Внутренняя структура костей раскрывает характер нагрузки и особенности ходьбы

Форма и структура костей меняются под действием приложенных к ним сил.

Исследователь Патрик Кристен из Технологического университета Эйндховена (TU/e) использовал этот факт для определения нагрузки по структуре кости. Эти знания могут быть важны для прогнозирования течения и лечения заболеваний костей, а также для понимания особенностей ходьбы вымерших видов. Кристен получит докторскую степень в TU/e в понедельник, 4 февраля.

Способность скелета адаптироваться к характеру нагрузки хорошо известна как закон Вольфа. Костная ткань содержит специальные клетки, чувствительные к механическим силам, действующим на кость. Больше костной массы образуется там, где давление на кость высокое, и костная ткань теряется там, где давление низкое. Этот процесс легко наблюдать, например, у теннисистов, где сильно нагруженная игровая рука приобретает дополнительную костную массу, или у астронавтов, где костная масса в ногах теряется после космического полета из-за низкой нагрузки.

Алгоритм

Кристен использовал обратный принцип закона Вольфа: структура кости раскрывает информацию о нагрузках, испытанных в прошлом. Он разработал алгоритм, который ищет на микро-КТ-снимках сгенерированные нагрузкой паттерны в микроструктуре костей. Программа переводит их в распределение нагрузки в кости. Кристен применил этот метод к костям запястья, бедра и другим, и его результаты хорошо соответствовали данным о нагрузке, полученным в других исследованиях. По словам Кристена, его исследовательская группа по ортопедической биомеханике в TU/e — единственная в мире, которая способна раскрыть историю нагрузки на кость на основе её микроструктуры.

Метод имеет ряд практических применений. Например, знание паттернов нагрузки на кость важно для лучшего прогнозирования развития таких заболеваний, как остеопороз, и оценки эффективности конкретных методов лечения. Это может помочь предотвратить болезненные и опасные переломы костей. Метод Кристена также может помочь улучшить форму имплантата, чтобы снизить вероятность его последующего отторжения. Наконец, Кристен ожидает, что метод можно будет использовать для выяснения особенностей ходьбы вымерших видов, таких как динозавры и наши предки, на основе структур костей, найденных в окаменелостях.