軟部組織

軟部組織は内臓や骨を つなぎ、取り囲んだり支えたりするもので、筋肉、腱、靭帯、脂肪、線維組織、リンパ管、血管、筋膜、滑膜などが含まれます。^{[1] [2]軟部組織とは、}骨や歯など、骨化や石灰化の過程で硬化しない体内の組織 です。^[1]

時には、それが何ではないかによって定義されることもあります。例えば、「網内系とグリア細胞を除く非上皮性、骨格外間葉系」などです。^[3]

軟組織の細胞外マトリックス内の特徴的な物質は、コラーゲン、エラスチン、基質です。通常、軟組織は基質のために非常に水分を含んでいます。線維芽細胞は、軟組織の繊維と基質の生成を担う最も一般的な細胞です。線維芽細胞の変種、例えば軟骨芽細胞もこれらの物質を生成することがあります。^[4]

小さなひずみでは、エラスチンが組織に剛性を与え、ほとんどのひずみエネルギーを蓄えます。コラーゲン繊維は比較的伸びにくく、通常は緩んでいます（波状、縮れ）。組織の変形が進むにつれて、コラーゲンは変形の方向に徐々に引き伸ばされます。緊張すると、これらの繊維により組織の剛性が大幅に高まります。この複合的な挙動はナイロンストッキングに似ており、ゴムバンドがエラスチンの役割を果たしており、ナイロンがコラーゲンの役割を果たしています。軟部組織では、コラーゲンが変形を制限し、組織を損傷から保護します。

人間の軟部組織は変形しやすく、その機械的特性は人によって大きく異なります。衝撃試験の結果、被験者の組織の剛性と減衰抵抗は、衝突した物体の質量、速度、サイズと相関関係にあることが示されました。このような特性は、打撲が誘発された場合の法医学的調査に役立つ可能性があります。^[5]固体が人間の軟部組織に衝突すると、衝撃のエネルギーは組織に吸収され、衝撃の影響や痛みのレベルが軽減されます。軟部組織が厚い被験者は、衝撃を嫌がらずに吸収する傾向がありました。^[6]

軟部組織は大きな変形を起こしても、荷重がなくなると元の形状に戻る可能性があります。つまり、軟部組織は超弾性材料であり、応力-ひずみ曲線は非線形です。軟部組織は粘弾性で、非圧縮性であり、通常は異方性です。軟部組織で観察される粘弾性特性には、緩和、クリープ、ヒステリシスなどがあります。^{[7] [8]}軟部組織の機械的応答を記述するために、いくつかの方法が使用されてきました。これらの方法には、ひずみエネルギーに基づく超弾性マクロモデル、非線形構成方程式を使用する数学的フィッティング、線形弾性材料の応答がその幾何学的特性によって修正される構造ベースのモデルなどがあります。^[9]

軟組織は粘弾性特性、つまりひずみ速度の関数としての応力を持っていますが、負荷パターンの前提条件を設定した後、超弾性モデルで近似することができます。材料に負荷をかけたり除荷したりするサイクルを数回繰り返すと、機械的応答はひずみ速度に依存しなくなります。

${\displaystyle \mathbf {S} =\mathbf {S} (\mathbf {E} ,{\dot {\mathbf {E} }})\quad \rightarrow \quad \mathbf {S} =\mathbf {S} (\mathbf {E} )}$

ひずみ速度の独立性にもかかわらず、前処理された軟組織は依然としてヒステリシスを示すため、機械的応答は、荷重時と除荷時に異なる材料定数を持つ超弾性としてモデル化できます。この方法では、弾性理論を使用して非弾性材料をモデル化します。Fungは、このモデルを擬似弾性と呼び、材料が実際には弾性ではないことを指摘しました。^[8]

生理学的状態では、軟部組織には通常残留応力が存在し、組織を切除するとこの応力が解放される可能性があります。生理学者や組織学者は、切除した組織を分析する際に間違いを避けるために、この事実を認識しておく必要があります。この収縮は通常、視覚的なアーティファクトを引き起こします。^[8]

ファングは、前処理された軟部組織の 構成方程式を開発した。

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}\left[q+c\left(e^{Q}-1\right)\right]}$

と

${\displaystyle q=a_{ijkl}E_{ij}E_{kl}\qquad Q=b_{ijkl}E_{ij}E_{kl}}$

グリーンラグランジュひずみ と、および材料定数の二次形式。 ^{[8]は体積単位あたりの}ひずみエネルギー関数であり、与えられた温度での機械的ひずみエネルギーである。 ${\displaystyle E_{ij}}$${\displaystyle a_{ijkl}}$${\displaystyle b_{ijkl}}$${\displaystyle c}$ ${\displaystyle W}$

等方性仮説（すべての方向で同じ機械的特性）で簡略化されたFungモデル。これは主伸張（）に関して次のように記述されます。 ${\displaystyle \lambda _{i}}$

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}\left[a(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3)+b\left(e^{c(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3)}-1\right)\right]}$、

ここで、a、b、c は定数です。

小さなひずみの場合、指数項は非常に小さいため、無視できます。

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}a_{ijkl}E_{ij}E_{kl}}$

一方、解析が大きなひずみのみに依存する場合、線形項は無視できます。

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

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

ここで、は微小ひずみに対するせん断弾性係数であり、は剛性パラメータであり、鎖の伸びを制限する。^[10]この構成モデルは、最大伸張を超えて一軸張力で伸張することはできない。最大伸張は、 ${\displaystyle \mu >0}$${\displaystyle J_{m}>0}$${\displaystyle J_{m}}$

${\displaystyle \lambda _{m}^{2}+2\lambda _{m}-J_{m}-3=1}$

軟部組織は化学的および機械的な長期的変化に反応して成長し、リモデリングする可能性があります。線維芽細胞がトロポコラーゲンを生成する速度は、これらの刺激に比例します。病気、怪我、機械的負荷レベルの変化は、リモデリングを誘発する可能性があります。^{[11] [12]}この現象の例は、農夫の手の肥厚です。結合組織のリモデリングは、ウルフの法則（骨リモデリング）によって骨でよく知られています。メカノバイオロジーは、細胞レベルでのストレスと成長の関係を研究する科学です。^[7]

成長とリモデリングは、動脈狭窄や動脈瘤^{[13] [14]}、およびあらゆる軟部組織線維症などの一般的な軟部組織疾患の原因において重要な役割を果たしています。組織リモデリングの他の例としては、動脈壁によって検出された血圧の上昇に反応して心筋が肥厚することが挙げられます。

軟組織の細胞外マトリックス(ECM) 成分を視覚化するための画像化技術を選択する際には、いくつかの点に留意する必要があります。画像分析の精度は生データの特性と品質に依存するため、画像化技術の選択は次のような点に基づいて行う必要があります。

1. 関心のあるコンポーネントに対して最適な解像度を持つこと。
2. これらのコンポーネントの高コントラストを実現します。
3. アーティファクトの数を少なく保つ;
4. ボリュームデータ取得のオプションがあること。
5. データ量を低く抑える;
6. 組織分析のための簡単で再現性のあるセットアップを確立します。

コラーゲン繊維の厚さは約 1～2 μm です。したがって、画像化技術の解像度は約 0.5 μm である必要があります。一部の技術ではボリューム データを直接取得できますが、他の技術では標本のスライスが必要です。どちらの場合も、抽出されるボリュームはボリューム全体の繊維束をたどることができなければなりません。コントラストが高いと、特に色情報が利用できる場合は、セグメンテーションが容易になります。さらに、固定の必要性にも対処する必要があります。ホルマリンでの軟部組織の固定は収縮を引き起こし、元の組織の構造を変えることが示されています。さまざまな固定での収縮の一般的な値は、ホルマリン (5% - 10%)、アルコール(10%)、ブアン(<5%) です。^[15]

ECM可視化に用いられる画像化手法とその特性。^{[15] [16]}

軟部組織障害は、軟部組織に影響を及ぼす病状です。軟部組織損傷は、皮膚の下の軟部結合組織、筋膜、関節、筋肉、腱に何が起こっているかを見るのが非常に難しいため、最も慢性的な痛みを伴い、治療が難しい病状の 1 つです。^{[引用が必要]}

筋骨格専門医、徒手療法士、神経筋生理学者、神経科医は、体の軟部組織領域の損傷や病気の治療を専門としています。これらの専門臨床医は、軟部組織を操作する革新的な方法を開発して自然治癒を早め、軟部組織の損傷に伴う原因不明の痛みを和らげることがよくあります。この専門分野は軟部組織療法として知られるようになり、問題のある領域を特定するこれらの専門家の能力が技術によって向上し続けるにつれて、急速に拡大しています。^[要出典]

創傷や軟部組織損傷を治療する有望な新しい方法は、血小板由来成長因子を介した治療法である。^[17]

「軟部組織疾患」という用語とリウマチという用語には密接な重複があります。これらの症状を説明するために「軟部組織リウマチ疾患」という用語が使用されることもあります。^[18]

軟部肉腫は、軟部組織に発生する可能性がある 多くの種類の癌です。

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