Mehko tkivo

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]

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]

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]

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]

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]

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.

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.

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:

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

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

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:

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

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.

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]

• Biomaterijal
• Biomehanika
• Tvrdo tkivo