Трибонуклеация. Хруст суставов и пузырьки
Автор: Максим Джамалов
Редакция: Вадим Миннигалиев
Оформление: Александр Иптышев


Трибонуклеация (tribonucleation), или кавитация, (от греч. tribos — трение, и англ. nucleation — зарождение) — процесс формирования пространств (пузырьков) вакуума в жидкости с характерным звуком, возникает в результате локального понижения давления в жидкости.

Часто ли вы слышали, как ваши друзья хрустят суставами или, быть может, вы сами сталкивались с этим?

Много лет люди ведут споры о вреде этого занятия. Одни утверждают, что это эффективный способ заработать остеоартрит, другие — что это безобидная возможность для снятия напряжения.

Обратимся к исследованию.

В 1947 году Roston B. и Haines W. опубликовали первый научный труд, посвященный описанию происхождения суставного хруста, и его результаты описали следующую последовательность внутрисуставных изменений.

Процесс начинается с фазы восстановления (resting phase) — суставные поверхности расположены близко друг к другу. В эту стадию тракция слабой силы едва сможет развести суставные поверхности. При действии большей силы суставные поверхности сопротивляются (фаза сопротивления — resist phase) разведению до наступления критической точки (critical point), после которой возникает фаза быстрого разделения поверхностей (rapid separation phase), и именно завершение этой фазы характеризуется звуком хруста. Следом идет рефрактерная фаза (refractory phase) продолжительностью 20 мин, затем наступает фаза восстановления, что говорит о цикличности процесса.

Roston B. и Haines W. описали так называемое «свободное пространство», представленное пузырьком, возникающим в синовиальной жидкости при снижении давления внутри сустава в момент разведения суставных поверхностей. Ученые связали хруст в суставе с появлением этого пространства. Впервые подобный феномен был описан в 1911 году, но тогда думали, что это происходит только в больных суставах.

Такое толкование было актуальным в течении 24 лет, пока в 1971 году Unsworth A., Dowson D. и Wright V. не поставили под сомнение эту идею. Они использовали такие же радиографические методы исследования, как и Roston B. и Haines W., для подтверждения последовательности событий, происходящих в суставе, но достигли иного заключения. Unsworth A. и др. предположили, что не формирование свободного пространства (или пузырька), а его схлопывание является причиной хруста сустава.

Эта идея повлияла на понимание процесса схлопывания пузырька как способного нанести вред прилегающим тканям (впервые описанная Рэлеем в 1917 году кавитация приняла ведущее значение в конце 1960 года как причина значимых повреждений судового оборудования, такого как пропеллеры и подводные крылья).

Как результат, начиная с 1971 года, когда в публикациях описывался суставной хруст, ссылались на труды Roston B. и/или Unsworth A. Путаницы добавляли и другие, когда предполагали, что звук во время хруста происходит от растяжения связочного аппарата. К сожалению, не было прямых доказательств верности ни одной из этих двух теорий.

В 2015 году Kawchuk G. и его коллеги поставили перед собой цель исследования — определить, что происходит внутри сустава во время хруста, и использовали для этого МРТ-съемку в реальном времени.

Итак, что из себя представляло это исследование?

На роль испытуемого взяли одного взрослого мужчину. Десять пястно-фаланговых суставов испытуемого поочередно исследовали на МРТ в реальном времени в течение двух сессий.

Исследуемый палец был помещен внутрь трубки и зафиксирован так, чтобы трубка покрывала палец от верхушки до середины между пястно-фаланговым суставом и проксимальной фалангой. Конец трубки натягивался с таким расчетом, чтобы произвести тракцию (рис. 1).

Рис. 1
Радиочастотная катушка внутри прозрачного корпуса (слева). Пястно-фаланговый сустав расположен над радиочастотной катушкой (в центре). Рука участника внутри аппарата МРТ (справа).

Испытуемый лежал ничком (рис. 2).

Рис. 2
Положение пациента при проведении МРТ.

Палец был зафиксирован специальным кабелем, и в то время, когда шла МРТ-съемка, этот кабель медленно вытягивали до момента, пока испытуемый не сообщит о хрусте сустава. Участник мог в любой момент попросить остановить эксперимент по любой причине. В 5 суставах вытяжение прекращали сразу после появления хруста, а оставшиеся 5 продолжали вытягивать еще в течение примерно 5 секунд.


Результаты получились весьма очевидными.

Статические снимки показали, что пястно-фаланговые суставы с ожидаемым отсутствием любой газовой полости до начала вытяжения сустава являются нормальными. После вытяжения на снимках видно, как внутри сустава появилось темное пространство (рис. 3).

Рис. 3
Статическое изображение руки в фазе восстановления до хруста (слева). Рука после вытяжения сустава (справа). Обратите внимание на темное пространство внутри сустава (обозначено желтой стрелкой).

На МРТ-съемке показана последовательность событий, описанная Roston B. и Haines W. (видео)

На рис. 4 представлены 4 кадра, снятые на пястно-фаланговом суставе 4 пальца правой руки. Рис. 4А — фаза восстановления, рис. 4B — период до хруста, рис. 4C — период после хруста, рис. 4D — кадр после расслабления пальца.

Рис. 4
Фаза восстановления 4 пястно-фалангового сустава правой руки (А). Снимок пястно-фалангового сустава перед появлением хруста (B). Кадр сразу после хруста сустава (С). Вытяжение прекращается, и наступает рефрактерная фаза (D).

Kawchuk G. и его коллеги — первые, которые решили использовать МРТ-съемку с целью показать, как именно формируется характерный звук хруста в суставе и при каких обстоятельствах. Ученые доказали, что механизм возникновения суставного хруста ближе к кавитации, нежели схлопыванию пузырька воздуха. И тем самым подтвердили точку зрения Roston B. и Haines W., которая подразумевала, что характерный звук хруста появляется в момент формирования пузырька, а не схлопывания.

Теперь перед учеными стоит задача понять, есть ли польза от этого занятия?

Одно известно точно: привычка хрустеть никак не вредит здоровью суставов.


Источники:

  1. Kawchuk G. N. et al. Real-time visualization of joint cavitation //PloS one. – 2015. – Т. 10. – №. 4. – С. e0119470.
  2. Unsworth A, Dowson D, Wright V. (1971). "'Cracking joints'. A bioengineering study of cavitation in the metacarpophalangeal joint.". Ann Rheum Dis 30 (4): 348–58.
  3. Gregory N. Kawchuk, Jerome Fryer, Jacob L. Jaremko, Hongbo Zeng, Lindsay Rowe, Richard Thompson "Real-Time Visualization of Joint Cavitation" PLoS ONE April 15, 2015 doi:10.1371/journal.pone.0119470
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.