Tejido blando

Tejido del cuerpo que no se endurece por osificación.

Micrografía de un tendón . Tinción de hematoxilina y eosina .

El tejido blando conecta , rodea o sostiene los órganos internos y los huesos, e incluye músculos , tendones , ligamentos , grasa , tejido fibroso , vasos linfáticos y sanguíneos , fascias y membranas sinoviales . ^{[1] [2]}  El tejido blando es tejido del cuerpo que no se endurece por los procesos de osificación o calcificación, como los huesos y los dientes . ^[1]

A veces se define por lo que no es, como " mesénquima extraesquelético no epitelial exclusivo del sistema reticuloendotelial y la glía ". ^[3]

Composición

Las sustancias características dentro de la matriz extracelular de los tejidos blandos son el colágeno , la elastina y la sustancia fundamental . Normalmente, el tejido blando está muy hidratado debido a la sustancia fundamental. Los fibroblastos son las células más comunes responsables de la producción de fibras y sustancia fundamental de los tejidos blandos. Las variaciones de fibroblastos, como los condroblastos , también pueden producir estas sustancias. ^[4]

Características mecánicas

En caso de pequeñas tensiones , la elastina confiere rigidez al tejido y almacena la mayor parte de la energía de la tensión . Las fibras de colágeno son comparativamente inextensibles y suelen estar sueltas (onduladas, rizadas). A medida que aumenta la deformación del tejido, el colágeno se estira gradualmente en la dirección de la deformación. Cuando están tensas, estas fibras producen un fuerte crecimiento de la rigidez del tejido. El comportamiento compuesto es análogo al de una media de nailon , cuya banda de goma hace el papel de elastina mientras que el nailon hace el papel de colágeno. En los tejidos blandos, el colágeno limita la deformación y protege los tejidos de las lesiones.

Los tejidos blandos humanos son muy deformables y sus propiedades mecánicas varían significativamente de una persona a otra. Los resultados de las pruebas de impacto mostraron que la rigidez y la resistencia a la amortiguación de los tejidos de un sujeto de prueba están correlacionadas con la masa, la velocidad y el tamaño del objeto que impacta. Estas propiedades pueden ser útiles para la investigación forense cuando se inducen contusiones. ^[5] Cuando un objeto sólido impacta un tejido blando humano, la energía del impacto será absorbida por los tejidos para reducir el efecto del impacto o el nivel de dolor; los sujetos con mayor grosor de tejido blando tendieron a absorber los impactos con menos aversión. ^[6]

Gráfico de la tensión lagrangiana (T) versus la relación de estiramiento (λ) de un tejido blando preacondicionado.

Los tejidos blandos tienen el potencial de sufrir grandes deformaciones y aún así volver a la configuración inicial cuando se descargan, es decir, son materiales hiperelásticos , y su curva de tensión-deformación es no lineal . Los tejidos blandos también son viscoelásticos , incompresibles y generalmente anisotrópicos . Algunas propiedades viscoelásticas observables en los tejidos blandos son: relajación , fluencia e histéresis . ^{[7] [8]} Para describir la respuesta mecánica de los tejidos blandos, se han utilizado varios métodos. Estos métodos incluyen: modelos macroscópicos hiperelásticos basados ​​en energía de deformación, ajustes matemáticos donde se utilizan ecuaciones constitutivas no lineales y modelos basados ​​en estructura donde la respuesta de un material elástico lineal se modifica por sus características geométricas. ^[9]

Pseudoelasticidad

Aunque los tejidos blandos tienen propiedades viscoelásticas, es decir, la tensión depende de la velocidad de deformación, se puede aproximar mediante un modelo hiperelástico después de acondicionarlos previamente a un patrón de carga. Después de algunos ciclos de carga y descarga del material, la respuesta mecánica se vuelve independiente de la velocidad de deformación.

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

A pesar de la independencia de la tasa de deformación, los tejidos blandos preacondicionados aún presentan histéresis, por lo que la respuesta mecánica se puede modelar como hiperelástica con diferentes constantes de material en carga y descarga. Mediante este método, se utiliza la teoría de la elasticidad para modelar un material inelástico. Fung ha denominado a este modelo pseudoelástico para señalar que el material no es verdaderamente elástico. ^[8]

Estrés residual

En estado fisiológico, los tejidos blandos suelen presentar una tensión residual que puede liberarse cuando se extirpa el tejido . Los fisiólogos e histólogos deben ser conscientes de este hecho para evitar errores al analizar los tejidos extirpados. Esta retracción suele provocar un artefacto visual . ^[8]

Material elástico-fúngico

Fung desarrolló una ecuación constitutiva para tejidos blandos preacondicionados que es

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

con

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

formas cuadráticas de las deformaciones de Green-Lagrange y , y constantes del material. ^[8] es la función de energía de deformación por unidad de volumen, que es la energía de deformación mecánica para una temperatura dada. ${\displaystyle E_{ij}}$ ${\displaystyle a_{ijkl}}$ ${\displaystyle b_{ijkl}}$ ${\displaystyle c}$ ${\displaystyle W}$

Simplificación isotrópica

El modelo de Fung, simplificado con la hipótesis isotrópica (mismas propiedades mecánicas en todas las direcciones). Está escrito con respecto a los estiramientos principales ( ): ${\displaystyle \lambda _{i}}$

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

donde a, b y c son constantes.

Simplificación para tramos pequeños y grandes

Para cepas pequeñas, el término exponencial es muy pequeño y, por lo tanto, despreciable.

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

Por otra parte, el término lineal es insignificante cuando el análisis se basa únicamente en grandes deformaciones.

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

Material suave y elástico.

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

donde es el módulo de corte para deformaciones infinitesimales y es un parámetro de rigidez, asociado con la extensibilidad limitante de la cadena. ^[10] Este modelo constitutivo no se puede estirar en tensión uniaxial más allá de un estiramiento máximo , que es la raíz positiva de ${\displaystyle \mu >0}$ ${\displaystyle J_{m}>0}$ ${\displaystyle J_{m}}$

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

Remodelación y crecimiento

Los tejidos blandos tienen el potencial de crecer y remodelarse reaccionando a cambios químicos y mecánicos a largo plazo. La tasa de producción de tropocolágeno por parte de los fibroblastos es proporcional a estos estímulos. Las enfermedades, las lesiones y los cambios en el nivel de carga mecánica pueden inducir la remodelación. ^{[11] [12]} Un ejemplo de este fenómeno es el engrosamiento de las manos de los agricultores. La remodelación de los tejidos conectivos es bien conocida en los huesos por la ley de Wolff ( remodelación ósea ). La mecanobiología es la ciencia que estudia la relación entre el estrés y el crecimiento a nivel celular. ^[7]

El crecimiento y la remodelación tienen un papel importante en la causa de algunas enfermedades comunes de los tejidos blandos, como la estenosis arterial y los aneurismas ^{[13] [14]} y cualquier fibrosis de los tejidos blandos . Otro ejemplo de remodelación tisular es el engrosamiento del músculo cardíaco en respuesta al aumento de la presión arterial detectado por la pared arterial .

Técnicas de imagen

Hay ciertas cuestiones que deben tenerse en cuenta al elegir una técnica de obtención de imágenes para visualizar los componentes de la matriz extracelular (ECM) de los tejidos blandos. La precisión del análisis de imágenes depende de las propiedades y la calidad de los datos brutos y, por lo tanto, la elección de la técnica de obtención de imágenes debe basarse en cuestiones como:

1. Tener una resolución óptima para los componentes de interés;
2. Conseguir un alto contraste de dichos componentes;
3. Mantener bajo el número de artefactos;
4. Tener la opción de adquisición de datos de volumen;
5. Mantener el volumen de datos bajo;
6. Establecer una configuración fácil y reproducible para el análisis de tejidos.

Las fibras de colágeno tienen un espesor aproximado de 1-2 μm, por lo que la resolución de la técnica de obtención de imágenes debe ser de aproximadamente 0,5 μm. Algunas técnicas permiten la adquisición directa de datos de volumen, mientras que otras requieren el corte de la muestra. En ambos casos, el volumen que se extrae debe poder seguir los haces de fibras a lo largo del volumen. El alto contraste facilita la segmentación , especialmente cuando se dispone de información de color. Además, también debe abordarse la necesidad de fijación . Se ha demostrado que la fijación de tejidos blandos en formalina provoca encogimiento, alterando la estructura del tejido original. Algunos valores típicos de contracción para diferentes fijaciones son: formalina (5% - 10%), alcohol (10%), bouin (<5%). ^[15]

Métodos de imagen utilizados en la visualización de ECM y sus propiedades. ^{[15] [16]}

Importancia clínica

Los trastornos de los tejidos blandos son afecciones médicas que afectan a los tejidos blandos. Las lesiones de los tejidos blandos son algunas de las afecciones crónicamente más dolorosas y difíciles de tratar porque es muy difícil ver lo que sucede debajo de la piel con los tejidos conectivos blandos, la fascia, las articulaciones, los músculos y los tendones. ^{[ cita requerida ]}

Los especialistas musculoesqueléticos, terapeutas manuales, fisiólogos neuromusculares y neurólogos se especializan en el tratamiento de lesiones y dolencias en las áreas de tejidos blandos del cuerpo. Estos médicos especializados a menudo desarrollan formas innovadoras de manipular el tejido blando para acelerar la curación natural y aliviar el misterioso dolor que a menudo acompaña a las lesiones de tejidos blandos. Esta área de especialización se conoce como terapia de tejidos blandos y se está expandiendo rápidamente a medida que la tecnología continúa mejorando la capacidad de estos especialistas para identificar áreas problemáticas. ^{[ cita requerida ]}

Un nuevo método prometedor para tratar heridas y lesiones de tejidos blandos es a través del factor de crecimiento derivado de plaquetas . ^[17]

Existe una estrecha superposición entre el término "trastorno de los tejidos blandos" y el término reumatismo . A veces se utiliza el término "trastornos reumáticos de los tejidos blandos" para describir estas afecciones. ^[18]

Los sarcomas de tejidos blandos son muchos tipos de cáncer que pueden desarrollarse en los tejidos blandos.

Véase también

• Biomaterial
• Biomecánica
• Ley de Davis
• Reología

Referencias

1. "Tejido blando" . Consultado el 13 de julio de 2020 .
2. "Tejido blando". Diccionarios del NCI . en Instituto Nacional del Cáncer .
3. Skinner HB (2006). Diagnóstico y tratamiento actuales en ortopedia . Stamford, Connecticut: Lange Medical Books/McGraw Hill. pág. 346. ISBN 0-07-143833-5.
4. Junqueira LC, Carneiro J, Gratzl M (2005). Histología . Heidelberg: Springer Medizin Verlag. pag. 479.ISBN​ 3-540-21965-X.
5. Amar M, Alkhaledi K, Cochran D (2014). "Estimación de propiedades mecánicas de tejido blando sometido a impacto dinámico". Revista de investigación en ingeniería . 2 (4): 87–101. doi : 10.7603/s40632-014-0026-8 .
6. Alkhaledi K, Cochran D, Riley M, Stentz T, Bashford G, Meyer G (agosto de 2011). "Los efectos psicofísicos del impacto físico en el tejido blando humano". Actas de la 29.ª Conferencia Europea Anual sobre Ergonomía Cognitiva . págs. 269-270. doi :10.1145/2074712.2074774. ISBN . 9781450310291.S2CID34428866  .​
7. Humphrey JD (2003). "Biomecánica del continuo de los tejidos biológicos blandos". Actas de la Royal Society of London A . 459 (2029): 3–46. Bibcode :2003RSPSA.459....3H. doi :10.1098/rspa.2002.1060. S2CID  108637580.
8. Fung YC (1993). Biomecánica: propiedades mecánicas de los tejidos vivos . Nueva York: Springer-Verlag. pág. 568. ISBN 0-387-97947-6.
9. Sherman VR, Yang W, Meyers MA (diciembre de 2015). "La ciencia de los materiales del colágeno". Revista del comportamiento mecánico de materiales biomédicos . 52 : 22–50. doi : 10.1016/j.jmbbm.2015.05.023 . PMID  26144973.
10. Gent AN (1996). "Una nueva relación constitutiva para el caucho". Rubber Chem. Technol . 69 : 59–61. doi :10.5254/1.3538357.
11. Saini K, Cho S, Dooling LJ, Discher DE (enero de 2020). "La tensión en las fibrillas suprime su degradación enzimática: un mecanismo molecular para 'úsalo o piérdelo'". Matrix Biology . Matrix Biomechanics. 85–86: 34–46. doi :10.1016/j.matbio.2019.06.001. PMC 6906264 . PMID  31201857. 
12. Topol H, Demirkoparan H, Pence TJ (1 de septiembre de 2021). "Colágeno fibrilar: una revisión del modelado mecánico del recambio enzimático mediado por tensión". Applied Mechanics Reviews . 73 (5): 050802. Bibcode :2021ApMRv..73e0802T. doi :10.1115/1.4052752. ISSN  0003-6900. S2CID  244582251.
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18. Meleger AL (junio de 2022). Isaac Z, Case SM (eds.). "Descripción general de los trastornos reumáticos de los tejidos blandos". UpToDate .

Enlaces externos

• Medios relacionados con Tejidos blandos en Wikimedia Commons