ИЕРАРХИЯ СПИРАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СТРУКТУР СКЕЛЕТА. ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРОЕНИЯ И ФУНКЦИИ



Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В обзоре литературы рассмотрена с позиций функционально-биологической целесообразности взаимосвязь между иерархией спиральной организации структурных элементов скелета и его механическими свойствами. Выделены следующие иерархические уровни спиральной организации структур скелета: коллагеновые цепи, коллагеновые молекулы, микрофибриллы, фибриллы, коллагеновые волокна, сеть остеонов и организация макроструктуры костей, обеспечивающая скручивающий эффект при нагрузке. Эта спиральная организация создает условия, при которых направления господствующих сил в кости обычно не совпадают с направлением продольных осей кристаллитов. В результате возникает деформация, обусловленная сдвигом между соседними кристаллитами, которую надлежит учитывать наряду с деформацией растяжения-сжатия. Эти особенности лежат в основе наноуровневого механизма, обеспечивающего механические свойства костной ткани.

Об авторах

А С Аврунин

Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена

Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена

Р М Тихилов

Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена

Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена

И И Шубняков

Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена

Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена

Л А Паршин

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Б Е Мельников

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Д Г Плиев

Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена

Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена

A S Avrunin

R M Tykhilov

I I Shubniakov

L A Parshin

B Ye Melnikov

D G Pliev

Список литературы

  1. Аврунин А.С., Корнилов Н.В. и Суханов А.В. Позиционные регуляторы костной ткани - основа ауторегуляторного механизма развития и воспроизведения остеопороза. Морфология, 1998, т. 113, вып. 4, с. 7-12.
  2. Аврунин А.С., Корнилов Н.В., Суханов А.В. и Емельянов В.Г. Формирование остеопоротических сдвигов в структуре костной ткани. СПб., Ольга, 1998.
  3. Аврунин А.С., Паршин Л.К. и Аболин А.Б. Взаимосвязь морфофункциональных сдвигов на разных уровнях иерархической организации кортикальной кости при старении. Морфология, 2006, т. 129, вып. 3, с. 22-29.
  4. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Аболин А.Б. и Щербак И.Г. Уровни организации минерального матрикса костной ткани и механизмы, определяющие параметры их формирования (аналитический обзор). Морфология, 2005, т. 127, вып. 2, с. 78-82.
  5. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Аболин А.Б. и Щербак И.Г. Лекция по остеологии. Многоуровневый характер структуры минерального матрикса и механизмы его формирования. Гений ортопедии, 2005, № 2, с. 89-94.
  6. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Паршин Л.К. и др. Наноуровневый механизм жесткости и прочности кости. Травматол. ортопед. России, 2008, № 2, с. 77-83.
  7. Данильченко С.Н. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения (обзор). Вісн. СумДУ, Серія Фізика, математика, механіка, 2007, № 2, с. 33-59.
  8. Денисов-Никольский Ю.И., Жилкин Б.А., Докторов А.А. и Матвейчук И.В. Ультраструктурная организация минерального компонента пластинчатой костной ткани у людей зрелого и старческого возраста. Морфология, 2002, т. 122, вып. 5, с. 79-83.
  9. Денисов-Никольский Ю.И., Миронов С.П., Омельяненко Н.П. и Матвейчук И.В. Актуальные проблемы теоретической и клинической остеоартрологии. М., ОАО «Типография „Новости"», 2005.
  10. Лаврищева Г.И. и Оноприенко Г.А. Морфологические и клинические аспекты репаративной регенерации опорных органов и тканей. М., Медицина, 1996.
  11. Ньюман У. и Ньюман М. Минеральный обмен кости. М., Иностр. лит-ра, 1961.
  12. Омельяненко Н.П. Костная ткань. Структурно-функциональная характеристика ее основных компонентов. Гл. 2-я. В кн.: Актуальные проблемы теоретической и клинической артрологии. М., «Типография „Новости"», 2005, с. 37-71.
  13. Омельяненко Н.П., Жеребцов Я.Д. и Михайлов И.Н. Ультраструктура коллагеновых волокон и основного вещества дермы кожи человека. Арх. анат., 1977, т. 72, вып. 4, с. 69-76.
  14. Привес М.Г., Лысенко Н.Р. и Бушкович В.И. Анатомия человека. СПб., Гиппократ, 2002.
  15. Фридрихсберг Д.С. Курс коллоидной химии. СПб., Химия, 1995.
  16. Щербак И.Г. Биологическая химия. СПб., Изд-во СПбГМУ, 2005.
  17. Akkus O., Adar F. and Schaffler M.B. Age-related changes in physi cochemical properties of mineral crystals are related to impaired mechanical function of cortical bone. Bone, 2004. № 34, p. 443-453.
  18. Akkus O., Knott D.F., Jepsen K.J. et al. Relationship between damage accumulation and mechanical property degradation in cortical bone: microcrack orientation is important. J. Biomed. Mater. Res., 2003, v. 65A, № 4, p. 482-488.
  19. Akkus O., Polyakova-Akkus A., Adar F. and Schaffler M.B. Aging of microstructural compartments in human compact bone. J. Bone Miner. Res., 2003, v. 18, № 6, p. 1012-1019.
  20. Akkus O., Yeni Y.N. and Wasserman N. Fracture mechanics of cortical bone tissue: a hierarchical perspective. Biomed. Eng., 2004, v. 32, № 5-6, p. 379-425.
  21. Berisio R., Vitagliano L., Mazzarella L. and Zagari A. Recent progress on collagen triple helix structure, stability and assembly. Protein Pept. Lett., 2002, v. 9, № 2, p. 107-116.
  22. Blank R.D., Baldini T.H., Kaufman M. et al. Spectroscopically determined collagen Pyr/deH-DHLNL cross-link ratio and crystallinity indices differ markedly in recombinant congenic mice with divergent calculated bone tissue strength. Connect. Tiss. Res., 2003, v. 44, № 3-4, p. 134-142.
  23. Bonucci E. and Silvestrini G. Ultrastructure of the organic matrix of embryonic avian bone after en bloc reaction with various electron-dense «stains». Acta Anat., 1996, v. 156, № 1, p. 22-33.
  24. Brown A., Stock G., Patel A.A. et al. Osteogenic protein-1. A review of its utility in spinal applications. BioDrugs, 2006, v. 20, № 4, p. 243-251.
  25. Buckwalter J.A., Glimcher M.J., Cooper R.R. and Recker R. Bone biology. Part I: structure, blood supply, cells, matrix, and mineralization. J. Bone Joint Surg., 1995, v. 77-A, № 8, p. 1256-1275.
  26. Buckwalter J.A., Glimcher M.J., Cooper R.R. and Recker R. Bone biology. Part II: formation, form, modeling, remodeling, and regulation of cell function. J. Bone Joint Surg. 1995, v. 77-A, № 8, p. 1276-1289.
  27. Byers P.H. Collagens: building blocks at the end of the development line. Clin. Genet., 2000, v. 58, № 4, p. 270-279.
  28. Chamay A. and Tschantz P. Mechanical influences in bone remodeling. Experimental research on Wolff's law. J. Biomechanics., 1972, v. 5, p. 173-180.
  29. Chan G.K. and Duque G. Age-related bone loss: old bone, new facts. Gerontology, 2002, v. 48, № 2, p. 62-71.
  30. Cohen J. and Hakris W. H. The three-dimensional anatomy of haversian systems. J. Bone Joint Surg., 1958, v. 40-A, № 2, p. 419-434.
  31. Frost H.M. Цитировано по Robling A.G. and Sam D. 1999.
  32. Frost H.M. Obesity, and bone strength and mass. A tutorial based on insights from a new paradigm. Bone, 1997, v. 21, № 3, p. 211-214.
  33. Frost H.M. New targets for the studies of biomechanical, endocrinologic, genetic and pharmaceutical effects on bones: bone's "nephron equivalents", muscle, neuromuscular physiology. J. Musculoskeletal Res., 2000, v. 4, № 2, p. 67-84.
  34. Fujisawa R., Nodasaka Y. and Kuboki Y. Further characterization of interaction between bone sialoprotein and collagen. Calcif. Tiss. Int., 1995, v. 56, № 2, p. 140-144.
  35. Gamss B., Kim R. H. and Sedek J. Bone sialoprotein. Clin. Rev. Oral. Biol. Med., 1999, v. 10, № 1, p. 79-98.
  36. Gordon J.A. R., Tye C.E., Sampaio A.V. et al. Bone sialoprotein expression enhances osteoblast differentiation and matrix mineralization in vitro. Bone, 2007, v. 41 № 3, p. 462-473.
  37. Hanson D.A. and Eyre D.R. Molecular site specificity of pyridinoline and pyrrole cross-links in type I collagen of human bone. J. Biol. Chem., 1996, v. 271, № 43 p. 26508-26516.
  38. Knott L. and Bailey A. J. Collagen cross-links in mineralizing tissues: A review of their chemistry, function, and clinical relevance. Bone, 1998, v. 22, p. 181-187.
  39. Knott L., Whitehead C.C., Fleming R.H. and Bailey A. Biochemical changes in the collagenous matrix of osteoporotic avian bone. J. Biochem., 1995, v. 310, p. 1045-1051.
  40. Marotti G., Muglia M.A. and Palumbo С. Structure and function of lamellar bone. Clin. Rheumatol., 1994, v. 13, Suppl. 1, p. 63-68.
  41. McKee M.D., Addison W.N. and Kaartinen M.T. Hierarchies of extracellular matrix and mineral organization in bone of the craniofacial complex and skeleton. Cells Tiss. Organs, 2005, v. 181, № 3-4, p. 176-188.
  42. Mohsin S., Taylor D. and Leeu T.C. Three-dimensional reconstruction of haversian systems in ovine compact bone. Eur. J. Morphol., 2002, v. 40, № 5, p. 309-315.
  43. Risteli J., Niemi S., Kauppila S. et al. Collagen propeptides as indicators of collagen assembly. Acta Orthop. Scand., 1995, v. 66, Suppl. 266, p. 183-188.
  44. Robling A.G. and Sam D. Stout morphology of the drifting osteon. Cells Tissues Organs, 1999, v. 164, p. 192-204.
  45. Seeman E. Pathogenesis of bone fragility in women and men. Lancet, 2002, v. 359, p. 1841-1850.
  46. Silverman S.L., Delmas P.D., Kulkarni P.M. et al. Comparison of fracture, cardiovascular event, and breast cancer rates at 3 years in postmenopausal women with osteoporosis. J. Am. Geriatr. Soc., 2004, v. 52, № 9, p. 1543-1548.
  47. Skedros J.G. Osteocyte lacuna population densities in sheep, elk and horse calcanei. Cells Tiss. Organs, 2005, v. 181, № 3-4, p. 23-37.
  48. Skedros, J.G. and Hunt K.J. Does the degree of laminarity correlate with site-specific differences in collagen fibre orientation in primary bone? An evaluation in the turkey ulna diaphysis. J. Anat., 2004, v. 205, № 2, p. 121-134.
  49. Sodek J. and Mckee M.D. Molecular and cellular biology of alveolar bone. Periodontol, 2000, v. 24, p. 99-126.
  50. Turner C.H. and Pidaparti R.M.V. The Anisotropy of osteonal bone and its ultrastructural implications. Bone, 1995, v. 17, № 1, p. 85-89.
  51. Van der Meulen M.С.H., Jepsen K.J. and Mikic B. Understanding bone strength: size isn't everything. Bone, 2001, v. 29, № 2, p. 101-104.
  52. Wang X., Bank R.A., TeKoppele J.M. et al. Effect of collagen denaturation on the toughness of bone. Clin. Orthop. Relat. Res., 2000, № 371, p. 228-239.
  53. Wang X., Li X., Shen X. and Agrawal С.M. Age-related changes of noncalcified collagen in human cortical bone. Ann. Biomed. Eng., 2003, v. 31, p. 1-7.
  54. Wang X. and Puram S. The toughness of cortical bone and its relationship with age. Ann. Biomed. Eng., 2004, v. 32, № 1, p. 123-135.
  55. Weiner S. and Wagner H.D. The material bone: structuremechanical function relations. Annu. Rev. Mater. Sci., 1998, v. 28, p. 271-298.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2010


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: № 0110212 от 08.02.1993.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах