Фасция — это богатая коллагеном соединительная ткань, играющая важную роль в передаче натяжения (Passerieux et al., 2007; Stecco, 2015; Wilke et al., 2018). В ходе развития организма фасция естественным образом дифференцируется и ветвится, создавая гетерархию уровней вложенности или трубки внутри трубок. Такое строение особенно заметно в поперечных сечениях конечностей (рис. 6.11). Миофасция — это специализированная, богатая коллагеновая ткань, которая структурно интегрирована с мышцами.
На микроуровне миофасция представлена тонкой сетью эндомизия, которая окружает индивидуальные мышечные волокна. В свою очередь, сеть эндомизия непрерывным образом связана со следующим, более высоким уровнем вложенности (гетерархии), а именно с перимизием, который объединяет группы волокон в параллельные пучки (фасцикулы). Следующий уровень миофасцальной гетерархии — это эпимизий, покрывающий всю мышцу. После этого уровня непрерывная миофасциальная сеть становится так называемой глубокой фасцией, окружающей целые группы мышц (Scarr, 2016a).
Функционально все эти оболочки работают единым комплексом, передающим мышечные сокращения сухожилиям, а также к внутримышечным и межмышечным фасциальным соединениям (van der Wal, 2009; Huijing, 2012). Хотя организация и ориентация волокон в этих тканях весьма разнообразны (особенно в эндомизии), но тем не менее можно выделить главные тенденции, паттерны. Важнейший структурно-функциональный паттерн, наблюдаемый в миофасциальной системе, состоит в том, что перимизий и эпимизий обычно усилены двумя спирализованными перекрестными слоями коллагена с усредненной ориентацией волокон, близкой к оптимальному углу 55° в состоянии покоя (Purslow, 2010) (рис. 6.9).
Рис. 6.11. Миофасциальная гетерархия. (А) Схематичное изображение поперечного среза мышц, показывающее гетерархическую организацию миофасциальных трубок (не в масштабе).
(B) Поперечное сечение бедра, показывающее большие миофасциальные трубки, окружающие отдельные мышцы и всю конечность в целом
Мы уже поднимали вопрос об оптимальности угла 54,44° и 55° при обсуждении рис. 6.9. Такая связь между углом наклона волокна и изменениями объема применима не только для случая трубки с круглым поперечным сечением, но и для мышцы. (Хотя мышцы, как правило, имеют менее геометрически правильную форму, которая чаще всего ближе к эллиптической) (приложение 2). Таким образом, на практике распространенные представления о мышечных гидростатах (несжимаемой жидкости, поддерживающей форму мышц) оказываются весьма сомнительными, в то время как, наоборот, биотенсегрити-модель полностью согласуется с фасциальной анатомией (волокон, капилляров, ячеек и т. д.) (приложение 3).
Перекрестные спиральные трубки, состоящие из чередующихся слоев волокон коллагена, расположенных под углом ~55°, формируют стенки тела огромного числа различных биологических видов, включая червей, кальмаров, рыб, амфибий, рептилий, дельфинов, китов, коров и т. д. (Scarr, 2016a).
Этот же принцип перекрестной спиральной организации волокон применим к строению многих миофасциальных органов: к языкам млекопитающих и ящериц, рукам и щупальцам головоногих моллюсков, и хоботам слонов (Kier, 2012). Все это подчеркивает повсеместную распространенность этого перекрестного спирального паттерна в живой природе.
Более того, именно спиральная перекрестная организация наилучшим образом описывает общие принципы залегания грудопоясничной и другой мускулатуры у людей (рис. 6.12). Функциональное значение перекрестной спиральности как с точки зрения движения человека, так и с точки зрения терапии, привлекает большое внимание (Stecco, 2004; Myers, 2014; Dischiavi et al., 2017).
Еще одной наглядной иллюстрацией повсеместности спиральной организации в полых и трубчатых элементах организма является успешность применения шва под названием «Китайская ловушка для пальцев» в желудочно-кишечной хирургии (Song et al., 2008).
Особенно важный функциональный пример перекрестной спиральной архитектуры — структурная организация стенок артерий и артериол, которым коллаген обеспечивает необходимое тканевое усиление, способное сдерживать подъемы давления крови внутри них. Спиральность внутренней структуры стенок принципиально важна и для регулирования потока в кровеносном русле за счет способности к переходу между сжатием и расширением под контролем автономной нервной системы (Holzapfel, 2006). Такой механизм позволяет трубкам легко изменяться в диаметре, сводя к минимуму колебания длины и напряжения.
Рис. 6.12. Мышечные и фасциальные волокна, которые обвиваются вокруг туловища, образуют спиральные структуры, которые продолжаются в шею и конечности
Циклические изменения артериального давления и объема в результате сокращения и расширения мышечных стенок артерий напрямую связаны с изменениями кардиореспираторной и симпатической нервной активности и напрямую влияют на кровоснабжение и лимфодренаж тканей. Эти колебания (волны Траубе — Геринга — Майера) были обнаружены еще в XVIII веке и дают ценную клиническую информацию как в норме, так и при патологических состояниях, однако, как ни удивительно, эти колебательные процессы по-прежнему плохо изучены (Lamia et al., 2005). Тем не менее можно предположить, что физиологическая и терапевтическая важность волн Траубе — Геринга — Майера в кровеносной системе, вероятно, связана с изменениями формы и натяжений миофасциальных сосудов более высокого уровня гетерархии, которые также обладают перекрестной спиральной организацией через пространства, в которых пролегают артерии (Scarr, 2013; 2016b) (рис. 6.11). Эти фасциальные сосуды также обладают трубчатой полостной архитектурой, и через них проходит ток межклеточной жидкости.
Непрерывное расширение и сокращение гетерархически вложенных кровеносных сосудов должно также вызывать связанные (отраженные) изменения объема фасциальных полостей и натяжения оболочек, которые их окружают, при этом с далеко идущими последствиями (Christ et al., 1995) (рис. 6.10).
Эти медленные колебательные изменения артериального и артериолярного калибра (объема и давления) создают эффект насоса, который модулирует жидкостные потоки внутри и между интерстициальной, лимфатической и венозной тканями. Поскольку фасциальные ткани структурно непрерывны с внеклеточным матриксом, который окружает практически каждую клетку в организме, то эти тесные внеклеточные и клеточные связи комплексным образом влияют на жизнедеятельность клеток (Rutkowski & Swartz, 2007; Yao & Ding, 2012; Benias et al. al., 2018). Некоторые из таких эффектов мы уже рассматривали в главе 5.
Жидкостный обмен имеет важнейшее значение для клеточного метаболизма. Это основной способ поставки и выведения веществ в клетку и из клетки. Замедление циркуляции жидкостных потоков ведет к развитию застойных явлений и негативно сказывается на здоровье и функционировании клеток. Поэтому поддержание нормальной интенсивности циркуляции межтканевой жидкости является одной из основ здоровой физиологии клеток. В классической биомеханике принято за данность, что главным ресурсом усиления циркуляции являются мышечные сокращения, так называемый гидродинамический насос. Но в этой глубоко механической интерпретации есть большая уязвимость. А как же работает система циркуляции в состоянии покоя, без мышечных сокращений? Поскольку мышечная активность эпизодична и очень энергозатратна, то такая героическая мышечная гидродинамика может быть только периодической и мобилизационной, но никак не фоновой и базисной.
Однако с точки зрения развития, роста, формообразования и, наконец, поддержания базового гомеостаза (здоровья) нас больше всего должны интересовать именно фоновые, постоянно действующие процессы поддержания здоровой циркуляции и жидкостного обмена.
Биотенсегрити как раз и дает нам новый ответ, переключая наше внимание с героической мышечной гидродинамики на фоновую, базисную механику жизнеобеспечения гомеостаза.
Биотенсегрити позволяет понять, каким образом функционирует постоянно работающий, колебательный, низкоамплитудный насос, приводимый в движение сосудами, который не прекращает свою работу и в состоянии покоя. Удивительно, но благодаря геодезической пространственной организации по Фуллеру такой насос работает «бесплатно» и по всему организму в целом, не требуя дополнительных специальных энергозатрат. По сути, мы имеем дело с конверсией колебательных процессов, вызванных работой кровеносной системы, в гидродинамический привод, обеспечивающий ток межтканевой и межклеточной жидкости.
Иначе говоря, это ситуация двойного выигрыша — win-win — для организма. Без преобразующей роли геодезической геометрии организму пришлось бы нести двойной расход, с одной стороны, на утилизацию и вывод колебаний, вызванных работой кровеносных сосудов, а с другой стороны, на отдельный гидродинамический привод для интерстициальных жидкостей. Благодаря тенсегрити-организации вместо двойного расхода природа реализует двойной выигрыш!
Очевидно, что этот общеорганизменный интерстициальный насос также является ключевым для нормальной работы процессов самообновления и самовосстановления тканей. Так у нас появляется обоснование для значительного числа ранее слабо изученных терапевтических процедур (Parsons & Marcer, 2006, p. 201; Hamm, 2011). Поскольку данный механизм является общей характеристикой сосудистой системы по всему телу, вполне вероятно, что именно он и обеспечивает непрерывную и эффективную мобилизацию или активацию гидродинамики во всем организме и на всех структурных масштабах: от микрометров до метров (приложение 3).
Рис. 6.13. Скрещенная спиральная структура чешуек боа-констриктора (A) и панголина (Manis javanica) (B). (Воспроизведено из Scarr, 2013; © Elsevier)
Другие интересные вариации перекрестных спиральных конфигураций обнаружены в микроструктуре чешуи рыб и панциря ракообразных (Raabe et al., 2005; Zimmermann et al., 2013), а также в расположении чешуек на конечностях панголина (Manis spp.). У панголина кератиновые чешуйки образуют левую и правую закрученные спирали, в которых углы спирализации различаются между собой (рис. 6.10D), что, в свою очередь, может быть отражением направленности коллагена в нижележащей миофасции и коже всех млекопитающих (Scarr, 2013; 2016b) (рис. 6.13B). Однако пока что это всего лишь догадка, и нам придется подождать до главы 10, чтобы выяснить, почему дело может обстоять именно так.