkiva ispitivanog subjekta u korelaciji sa masom, brzinom i veličinom objekta. Takva svojstva mogu biti korisnia za forenzična istraživanja izazvanih kontuzija.^[7] Kada tvrdi predmet djeluje na ljudska mehka tkiva, energiju udara se apsorbira tkivo za smanjenje efekta uticaja ili nivoa bola, odnosno osoba s debljim mekim tkivom apsorbira takve uticaje sa manje odbojnosti.^[8]

Stres (meganika)lLagranovski stres (T) protiv omjera istezanja (λ) prekondicioniranog mehkog tkiva

Mehka tkiva imaju potencijal da se podvrgnu velikim istezanjima da se zatim vrate na početnu konfiguraciju kada se razterete, tj. njihova kriva stresnog istezanja je nelinearna. Mehka tkiva su viskoelastična, nestiskljiva i obično anizotropna. Neka svojstva viske elastičnosti vidljivih i mehkih tkiva su: opuštanje, puzanje i histereza.^[9][10] Za opisivanje mehaničkih odgovora mekih tkiva, koristi se nekoliko metoda. Ovi metodi uključuju: hiperelastične makroskopske modele bazirane na energiji istezanja, matematička podešavanja u kojima se koriste nelinearne konstitutivne jednadžbe i strukturno zasnovani modeli gdje se odgovor linearnog elastičnog materijala modificira njegovim geometrijskim karakteristikama.^[11]

Pseudoelastičnost

Iako mehka tkiva imaju viskoelastična svojstva, tj. stres kao funkciju brzine istezanja može se aproksimirati na hiperelastičnom modelu poslije preduvjeta za obrazac opterećenja. Nakon nekoliko ciklusa unosa i odnošenja materijala, mehanički odgovor postaje nezavisan od brzine istezanja:

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

Unatoč nezavisnost brzine istezanja, preduslov mehkih tkiva koji je i dalje prisutan je histereza, a mehanički odgovor može se modelirati kao hiperelastični sa različitim konstantama materijala na ulazu i izlazu. Ovim metodom, teorija elastičnosti se koristi za modeliranje neelastičnih materijala. Fung je Ovaj model nazvao kao pseudoelastičan da istakne da materijal nije potpuno elastičan.^[10]

Preostala naprezanja

U fiziološkom stanju mehkih tkiva obično su prisutna preostala naprezanja koja mogu biti ispoljena kada je tkivo isječeno. U fiziologiji i histologiji mora se imati na umu ta činjenica da bi se izbjegle pogreške pri analizi izrezanog tkiva. To istezanje obično uzrokuje vizuelni artefakt.^[10]

Fungov elastični materijal

Yuan-Cheng Fung razvio je konstitutivnu jednadžbu za prekondicionirano mehko tkivo:

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

sa

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

kvadratni oblik Green-Lagrangeovog istezanja ${\displaystyle E_{ij}}$, ${\displaystyle a_{ijkl}}$, ${\displaystyle b_{ijkl}}$ i ${\displaystyle c}$ materijalne konstante.^[10]

• ${\displaystyle W}$ = funkcija energije istezanja po jediici zapremune, koja mehanička energija istezanja za datu temperaturu.

Izotropno pojednostavljenje

Fungov model, pojednostavljen prema hipotezi o izotropnosti (ista mehanička svojstva i svim prasvcimasvih). Ovo se piše poštujući glavna istezanja (${\displaystyle \lambda _{i}}$):

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}\left[a(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3)+b\left(e^{c(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3)}-1\right)\right]}$ ,

gdje su

• a, b, c = konstante.

Pojednostavljenje za malo i veliko istezanje

Za mala istezanja, eksponencijalni obrazac je vrlo mali i tako zanemariv:

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

Sa druge strane, linearni termin je zanemariv kada se analiza oslanja samo na velika istezanja:

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

Gentov elastični materijal

Glavni članak: Gentov (hiperelastični model)

${\displaystyle W=-{\frac {\mu J_{m}}{2}}\ln \left(1-\left({\frac {\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3}{J_{m}}}\right)\right)}$

gdje:

• ${\displaystyle \mu >0}$ = modul smicanja za beskrajno istezanje, a
• ${\displaystyle Jm>0}$ = parametar ukrućivanja, u vezi sa ograničavajućim lanac rastegljivosti,^[12] Po ovom konstitutivnom model ne može se istezati i jednoosovinski naprezati van maksimalnog rastezanja ${\displaystyle Jm}$, što je pozitivni korijen iz:

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

Remodeliranje i rast

Mehka tkiva imaju potencijal naa rast i prepravke reagirajeu dugoročnim hemijskim i mehaničkim promjenama. Stopa koju proizvode fibroblasti strukture tropokolagena je proporcionalna ovim nadražajima. Bolesti, povrede i promjene u nivou mehaničkog opterećenjea mogu izazvati remodeliranje. Primjer ovog fenomena su zadebljanja na rukama farmera. Remodeliranje (preuređenje) vezivnog tkiva je dobro poznato i kod kostiju prema Wolffovom zakonu (remodeliranje kosti).

Mehanobiologija je nauka koja proučava odnos između opterećenja i rasta na ćelijskom nivou.^[9] Rast i remodeliranje imaju važnu ulogu u etiologiji nekih uobičajenih bolesti mehkih tkiva, kao što su arterijska stenoza i aneurizam^[13][14] i svaka fibroza mehkog tkiva. Ostali primjeri obnove tkiva su zadebljanje srčanog mišića kao odgovor na rast krvnog pritiska koji se otkriva na arterijskom zidu.

Tehnike obrade slike

Postoje određena pitanja koja se moraju imati na umu pri izboru tehnika snimanja za vizualizaciju komponente vanćelijskog matrikda mehkih tkiva. Preciznost analize slike se oslanja na svojstva i kvalitet sirovih podataka i, prema tome, izbor tehnika snimanja mora biti zasnovan na kriterijima kao što su:

1. Optimalna rezolucija za komponente od interesa;
2. Postizanje visokog kontrasta tih komponenti;
3. Održavanje niskog nivoa uračunatih artefakta;
4. Dovoljan obim prikupljanje podataka;
5. Vođenje niskog obima podataka;
6. Uspostavljanje jednostavnih i ponovljivih podešavanje za analizu tkiva.

Kolagenska vlakna su debelia oko 1-2 μm. Dakle, tehnika rezolucije snimanja treba biti oko 0,5 mikrona. Neke tehnike omogućuju direktno pribavljanje dovoljnog volumena podataka, dok za druge treba rezanje iz uzorka. U oba slučaja, obim koji je dovijen mora biti u stanju u kojem se mogu pratiti snopovi vlakana cijelim obimom. Visoki kontrast čini lakšom segmentaciju slike, pogotovo kada je dostupna informacija putem boja. Osim toga, potrebno je riješiti fiksiranje boja. Pokazano je da fiksacija mehkog tkiva u formaldehidu uzrokuje stezanje i mijenjanje strukture izvornog tkiva. Neke tipske vrijednosti za različite kontrakcije fiksacije su: formalin (5% - 10%), alkohol: (10%), Bouin: (<5%).^[15] Metodi snimanja koji se koriste za vizuelizaciju vanćelijskog matriksa i njihova svojstva^[15][16]

Pokazatelj	Transmisijsko osvjetljenje	Konfokalno	Multifotonski fluorosventni podražaj	Druga harmonijska generacija	Optička koherentna tomografija
Rezolucija	0.25 μm	Aksijalna: 0,25-0,5 μm Lateralna: 1 μm	Aksijalna: 0.5 μm Lateralna: 1 μm	Aksijalna: 0,5 μm Lateralna: 1 μm	Aksijalna: 3-15 μm Lateralna: 1-15 μm
Kontrast	Veoma visok	Nizak	Visok	Visok	Umjeren
Probojnost	N/A	10 μm-300 μm	100-1000 μm	100-1000 μm	Do 2–3 mm
Slika troškova	Visoki	Niski	Niski	Niski	Niski
Fiksacija	Potrebna	Potrebna	Nepotrebna	Nepotrebna	Nepotrebna
Ugradnja	Potrebna	Potrebna	Nepotrebna	Nepotrebna	Nepotrebna
Bojenje	Potrebno	Nepotrebno	Nepotrebno	Nepotrebno	Nepotrebno
Cijena	Niska	Umjerena do visoka	Visoka	Visoka	Umjerena

Također pogledajte

• Biomaterijal
• Biomehanika
• Tvrdo tkivo

Reference

1. Definition atNational Cancer Institute
2. Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. (2004). Biologija 1. Svjetlost, Sarajevo. ISBN 9958-10-686-8.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
3. Guyton, A.C. & Hall, J.E. (2006) Textbook of Medical Physiology (11th ed.) Philadelphia: Elsevier Saunder ISBN 0-7216-0240-1
4. Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2002). Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo. ISBN 9958-10-222-6.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
5. Skinner, Harry B. (2006). Current diagnosis & treatment in orthopedics. Stamford, Conn: Lange Medical Books/McGraw Hill. str. 346. ISBN 0-07-143833-5.
6. Junqueira, L.C.U.; Carneiro, J.; Gratzl, M. (2005). Histologie. Heidelberg: Springer Medizin Verlag. str. 479. ISBN 3-540-21965-X.
7. 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
8. Alkhaledi, K., Cochran, D., Riley, M., Bashford, G., and Meyer, G. (2011). The psycophysical effects of physical impact to human soft tissue. ECCE '11 Proceedings of the 29th Annual European Conference on Cognitive Ergonomics Pages 269-270
9. Humphrey, Jay D. (2003). The Royal Society (ured.). "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.
10. Fung, Y.-C. (1993). Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues. New York: Springer-Verlag. str. 568. ISBN 0-387-97947-6.
11. 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.
12. Gent, A. N. (1996). "A new constitutive relation for rubber". Rub. Chem. Tech. 69: 59–61.
13. Humphrey, Jay D. (2008). Springer-Verlag (ured.). "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.^{[mrtav link]}
14. Holzapfel, G.A.; Ogden, R.W. (2010). The Royal Society (ured.). "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.
15. Elbischger Pierre J; Bischof Horst; Holzapfel Gerhard A; Regitnig Peter (2005). "Computer vision analysis of collagen fiber bundles in the adventitia of human blood vessels". Studies in health technology and informatics. PMID 15923739. Missing |author3= (pomoć); Missing |author5= (pomoć)
16. Georgakoudi Irene; Rice William L; Hronik-Tupaj Marie; Kaplan David L (2008). "Optical Spectroscopy and Imaging for the Noninvasive Evaluation of Engineered Tissues". Tissue Engineering Part B: Reviews.

Vanjski linkovi