Закон Вольфа , разработанный немецким анатомом и хирургом Юлиусом Вольфом (1836–1902) в 19 веке, гласит, что кость здорового человека или животного адаптируется к нагрузкам, которым они подвергаются. [1] Если нагрузка на определенную кость увеличивается, кость со временем реконструируется, чтобы стать сильнее, чтобы противостоять такой нагрузке. [2] [3] Внутренняя архитектура трабекулы претерпевает адаптивные изменения, за которыми следуют вторичные изменения во внешней корковой части кости, [4]возможно, в результате становится толще. Верно и обратное: если нагрузка на кость уменьшается, кость станет менее плотной и слабой из-за отсутствия стимула, необходимого для продолжения ремоделирования . [5] Это снижение плотности кости ( остеопения ) известно как защита от стресса и может происходить в результате замены бедра (или другого протеза). [ необходима цитата ] Нормальное напряжение костей защищено от этой кости путем размещения на протезном имплантате.
Механотрансдукция
Ремоделирование кости в ответ на нагрузку достигается за счет механотрансдукции - процесса, посредством которого силы или другие механические сигналы преобразуются в биохимические сигналы в клеточной передаче сигналов. [6] Механотрансдукция, ведущая к ремоделированию кости, включает этапы механосцепления, биохимического связывания, передачи сигнала и клеточного ответа. [7] Конкретные эффекты на структуру кости зависят от продолжительности, величины и скорости нагрузки, и было обнаружено, что только циклическая нагрузка может вызвать образование кости. [7] При нагрузке жидкость вытекает из областей высокой сжимающей нагрузки в костном матриксе. [8] Остеоциты - это самые многочисленные клетки в кости, которые также наиболее чувствительны к потоку жидкости, вызванному механической нагрузкой. [6] При ощущении нагрузки остеоциты регулируют ремоделирование кости, передавая сигналы другим клеткам с помощью сигнальных молекул или прямого контакта. [9] Кроме того, клетки-остеопрогениторы, которые могут дифференцироваться в остеобласты или остеокласты, также являются механосенсорами и будут дифференцироваться в зависимости от условий нагрузки. [9]
Вычислительные модели предполагают, что петли механической обратной связи могут стабильно регулировать ремоделирование кости путем переориентации трабекулы в направлении механических нагрузок. [10]
Связанные законы
- В отношении мягких тканей закон Дэвиса объясняет, как мягкие ткани реконструируют себя в соответствии с наложенными требованиями.
- Уточнение закона Вольфа: Юта-парадигма физиологии костей ( теорема о механостате ) Гарольда Фроста . [11]
Примеры
- В ракеток -Холдинга руки кость теннисных игроков стали сильнее , чем у другого плеча. Их тела укрепили кости в руке, держащей ракетку, поскольку она обычно подвергается более высоким, чем обычно, нагрузкам. Наиболее критические нагрузки на руки теннисиста возникают во время подачи. В теннисной подаче есть четыре основных этапа, и самые высокие нагрузки возникают при внешнем вращении плеча и ударе мяча. Сочетание высокой нагрузки и вращения руки приводит к искажению профиля плотности кости. [12]
- У тяжелоатлетов часто наблюдается увеличение плотности костей в ответ на тренировку. [13]
- Деформирующее влияние кривошеи на черепно-лицевое развитие у детей. [14]
- Астронавты часто страдают от обратного: в условиях микрогравитации они склонны терять плотность костей. [15]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Анахед О'коннор (18 октября 2010). «Утверждение: после перелома кости могут стать еще крепче» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 19 октября 2010 .
Эта концепция - кость приспосабливается к давлению или его отсутствию - известна как закон Вольфа. ... нет никаких доказательств того, что сломанная кость заживет и станет сильнее, чем была раньше.
- ^ Фрост, HM (1994). «Закон Вольфа и структурные приспособления костей к механическому использованию: обзор для клиницистов». Угловой ортодонт . 64 (3): 175–188. DOI : 10,1043 / 0003-3219 (1994) 064 <0175: WLABSA> 2.0.CO; 2 (неактивный 2021-01-11). PMID 8060014 .CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
- ^ Ерш, Кристофер; Холт, Бриджит; Тринкаус, Эрик (апрель 2006 г.). «Кто боится большого плохого Вольфа ?:« Закон Вольфа »и функциональная адаптация костей». Американский журнал физической антропологии . 129 (4): 484–498. DOI : 10.1002 / ajpa.20371 . PMID 16425178 .
- ^ Медицинский словарь Стедмана ( Wayback Machine PDF )
- ^ Вольф Дж. "Закон ремоделирования костей". Берлин Гейдельберг Нью-Йорк: Springer, 1986 (перевод немецкого издания 1892 г.)
- ^ а б Хуанг, Чэньюй; Рей Огава (октябрь 2010 г.). «Механотрансдукция в восстановлении и регенерации костей». FASEB J . 24 (10): 3625–3632. DOI : 10.1096 / fj.10-157370 . PMID 20505115 . S2CID 3202736 .
- ^ а б Дункан, Р.Л .; CH Тернер (ноябрь 1995 г.). «Механотрансдукция и функциональный ответ кости на механическое напряжение». Calcified Tissue International . 57 (5): 344–358. DOI : 10.1007 / bf00302070 . PMID 8564797 . S2CID 8548195 .
- ^ Тернер, Швейцария; MR Forwood; MW Оттер (1994). «Механотрансдукция в кости: действуют ли костные клетки как датчики потока жидкости?» . FASEB J . 8 (11): 875–878. DOI : 10.1096 / fasebj.8.11.8070637 . PMID 8070637 . S2CID 13858592 .
- ^ а б Чен, Ян-Хунг; Чао Лю; Лидан Ю; Крейг Симмонс (2010). «Использование закона Вольфа: механическое регулирование клеток, которые создают и поддерживают кость». Журнал биомеханики . 43 (1): 108–118. DOI : 10.1016 / j.jbiomech.2009.09.016 . PMID 19818443 .
- ^ Хуйскес, Рик; Руймерман, Рональд; ван Ленте, Дж. Гарри; Янссен, Ян Д. (8 июня 2000 г.). «Влияние механических сил на поддержание и адаптацию формы губчатой кости». Природа . 405 (6787): 704–706. Bibcode : 2000Natur.405..704H . DOI : 10.1038 / 35015116 . PMID 10864330 . S2CID 4391634 .
- ^ Фрост, HM (2003). «Костяной механостат: обновление 2003 года» . Анатомическая запись, часть A: открытия в молекулярной, клеточной и эволюционной биологии . 275 (2): 1081–1101. DOI : 10.1002 / ar.a.10119 . PMID 14613308 .
- ^ Тейлор RE; Чжэн с; Джексон РП; Кукла JC; Chen JC; Holzbar KR; Besier T; Kuhl E (2009). «Феномен скрученного роста: перекрут плечевой кости в доминирующих руках у профессиональных теннисистов». Вычислительные методы Biomech Biomed Engin . 12 (1): 83–93. DOI : 10.1080 / 10255840903077212 . PMID 18654877 .
- ^ Персонал клиники Мэйо (2010). «Силовые тренировки: стань сильнее, стройнее, здоровее» . Фонд Мэйо по образованию и медицинским исследованиям. Архивировано из оригинального 22 сентября 2012 года . Проверено 19 октября 2012 года .
- ^ Оппенгеймер, AJ; Тонг, L; Бухман, SR (ноябрь 2008 г.). «Черепно-лицевая костная пластика: пересмотр закона Вольфа» . Черепно-челюстно-лицевая травма и реконструкция . 1 (1): 49–61. DOI : 10,1055 / с-0028-1098963 . PMC 3052728 . PMID 22110789 .
- ^ https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/benefits/bone_loss.html
- Das Gesetz der Transformation der Knochen - 1892. Перепечатка: Pro Business, Берлин 2010, ISBN 978-3-86805-648-8 .
- Вольф, Дж. (Апрель 2010 г.). «Классика: о внутренней архитектуре костей и ее значении для роста костей» . Clin Orthop Relat Res . 468 (4): 1056–1065. DOI : 10.1007 / s11999-010-1239-2 . PMC 2835576 . PMID 20162387 .
Внешние ссылки
- Julius Wolff Institut , Charité - Universitätsmedizin Berlin, основные области исследований - регенерация и биомеханика опорно-двигательного аппарата и улучшение замены суставов.