Этот эффект усиливается благодаря тому, что волокна коллагена в более мелких зазубренностях ориентированы таким образом, что они создают дополнительный растягивающий эффект (Jasinoski et al., 2010; Zhang & Yang, 2015). В силу такой многоуровневой зазубренности большие и малые шовные кривые связаны друг с другом отношениями фрактального подобия, то есть они геометрически связаны между собой и самоподобны в масштабах разного порядка (Yu et al., 2003) (рис. 3.9). Наличие фрактальности в организации швов черепа указывает на наличие еще более тонких настроек в регуляции зависимости между распределениями натяжений через мембраны и морфологией костей черепа. Однако пока что мы не будем углубляться в эти нюансы, а сосредоточимся на том, как наша основная тенсегрити-модель соотносится с реальностью. Для этого нам необходимо подробнее рассмотреть наиболее важные моменты, лежащие в ее основе физиологии, начиная с ранних этапов эмбриональной фазы развития. Рис. 8.4. (A) Растущий мозг первоначально давит на мембрану эктоменинкса (фиолетовые стрелки), в которой возникает внутреннее натяжение, приводящее к появлению очагов концентрации нагрузки и запуску процесса локального окостенения. (B) Процесс окостенения внутри эктоменинкса продолжается (красные стрелки), постепенно оформляя его дифференциацию на три слоя: внешний надкостничный, собственно костный, внутренняя дуральная мембрана твердой мозговой оболочки. Эмбриональное развитие Принципиально важен тот факт, что формирование костей свода черепа проходит через несколько этапов. В период эмбрионального развития растущий мозг давит на окружающую мембрану эктоменинкса и примерно через 8 недель внутри развиваются уплотнения, в которых начинается развитие собственно кости внутри соединительно-тканной мембраны (Jin et al., 2016) (рис. 8.4A). Дальнейшее развитие кости — окостенение приводит к разделению исходной единой мембраны эктоменинкса на внешнюю надкостницу и внутреннюю мозговую оболочку. В результате к моменту завершения нормальной беременности у доношенного ребенка кости черепа плотно прилегают друг к другу, но при этом они разделены швами.
В этот период швы, соединяющие кости черепа, находятся в состоянии максимальной пластичности, поскольку в них пока еще не произошло окостенение. Рост кости регулируется сложными взаимодействиями между остеобластами (костнообразующими клетками, которые группируются вокруг растущих краев кости) и эпителиальными и мезенхимными клетками в мембране твердой мозговой оболочки под швами (рис. 8.5). Эти остеобласты продуцируют химические вещества (митогены), которые распространяются к клеткам твердой мозговой оболочки — дуральной мембраны, которая находится под измененным натяжением. В совокупности этой приводит к изменению настроек клеточной функции, как было описано на рис. 5.8E. Рис. 8.5. Схема сагиттального шва, показывающая (упрощенную) циклическую связь между химическими веществами, продуцируемыми остеобластами на передних краях растущей кости (желтые стрелки), эпителиальными (зеленые стрелки) и мезенхимальными (серые стрелки) клетками в твердой мозговой оболочке, и натяжением мембраны (красные стрелки). Затем подвижные клетки мигрируют к переднему краю кости (зеленые стрелки) и трансформируются в новые остеобласты, за счет которых продолжается прирост кости в направлении шва (фронтальное сечение, не в масштабе). В результате запускается каскад тканевых трансформаций. Некоторые из эпителиальных клеток трансформируются в подвижные мезенхимальные клетки, которые мигрируют к краям кости, там, в свою очередь, и превращаются в остеобласты свода черепа, которые и увеличивают рост и размеры растущей кости (Gagan et al., 2007). Этот цикл роста костей свода черепа продолжается приблизительно до семи лет, а наличие соединительнотканных волокон в швах предотвращает слияние костей свода черепа друг с другом (Herring, 2008). Интегрально-интегрированный череп Почему переход от существующей гидростатической интерпретации развития свода черепа к новому биотенсегрити-подходу заслуживает столь пристального внимания? За этим стоит несколько причин. Во-первых, это хорошая иллюстрация того, почему привычное использование инженерных аналогий (таких, как гидростатика) в биологии/биомеханике ведет к неверным выводам. В свою очередь, по причине того, что медицина — это практическое продолжение биологии, неверные инженерные выводы относительно биомеханических процессов имеют очень высокую цену — ошибочные стратегии и методы лечения. Инженерное дело, основанное на инженерном мышлении и подходе , прекрасно своей практичностью, своей нацеленностью на проверяемый результат, своим желанием разобраться в деталях. Но на практике мы чаще всего имеем дело с инженерным методом и расчетами , которые начинаются с «округления до простой аналогии» с последующими уточнениями (дополнительными знаками после запятой). В отличие от инженерного дела в биологии «округление до простой аналогии» — это ошибка, а не приближение к правильному пониманию.