Ученые раскрывают секреты ахиллова сухожилия

Ходьба, прыжки и бег на длинную дистанцию приводят к движению стоп, в которых нагрузка приходится на ахиллово сухожилие. Удивительно, но пяточная кость и ахиллово сухожилие выдерживают огромные нагрузки. Команда врачей, физиков, химиков и инженеров из университета Мюнхена (University of Munich) теперь поняли — почему. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Materials.

Актуальность проблемы

Несмотря на то, что ахиллово сухожилие является самым мощным сухожилием в человеческом теле, оно часто травмируется. Сухожилие соединяет пяточную кость с икроножной мышцей и выдерживает вес в десять раз больше веса тела.

«Несмотря на то, что ортопеды лечат травмы сухожилий каждый день, мы еще мало знаем о точной гистологической структуре между костью и сухожилием. Биохимические процессы микромеханики и микроструктуры ткани почти не исследованы», — говорит Райнер Бургкарт (Rainer Burgkart).

Вместе с биохимиками и биофизиками врачи расшифровали секрет ахиллова сухожилия. Ученые обнаружили слой ткани между сухожилием и костью, который содержит чрезвычайно тонкие белковые волокна и обеспечивает ее прочность. Именно поэтому спортсмены во время прыжков через высокие барьеры не повреждают связки. На самом деле, сухожилие, скорее всего, разорвется, чем отделится от костной ткани.

«До сих пор считалось, что сухожилие прикрепляется непосредственно к кости. На самом деле существует переходная зона. Здесь сухожилие распадается на десятки тонких волокон с характерным биохимическим составом», — объясняет профессор Андреас Бауш (Andreas Bausch). «Тонкие волокна прочно закреплены на поверхности кости и механически очень прочные».

Материалы и методы исследования

В исследовании использовали тщательно подготовленный кусок свиной кости с сухожилием. Ученые с помощью микроскопа исследовали пограничный слой вдоль сухожилия и кости. Используя технологию микроскопа, были составлены десятки изображений в одном большом изображении.

«Таким образом, мы могли бы сделать видимыми структуру тонких, расщепленных волокон», — сообщает Бауш.

Затем ученые использовали флуоресцирующие антитела, чтобы увидеть специфические белки. Стало ясно, что тонкие волокна имеют биохимический состав, отличающийся от фактического сухожилия. В третьей части своего эксперимента исследователи использовали сухожилие под нагрузкой. В зависимости от направления нагрузки различные волокна оставались активными.

Результаты научной работы

«Эти результаты позволяют нам понять биохимические процессы между костями и сухожилиями, которые дают нашей двигательной системе чрезвычайную прочность», — резюмирует Бауш.

Литература

Rossetti L. et al. The microstructure and micromechanics of the tendon-bone insertion //Nature Materials. – 2017.