Деформация, возникающая при приложении и снятии силы, называется «упругой» деформацией. Деформация, возникающая после приложения или снятия силы, называется «вязкой» деформацией. Поскольку ткани тела обладают как упругими, так и вязкими свойствами, их называют «вязкоупругими». Если время восстановления между последовательными нагрузками недостаточно велико для данной силы и продолжительности, восстановление не будет полным, и сухожилие будет растягиваться с каждым последующим напряжением. Гольдштейн и др. (1987) обнаружили, что когда сухожилия сгибателей пальцев подвергались физиологической нагрузке в течение 8 секунд (с) и отдыху в течение 2 с, накопленная вязкая деформация после 500 циклов была равна упругой деформации. Когда сухожилия подвергались 2-секундной работе и 8-секундному отдыху, накопленная вязкая деформация после 500 циклов была незначительной. Критическое время восстановления для заданных профилей работы и отдыха еще не определено.
Сухожилия можно охарактеризовать как сложные структуры с параллельными пучками коллагеновых волокон, расположенными в студенистой матрице мукополисахарида. Силы растяжения на концах сухожилия вызывают разворачивание складок и выпрямление нитей коллагена. Дополнительные нагрузки вызывают растяжение выпрямленных прядей. Следовательно, сухожилие становится жестче по мере того, как оно становится длиннее. Силы сжатия, перпендикулярные длинной оси сухожилия, заставляют нити коллагена сближаться, что приводит к уплощению сухожилия. Силы сдвига на стороне сухожилия вызывают смещение нитей коллагена, ближайших к поверхности, по отношению к наиболее удаленным, и придают боковому виду сухожилия перекошенный вид.
Сухожилия как структуры
Силы передаются через сухожилия для поддержания статического и динамического баланса для определенных рабочих требований. Сокращающиеся мышцы имеют тенденцию вращать суставы в одном направлении, в то время как вес тела и рабочих предметов имеет тенденцию вращать их в другом. Точное определение этих сухожильных сил невозможно, потому что на каждую суставную структуру действует множество мышц и сухожилий; однако можно показать, что мышечные силы, действующие на сухожилия, намного превышают вес или силы реакции рабочих объектов.
Силы, возникающие при сокращении мышц, называются силами растяжения, потому что они растягивают сухожилия. Растягивающие силы можно продемонстрировать, потянув за концы резиновой ленты. Сухожилия также подвергаются силам сжатия и сдвига, а также давлению жидкости, что показано на рисунке 4 для сухожилий сгибателей пальцев в запястье.
Рисунок 1. Схематическая диаграмма сухожилия, натянутого вокруг анатомической поверхности или шкива, и соответствующих сил растяжения (Ft), сил сжатия (Fc), сил трения (Ff) и гидростатического давления или давления жидкости (Pf).
Усилие пальцев для захвата или манипулирования рабочими предметами требует сокращения мышц предплечья и кисти. Когда мышцы сокращаются, они натягивают концы соответствующих сухожилий, которые проходят через центр и окружность запястья. Если запястье не удерживается в таком положении, чтобы сухожилия были совершенно прямыми, они будут давить на соседние структуры. Сухожилия сгибателей пальцев надавливают на кости и связки внутри запястного канала. Можно увидеть, как эти сухожилия выпячиваются под кожей по направлению к ладони во время сильного зажима согнутым запястьем. Точно так же можно увидеть, как сухожилия разгибателей и отводящих мышц выступают на тыльной и боковой сторонах запястья, когда оно разгибается с вытянутыми пальцами.
Силы трения или сдвига вызываются динамическими нагрузками, при которых сухожилия трутся о соседние анатомические поверхности. Эти силы действуют параллельно поверхности сухожилия. Силы трения можно почувствовать, одновременно нажимая и скользя рукой по плоской поверхности. Скольжение сухожилий по соседней анатомической поверхности аналогично скольжению ремня по шкиву.
Давление жидкости вызвано физическими нагрузками или позами, которые вытесняют жидкость из пространств вокруг сухожилий. Исследования давления в запястном канале показывают, что контакт запястья с внешними поверхностями и определенные позы создают давление, достаточно высокое, чтобы нарушить кровообращение и угрожать жизнеспособности тканей (Lundborg, 1988).
Сокращение мышцы вызывает немедленное растяжение ее сухожилия. Сухожилия соединяют мышцы вместе. Если нагрузка сохраняется, сухожилие будет продолжать растягиваться. Расслабление мышцы приводит к быстрому восстановлению сухожилия, за которым следует медленное восстановление. Если первоначальное растяжение было в определенных пределах, сухожилие восстановится до своей первоначальной длины без нагрузки (Fung 1972).
Сухожилия как живые ткани
Сила сухожилий противоречит деликатности основных физиологических механизмов, с помощью которых они питаются и заживают. Внутри сухожильного матрикса вкраплены живые клетки, нервные окончания и кровеносные сосуды. Нервные окончания передают информацию в центральную нервную систему для контроля моторики и предупреждения об острой перегрузке. Кровеносные сосуды играют важную роль в питании некоторых участков сухожилия. Некоторые участки сухожилий лишены сосудов и зависят от диффузии жидкости, выделяемой синовиальными выстилками наружных влагалищ сухожилий (Gelberman et al., 1987). Синовиальная жидкость также смазывает движения сухожилий. Синовиальные влагалища находятся в местах, где сухожилия соприкасаются с соседними анатомическими поверхностями.
Чрезмерная эластичная или вязкая деформация сухожилия может повредить эти ткани и ухудшить их способность к заживлению. Предполагается, что деформация может препятствовать или прекращать кровообращение и питание сухожилий (Hagberg, 1982; Viikari-Juntura, 1984; Armstrong et al., 1993). Без адекватного кровообращения жизнеспособность клеток будет нарушена, а способность сухожилия к заживлению будет снижена. Деформация сухожилия может привести к небольшим разрывам, которые в дальнейшем способствуют повреждению клеток и воспалению. Если кровообращение восстановлено и сухожилию предоставлено достаточное время для восстановления, поврежденные ткани заживут (Gelberman et al., 1987; Daniel and Breidenbach, 1982; Leadbetter, 1989).
Заболевания сухожилий
Было показано, что заболевания сухожилий имеют предсказуемый характер (Armstrong et al., 1993). Их расположение происходит в тех частях тела, которые связаны с высокой концентрацией нагрузки (например, в сухожилиях надостной мышцы, двуглавой мышцы, наружных мышцах-сгибателях и разгибателях пальцев). Также существует связь между интенсивностью работы и распространенностью заболеваний сухожилий. Эта закономерность также была показана для спортсменов-любителей и профессиональных спортсменов (Leadbetter, 1989). Общими факторами как у рабочих, так и у спортсменов являются повторяющиеся нагрузки и перегрузка мышечно-сухожильных единиц.
В определенных пределах повреждения, вызванные механической нагрузкой, заживают. Процесс заживления делится на три стадии: воспалительную, пролиферативную и ремоделирующую (Gelberman et al., 1987; Daniel and Breidenbach, 1982). Воспалительная стадия характеризуется наличием полиморфно-ядерно-клеточной инфильтрации, капиллярного почкования и экссудации и длится несколько дней. Пролиферативная стадия характеризуется пролиферацией фибробластов и беспорядочно ориентированных коллагеновых волокон между участками раны и прилегающими тканями и длится несколько недель. Фаза ремоделирования характеризуется выравниванием коллагеновых волокон в направлении нагрузки и длится несколько месяцев. Если ткани повторно повреждаются до завершения заживления, восстановление может быть отложено, а состояние может ухудшиться (Leadbetter 1989). В норме заживление приводит к укреплению или адаптации ткани к механическому воздействию.
Последствия повторяющихся нагрузок проявляются в сухожилиях сгибателей пальцев предплечья, где они соприкасаются с внутренними стенками запястного канала (Louis, 1992; Armstrong et al., 1984). Показано прогрессирующее утолщение синовиальной ткани между краями запястного канала и центром, где контактные напряжения на сухожилия наибольшие. Утолщение сухожилий сопровождается синовиальной гиперплазией и разрастанием соединительной ткани. Утолщение сухожильных влагалищ является часто упоминаемым фактором компрессии срединного нерва внутри запястного канала. Можно утверждать, что утолщение синовиальных тканей является адаптацией сухожилий к механической травме. Если бы не вторичное влияние на компрессию срединного нерва, приводящее к синдрому запястного канала, это можно было бы считать желательным исходом.
До тех пор, пока не будут определены оптимальные режимы нагрузки на сухожилия, работодатели должны следить за работниками на наличие признаков или симптомов заболеваний сухожилий, чтобы они могли вмешиваться в изменения работы для предотвращения дальнейших травм. Рабочие места следует проверять на наличие явных факторов риска каждый раз, когда выявляется или подозревается проблема с верхней конечностью. Рабочие места также следует проверять каждый раз, когда происходят изменения в стандарте работы, процедуре или инструментах, чтобы гарантировать, что факторы риска сведены к минимуму.