ترابيكيولا

ترابيكيولا
يعكس تناوب النمط الإسفنجي في عظم الفخذ الإجهاد الميكانيكي
تفاصيل
جزء من	عظم
المعرفات
إدارة الغذاء والدواء الأمريكية	85273
المصطلحات التشريحية [تعديل على ويكي بيانات]

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Trabecula" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( مايو 2017 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

العُقدة ( الجمع : trabeculae ، من اللاتينية التي تعني "شعاع صغير") هي عنصر نسيجي صغير، مجهري غالبًا، على شكل شعاع صغير أو دعامة أو قضيب يدعم أو يثبت إطارًا من الأجزاء داخل الجسم أو العضو. ^[1] [ ^2] عادةً ما يكون للعُقدة وظيفة ميكانيكية، وتتكون عادةً من أنسجة كولاجينية كثيفة (مثل عُقدة الطحال ). يمكن أن تتكون من مواد أخرى مثل العضلات والعظام. في القلب ، تشكل العضلات العُقدة اللحمية والعُقدة الحاجزية ، ^[3] وللزائدة الأذينية اليسرى بنية عُقدية أنبوبية. [ ^4]

يتكون العظم الإسفنجي من مجموعات من أنسجة العظام الإسفنجية. في المقطع العرضي، يمكن أن تبدو العوارض العظمية الإسفنجية مثل الحواجز ، ولكن في الأبعاد الثلاثة تكون متميزة طوبولوجيًا، حيث تكون العوارض على شكل قضيب أو عمود تقريبًا وتكون الحواجز على شكل صفائح.

عند عبور الفراغات المملوءة بالسوائل، قد تقدم العوارض وظيفة مقاومة التوتر (كما في القضيب ، انظر على سبيل المثال عوارض الأجسام الكهفية وعوارض الجسم الإسفنجي ) أو توفير مرشح للخلايا (كما في الشبكة الإسفنجية للعين ).

العظم الإسفنجي، ويسمى أيضًا العظم الإسفنجي ، هو عظم مسامي يتكون من أنسجة عظمية إسفنجية. يمكن العثور عليه في نهايات العظام الطويلة مثل عظم الفخذ، حيث لا يكون العظم صلبًا في الواقع ولكنه مليء بالثقوب المتصلة بقضبان وألواح رقيقة من أنسجة العظام. ^[5] الثقوب (الحجم الذي لا يشغله العظم الإسفنجي مباشرة) هي المساحة بين الإسفنج ، ويشغلها نخاع العظم الأحمر ، حيث يتم تصنيع جميع خلايا الدم، وكذلك الأنسجة الليفية. على الرغم من أن العظم الإسفنجي يحتوي على الكثير من المساحة بين الإسفنج، إلا أن تعقيده المكاني يساهم في أقصى قدر من القوة بأقل كتلة. يُلاحظ أن شكل وبنية العظم الإسفنجي منظمان لمقاومة الأحمال المفروضة من الأنشطة الوظيفية، مثل القفز والجري والقرفصاء. ووفقًا لقانون وولف ، الذي اقترح عام 1892، فإن الشكل الخارجي والبنية الداخلية للعظم يتم تحديدهما من خلال الضغوط الخارجية المؤثرة عليه. ^[6] يخضع الهيكل الداخلي للعظم الإسفنجي أولاً لتغييرات تكيفية على طول اتجاه الإجهاد ثم يخضع الشكل الخارجي للعظم القشري لتغييرات ثانوية. وأخيرًا، يصبح هيكل العظم أكثر سمكًا وكثافة لمقاومة التحميل الخارجي.

نظرًا لزيادة حدوث استبدال المفصل بالكامل وتأثيره على إعادة تشكيل العظام، فقد أصبح فهم عملية الإجهاد والتكيف للعظم الإسفنجي مصدر قلق رئيسي لعلماء وظائف العظام. لفهم دور العظم الإسفنجي في بنية العظام المرتبطة بالعمر وفي تصميم أنظمة زراعة العظام، من المهم دراسة الخصائص الميكانيكية للعظم الإسفنجي كدالة لمتغيرات مثل الموقع التشريحي وكثافة العظام والقضايا المرتبطة بالعمر. يجب أخذ العوامل الميكانيكية بما في ذلك معامل المرونة والقوة أحادية المحور وخصائص التعب في الاعتبار.

عادةً ما تكون نسبة مسامية العظم الإسفنجي في نطاق 75-95٪ وتتراوح الكثافة من 0.2 إلى 0.8 جم / سم 3. ^{[ 7]} يُلاحظ أن المسامية يمكن أن تقلل من قوة العظم، ولكنها تقلل أيضًا من وزنه. تؤثر المسامية والطريقة التي يتم بها هيكلة المسامية على قوة المادة. وبالتالي، فإن البنية الدقيقة للعظم الإسفنجي موجهة عادةً ويتم محاذاة "حبيبات" المسامية في اتجاه تكون فيه الصلابة الميكانيكية والقوة أعظم. نظرًا لاتجاهية البنية الدقيقة، فإن الخصائص الميكانيكية للعظم الإسفنجي متباينة الخواص بدرجة كبيرة. يتراوح نطاق معامل يونج للعظم الإسفنجي من 800 إلى 14000 ميجا باسكال وقوة الفشل من 1 إلى 100 ميجا باسكال.

كما ذكرنا سابقًا، فإن الخواص الميكانيكية للعظم الإسفنجي حساسة جدًا للكثافة الظاهرية. وقد أثبت كارتر وهايز العلاقة بين معامل مرونة العظم الإسفنجي وكثافته الظاهرية في عام 1976. ^[8] وتنص المعادلة الناتجة على:

${\displaystyle E=a+b\cdot \rho ^{c}}$

حيث يمثل معامل مرونة العظم الإسفنجي في أي اتجاه تحميل، ويمثل الكثافة الظاهرية، و و هي ثوابت تعتمد على بنية الأنسجة. ${\displaystyle E}$${\displaystyle \rho }$${\displaystyle أ,}$ ${\displaystyle b,}$${\displaystyle c}$

وباستخدام المجهر الإلكتروني الماسح، وجد أن الاختلاف في بنية الإسفنج مع مواقع تشريحية مختلفة يؤدي إلى معامل مرونة مختلف. لفهم العلاقات بين البنية والتباين وخصائص المواد، يجب ربط الخصائص الميكانيكية المقاسة للعينات الإسفنجية المتباينة الخواص بالأوصاف المجسمة لبنيتها. ^[6]

تعتبر قوة الضغط للعظم الإسفنجي مهمة جدًا أيضًا لأنه يُعتقد أن الفشل الداخلي للعظم الإسفنجي ينشأ من الإجهاد الانضغاطي. على منحنيات الإجهاد والانفعال لكل من العظم الإسفنجي والعظم القشري بكثافة ظاهرة مختلفة، توجد ثلاث مراحل في منحنى الإجهاد والانفعال. الأولى هي المنطقة الخطية حيث تنحني العظام الإسفنجية الفردية وتنضغط مع ضغط الأنسجة السائبة. ^[6] تحدث المرحلة الثانية بعد الخضوع، حيث تبدأ الروابط الإسفنجية في الكسر، والمرحلة الأخيرة هي مرحلة التصلب. عادةً، توفر المناطق الإسفنجية ذات الكثافة المنخفضة مرحلة أكثر تشوهًا قبل التصلب مقارنة بالعينات ذات الكثافة الأعلى. ^[6]

باختصار، العظم الإسفنجي مرن للغاية ومتنوع. والطبيعة غير المتجانسة تجعل من الصعب تلخيص الخصائص الميكانيكية العامة للعظم الإسفنجي. فالمسامية العالية تجعل العظم الإسفنجي مرنًا والاختلافات الكبيرة في البنية تؤدي إلى تباين كبير. ويختلف معامل المرونة والقوة عكسيًا مع المسامية ويعتمدان بشكل كبير على بنية المسامية. وتعد تأثيرات الشيخوخة والتشققات الصغيرة للعظم الإسفنجي على خصائصه الميكانيكية مصدرًا لمزيد من الدراسة.

أظهرت الدراسات أنه بمجرد وصول الإنسان إلى مرحلة البلوغ، تنخفض كثافة العظام بشكل مطرد مع تقدم العمر، ويساهم فقدان كتلة العظام الإسفنجية جزئيًا في ذلك. ^[9] تُعرَّف خسارة كتلة العظام من قبل منظمة الصحة العالمية بأنها هشاشة العظام إذا كانت كثافة المعادن في العظام (BMD) أقل من متوسط ​​كثافة المعادن في العظام (BMD) بمقدار انحراف معياري واحد عند الشباب، وتُعرَّف بأنها هشاشة العظام إذا كانت أقل من المتوسط ​​بمقدار 2.5 انحراف معياري. ^[10] تزيد كثافة العظام المنخفضة بشكل كبير من خطر الإصابة بكسر الإجهاد ، والذي يمكن أن يحدث دون سابق إنذار. ^[11] تحدث الكسور منخفضة التأثير الناتجة عن هشاشة العظام بشكل شائع في عظم الفخذ العلوي ، والذي يتكون من 25-50٪ من العظام الإسفنجية حسب المنطقة، في الفقرات ، والتي تتكون من حوالي 90٪ من العظام الإسفنجية، أو في الرسغ . ^[12]

عندما ينخفض ​​حجم العظم الإسفنجي، يضطرب بنيته الأصلية المكونة من صفيحة وقضيب؛ حيث تتحول الهياكل الشبيهة بالصفيحة إلى هياكل شبيهة بالقضيب وتصبح الهياكل الشبيهة بالقضيب الموجودة مسبقًا رقيقة حتى تنفصل وتمتص في الجسم. ^[12] عادة ما تكون التغيرات في العظم الإسفنجي خاصة بالجنس، مع حدوث الاختلافات الأكثر وضوحًا في كتلة العظام والبنية الدقيقة للعظم الإسفنجي ضمن النطاق العمري لانقطاع الطمث. ^[9] يتسبب تدهور العظم الإسفنجي بمرور الوقت في انخفاض قوة العظام بشكل غير متناسب مقارنة بحجم فقدان العظم الإسفنجي، مما يجعل العظام المتبقية عرضة للكسر. ^[12]

مع هشاشة العظام، غالبًا ما توجد أيضًا أعراض هشاشة العظام ، والتي تحدث عندما يتعرض الغضروف في المفاصل لضغط مفرط ويتدهور بمرور الوقت، مما يتسبب في تصلب وألم وفقدان الحركة. ^[13] مع هشاشة العظام، تلعب العظام الأساسية دورًا مهمًا في تدهور الغضروف. وبالتالي فإن أي تدهور إسفنجي يمكن أن يؤثر بشكل كبير على توزيع الإجهاد ويؤثر سلبًا على الغضروف المعني. ^[14]

بسبب تأثيرها القوي على قوة العظام بشكل عام، ^[15] هناك حاليًا تكهنات قوية بأن التحليل في أنماط تدهور العوارض العظمية قد يكون مفيدًا في المستقبل القريب في تتبع تقدم هشاشة العظام. ^[16]

التصميم المجوف لعظام الطيور متعدد الوظائف. فهو يؤسس لقوة نوعية عالية ويكمل مجاري الهواء المفتوحة لاستيعاب الانسيابية الهيكلية الشائعة لدى العديد من الطيور. يتم تحسين القوة النوعية ومقاومة الانبعاج من خلال تصميم عظمي يجمع بين قشرة رقيقة وصلبة تغلف نواة إسفنجية من العوارض العظمية. ^[17] يسمح القياس المتجانس للعوارض العظمية للهيكل العظمي بتحمل الأحمال دون زيادة كتلة العظام بشكل كبير. ^[18] يحسن الصقر ذو الذيل الأحمر وزنه بنمط متكرر من الدعامات على شكل حرف V التي تمنح العظام خصائص خفة الوزن والصلابة الضرورية. تعمل الشبكة الداخلية للعوارض العظمية على تحويل الكتلة بعيدًا عن المحور المحايد ، مما يزيد في النهاية من مقاومة الانبعاج . ^[17]

كما هو الحال في البشر، فإن توزيع العوالق في أنواع الطيور غير متساوٍ ويعتمد على ظروف الحمل. الطائر ذو أعلى كثافة من العوالق هو الكيوي ، وهو طائر غير قادر على الطيران. ^[18] هناك أيضًا توزيع غير متساوٍ للعوالق داخل الأنواع المماثلة مثل نقار الخشب المرقط الكبير أو نقار الخشب رمادي الرأس . بعد فحص التصوير المقطعي المحوسب الدقيق لجبهة نقار الخشب والفك الصدغي والقذالي، تم تحديد وجود المزيد من العوالق بشكل ملحوظ في الجبهة والقذالي. ^[19] بالإضافة إلى الاختلاف في التوزيع، كانت نسبة العرض إلى الارتفاع للدعامات الفردية أعلى في نقار الخشب مقارنة بالطيور الأخرى ذات الحجم المماثل مثل الهدهد الأوراسي ^[19] أو القبرة . ^[20] تكون عوالق نقار الخشب أشبه بالصفائح بينما يمتلك الصقر والقبرة هياكل تشبه القضبان متشابكة من خلال عظامهما. وقد نُسب الانخفاض في الضغط على دماغ نقار الخشب إلى الكمية الأكبر من الدعامات الشبيهة بالصفائح السميكة والمتراصة بشكل أوثق من تلك الموجودة لدى الصقر أو الهدهد أو القبرة. ^[20] وعلى العكس من ذلك، فإن الهياكل الرقيقة الشبيهة بالقضيب من شأنها أن تؤدي إلى تشوه أكبر. يُظهر اختبار ميكانيكي مدمر باستخدام 12 عينة أن تصميم العوارض الخشبية لدى نقار الخشب يتمتع بقوة قصوى متوسطة تبلغ 6.38 ميجا باسكال، مقارنة بقوة 0.55 ميجا باسكال لدى القبرة. ^[19]

تحتوي مناقير نقار الخشب على دعامات صغيرة تدعم قشرة المنقار، ولكن بدرجة أقل مقارنة بالجمجمة. ونتيجة لقلة عدد العوارض العظمية في المنقار، فإن المنقار يتمتع بصلابة أعلى (1.0 جيجا باسكال) مقارنة بالجمجمة (0.31 جيجا باسكال). وبينما يمتص المنقار بعض التأثير الناتج عن النقر، فإن معظم التأثير ينتقل إلى الجمجمة حيث تتوفر المزيد من العوارض العظمية بنشاط لامتصاص الصدمة. إن القوة النهائية لمناقير نقار الخشب والقبرة متشابهة، مما يشير إلى أن المنقار له دور أقل في امتصاص التأثير. ^[20] إحدى المزايا المقاسة لمنقار نقار الخشب هي العضة الزائدة الطفيفة (المنقار العلوي أطول بمقدار 1.6 مم من المنقار السفلي) مما يوفر توزيعًا ثنائي النمط للقوة بسبب ملامسة السطح غير المتماثلة. يؤدي توقيت التأثير المتدرج إلى إجهاد أقل على العوارض العظمية في الجبهة والقفا والمنقار. ^[21]

لا يستشهد هذا القسم بأي مصادر . يرجى المساعدة في تحسين هذا القسم من خلال إضافة الاستشهادات إلى مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها . ( مارس 2018 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

كلما كبر حجم الحيوان، زادت قوى الحمل على عظامه. يزيد العظم الإسفنجي من صلابته عن طريق زيادة كمية العظام لكل وحدة حجم أو عن طريق تغيير هندسة وترتيب العظام الإسفنجية الفردية مع زيادة حجم الجسم وحمل العظام. يتدرج العظم الإسفنجي بشكل غير متماثل ، حيث يعيد تنظيم البنية الداخلية للعظام لزيادة قدرة الهيكل العظمي على تحمل الأحمال التي تتعرض لها العظام الإسفنجية. علاوة على ذلك، يمكن أن يعمل تدرج الهندسة الإسفنجية على تعديل إجهاد العظم الإسفنجي. يعمل الحمل كمحفز للعظم الإسفنجي، ويغير هندسته بحيث يتحمل أو يخفف من أحمال الإجهاد. باستخدام نمذجة العناصر المحدودة، اختبرت دراسة أربعة أنواع مختلفة تحت إجهاد ظاهري متساوٍ (σapp) لإظهار أن تدرج العظم الإسفنجي في الحيوانات يغير الإجهاد داخل العظم الإسفنجي. لوحظ أن الإجهاد داخل العظام الإسفنجية من كل نوع يختلف باختلاف هندسة العظام الإسفنجية. من مقياس عشرات الميكرومترات، وهو ما يعادل تقريبًا حجم الخلايا العظمية ، يوضح الشكل أدناه أن العوارض العظمية السميكة أظهرت إجهادًا أقل. تُظهر توزيعات التردد النسبي لإجهاد العناصر التي يتعرض لها كل نوع وحدات مرونة أعلى للعوارض العظمية مع زيادة حجم النوع.

بالإضافة إلى ذلك، تكون العوارض العظمية في الحيوانات الأكبر حجمًا أكثر سمكًا، ومتباعدة عن بعضها البعض، وأقل كثافة في الاتصال من تلك الموجودة في الحيوانات الأصغر حجمًا. يمكن العثور على العظمون داخل العوارض العظمية بشكل شائع في العوارض العظمية السميكة للحيوانات الأكبر حجمًا، وكذلك العوارض العظمية الرقيقة للحيوانات الأصغر حجمًا مثل الفهد والليمور . تلعب العوارض العظمية دورًا في انتشار العناصر الغذائية والنفايات من الخلايا العظمية من خلال تنظيم المسافة بين الخلايا العظمية وسطح العظام إلى حوالي 230 ميكرومتر.

بسبب زيادة انخفاض تشبع الدم بالأكسجين، تميل الحيوانات ذات المتطلبات الأيضية العالية إلى أن يكون لديها سمك إسفنجي أقل (Tb.Th) لأنها تتطلب زيادة تدفق الدم الوعائي للعظميات. يؤدي تكوين الأوعية الدموية عن طريق نفق العظمونات إلى تغيير هندسة العظم من صلبة إلى أنبوبية، مما يزيد من صلابة الانحناء للعظميات الفردية ويحافظ على إمداد الدم لخلايا العظام في الأنسجة العميقة.

وُجِد أن نسبة حجم العظام (BV/TV) ثابتة نسبيًا لمجموعة متنوعة من أحجام الحيوانات التي تم اختبارها. ولم تُظهِر الحيوانات الأكبر حجمًا كتلة أكبر بشكل ملحوظ لكل وحدة حجم من العظم الإسفنجي. وقد يكون هذا بسبب التكيف الذي يقلل من التكلفة الفسيولوجية لإنتاج الأنسجة والحفاظ عليها وتحريكها. ومع ذلك، أظهرت نسبة حجم العظام (BV/TV) تقشرًا إيجابيًا كبيرًا في لقمة عظم الفخذ لدى الطيور . وتُظهِر الطيور الأكبر حجمًا عادات طيران أقل بسبب تباين نسبة حجم العظام (BV/TV) لدى الطيور. وكان لدى طائر الكيوي غير القادر على الطيران، والذي يزن 1-2 كجم فقط، أكبر نسبة حجم عظام (BV/TV) بين الطيور التي تم اختبارها في الدراسة. ويُظهِر هذا أن هندسة العظم الإسفنجي مرتبطة بـ "الظروف الميكانيكية السائدة"، وبالتالي فإن الاختلافات في الهندسة الإسفنجية في رأس عظم الفخذ واللقمة يمكن أن تُعزى إلى بيئات تحميل مختلفة للمفاصل الفخذية الفخذية والفخذية الظنبوبية .

ترتبط قدرة نقار الخشب على مقاومة الصدمات المتكررة للرأس ببنياته المركبة الفريدة من نوعها من حيث التسلسل الهرمي الدقيق/النانوي . ^{[20] تتكون} البنية الدقيقة والبنية النانوية لجماجم نقار الخشب من توزيع غير متساوٍ للعظم الإسفنجي ، والشكل التنظيمي للزوائد الفردية. يؤثر هذا على الخصائص الميكانيكية لنقار الخشب، مما يسمح للعظم القحفي بتحمل قوة قصوى عالية (σu). بالمقارنة مع العظم القحفي للقبرة ، فإن العظم القحفي لنقار الخشب أكثر كثافة وأقل إسفنجية، وله بنية أشبه بالصفائح بدلاً من البنية الأكثر شبهاً بالقضيب التي لوحظت في القبرة. علاوة على ذلك، فإن العظم القحفي لنقار الخشب أكثر سمكًا وزوائد فردية أكثر. بالنسبة للزوائد في القبرة، فإن الزوائد في نقار الخشب متقاربة أكثر وتشبه الصفائح. [19] تؤدي هذه الخصائص إلى قوة قصوى أعلى في العظم القحفي لنقار الخشب.

الشكل التصغيري للكلمة اللاتينية trabs ، يعني شعاع أو قضيب. في القرن التاسع عشر، أصبح المصطلح الجديد trabeculum (مع صيغة الجمع المفترضة لكلمة trabecula ) شائعًا، ولكنه أقل صحة من الناحية اللغوية. لا يزال Trabeculum مستمرًا في بعض البلدان كمرادف للشبكة الإسفنجية للعين ، ولكن يمكن اعتبار هذا استخدامًا ضعيفًا على أساس كل من علم أصول الكلمات والدقة الوصفية.

بالنسبة لمكون تطور الجمجمة، انظر الغضروف الإسفنجي .

العوارض العنكبوتية