Wpływ anatomicznie podzielnej struktury ścięgna i wieku dawców na histerezę

Wpływ anatomicznie podzielnej struktury ścięgna Achillesa na jego właściwości lepkosprężyste oceniono w pierwszej kolejności poprzez analizę histerezy mechanicznej obserwowanej w procesie obciążania i odciążania badanych próbek. W celu ustalenia różnic w wartości histerezy dla pęczków, przeprowadzono jednoczynnikową analizę wariancji. Test Levene’a wykazał homogeniczność wariancji. Analiza wykazała, że różnice między grupami są istotne F(2,123) = 3,65; p = 0,029. W związku z tym, że wariancje były jednorodne, dla testów post hoc wykorzystano test NIR. Szczegółowa analiza wyników wykazała, że wartości histerezy są większe dla pęczków z grupy SOL niż GL (p = 0,013) oraz większe dla pęczków z grupy SOL niż GM (p = 0,037). Różnice pomiędzy pęczkami GL i GM (p = 0,688) są statystycznie nieistotne. Średnie i odchylenia standardowe dla grup prezentuje Rys. 15.

Występowanie histerezy jest zjawiskiem szeroko opisywanym w mechanice materiałów lepkosprężystych. O ile w literaturze panuje zgoda nt. występowania tego zjawiska również w ścięgnach (lub w ogólności w tkankach miękkich), o tyle wartości histerezy opisane w publikacjach różnią się między sobą w sposób znaczący. Histereza rejestrowana w badaniach

ex vivo jest stosunkowo niewielka i wynosi ok. 5 – 10%, choć dane te dotyczą wyłącznie testów

natkankachzwierzęcych(ścięgnaszczurze – Eliasson et al. [133],ścięgna owcze–Ker et al. [134], ścięgna końskie – Riemersma et al. [135]). Histereza dla ludzkich ścięgien Achillesa rejestrowana była dotychczas w testach in vivo, a wg Maganaris et al. [56] uzyskiwane w tych testach wartości wynoszą średnio 11 – 19%, choć zgłaszane były także wartości wyższe (Lichtwark et al. – ok. 26% [65]) i niższe (Peltonen et al. – ok. 5% [136]).

65

Rys. 15. Różnice średnich wartości histerezy mechanicznej (procent energii rozproszenia) dla pęczków głównych ścięgna Achillesa. (*) oznacza istotność statystyczną na poziomie α=0.05.

Istotnym jest także fakt, że odchylenie standardowe definiujące zakres uzyskiwanych wartości histerezy, zbliżone jest często do średniej wartości uzyskiwanych z całej grupy. Zgłoszone dotychczas w publikacjach zakresy histerezy obejmują: 43% (2% –45%) podczas biegu – Farris et al. [137], 24% (15% –39%) podczas skoków na jednej nodze – Lichtwark et al. [65]) oraz 28% (-7 – 21 %) – [136] Peltonen et al. W żadnej z publikacji nie zidentyfikowano powodu tak dużych rozbieżności, a najczęściej pojawiającym się uzasadnieniem jest „typowa rozbieżność międzyosobnicza przy badaniach in vivo”. Z kolei, bardzo niskie wartości histerezy uzasadniane są m.in. aplikacją zbyt dużego naprężenia wstępnego, która uniemożliwia obserwację zakresu małych odkształceń nieliniowych w przebiegu krzywej naprężenie – odkształcenie. Taka sytuacja zgłoszona została w publikacji Peltonen et al. [136], gdzie zastosowanie 300 N obciążenia wstępnego ścięgna Achillesa spowodowało, że rozciąganie tkanki było rejestrowane dopiero od zakresu liniowych odkształceń sprężystych, co w sposób nienaturalny mogło zaniżyć uzyskiwane wartości histerezy.

SOL GL GM 0 10 20 30 40 50 60 Histe rez a (% ) Pęczek główny

*

*

66

Na chwilę obecną, w literaturze nie ma zgodności, jaka powinna być preferowana wartość histerezy ścięgna Achillesa. Z jednej strony niska histereza ścięgien (<10%) jest zjawiskiem korzystnym, ponieważ umożliwia wysoki zwrot energii sprężystej, a tym samym minimalizuje niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych tkanki. Jak udowodnił Farris et al. [137], podczas czynności wymagających wysokiej wydajności ścięgna Achillesa (np. chód, bieg), utracona energia sprężysta może zostać zdeponowana w tkance w postaci temperatury prowadząc do jej hipertermii (wzrost temperatury nawet do 41 – 43°C), a w konsekwencji przyczynić się do powstania jej uszkodzeń termicznych. Z drugiej strony wysoka histereza może okazać się kluczowa podczas skoków lub innych czynności, w których następuje moment lądowania i intensywnego kontaktu stopy z podłożem, wymagający odpowiedniego tłumienia i szybkiej absorpcji energii w celu minimalizacji ryzyka wystąpienia urazu.

Wszystkie podane wyżej dane dot. raportowanych w literaturze wartości histerezy, dotyczą jednak wyłącznie badań prowadzonych na całych ścięgnach Achillesa. Badania prowadzone przez Autorkę jako pierwsze podejmują próbę opisu różnic w histerezie mechanicznej indywidualnie wypreparowanych pęczków głównych ludzkiego ścięgna Achillesa w warunkach ex vivo. Tym samym, bezpośrednie porównanie wyników Autorki do opublikowanych wcześniej prac z zakresu badań ex vivo, nie jest możliwe. W porównaniu do badań in vivo, wyniki autorki pozostają zgodne z badaniami Zhao et al., Farris et al., Wang et al. i Lichtwark et al. [65], [137]–[139] potwierdzającymi istotnie statystyczne różnice w wartości histerezy pomiędzy pęczkiem SOL pochodzącym od mięśnia płaszczkowatego w porównaniu do pęczków GM i GL pochodzących od głów przyśrodkowej i bocznej mięśnia brzuchatego łydki. Wyniki autorki prezentują jednak odwrotny kierunek tych różnic tj. wartość histerezy dla pęczka SOL (44,17 ± 7,97 %) jest istotnie wyższa od wartości uzyskanej dla pęczka GL (39,93 ± 7,60 %) i GM (40,61 ± 7,55 %). Dla porównania wartość histerezy zanotowana przez Zhao et al. [138] dla pęczka SOL wyniosła ~ 7%,awbadaniachwykorzystującychobrazowaniedlakompleksu GM+GLwyniosła26±9,2 % (Lichtwark et al. [65]), 17 ± 12% (Farris et al. [137]) oraz 23,6 ± 5.3% (Wang et al. [139]).

Niezależnie od relacji wartości histerezy pomiędzy pęczkiem SOL, a kompleksem GM + GL, wartości uzyskane przez Autorkę są jednak zauważalnie wyższe niż te raportowane w literaturze. Sytuacja ta może mieć związek z zadanym algorytmem testowania próbek, który w ostatniej fazie uwzględniał rozciąganie próbki pomiędzy 6 – 9 % odkształceń. Zgodnie z interpretacją zależności

67

odkształcenie – naprężenie opisaną w rozdz. 2.2, w tym zakresie odkształceń prawdopodobnym jest pojawienie się uszkodzeń struktury ścięgna. Nawet jeśli podczas testu ścięgna nie uległy widocznemu makroskopowemu zniszczeniu to nie można z pewnością wykluczyć powstania uszkodzeń na poziomie atomowym (zerwania wiązań chemicznych) lub poziomie mikrostruktury. Tym samym pętla histerezy, w obszarze obejmującym najwyższe testowane odkształcenia, mogła objąć początkowy obszar odkształceń plastycznych, przez co pole jej powierzchni mogło zostać przesunięte w stronę wyższych wartości [140]. Zjawisko to było jednak czynnikiem stałym (wszystkie próbki były testowane tym samym algorytmem), który nie powinien wpłynąć na istotność różnic wyników pomiędzy poszczególnymi grupami. Ewentualnie porównanie otrzymanych przez Autorkę danych liczbowych z opublikowanymi dotychczas (lub w przyszłości) pracami, należy traktować jednak z ostrożnością. Podkreślić należy również fakt, że uzyskany w badaniach Autorki rozrzut wyników (18 – 19% wartości mierzonej) jest znacznie niższy niż w przypadku opisywanych w literaturze badań in vivo (Farris et al. – ok. 70% [137]; Lichtwark et al. – ok. 35% [65]). Wartości te świadczą również, że testy mechaniczne ex vivo dają większą precyzję pomiaru niż badania in vivo oparte na testach elektromiografem czy obrazowaniu USG/MRI.

Tab. 10. Korelacje między wiekiem, a wartością histerezy w poszczególnych pęczkach.

Wartość histerezy w grupie: Histereza r p SOL ^{-0,150 0,343} GL ^{-0,207 0,190} GM ^{0,186 0,239}

Przeprowadzona przez Autorkę korelacja wartości histerezy poszczególnych pęczków głównych z wiekiem dawców potwierdziła brak istotnie statystycznej korelacji pomiędzy zmiennymi (Tab. 10). Wyniki te pozostają w zgodzie z obserwacjami Hubbard et al. [141], który w testach rozciągania i relaksacji ścięgien długich dłoni i ścięgien prostownika palucha stopy potwierdził brak istotnie statystycznej korelacji pomiędzy wiekiem a wartością histerezy, dla testów prowadzonych z taką samą prędkością odkształcenia jak w badaniach Autorki tj. 1%s-1.

68

5.2.4. Wpływ anatomicznie podzielnej struktury ścięgna i wieku dawców na relaksację