Математическая модель помогла расслышать схлопывание пузырьков в хрусте суставов

Исследователи построили математическую модель, описывающую динамику пузырьков газа в суставной жидкости, и показали, что полученные с ее помощью акустические параметры хорошо соответствуют реальному звуку хруста суставов. Эти выводы, опубликованные в журнале Scientific Reports, вновь сделали схлопывание пузырьков ведущей гипотезой, объясняющей феномен щелканья в суставах пальцев во время их растягивания.

Расслабление пястно-фалангового сустава нередко сопровождается характерным щелчком. Судя по всему, этот звук связан с наличием растворенного газа в синовиальной жидкости сустава — жидкой прослойке между поверхностями костей, которая не дает им тереться друг о друга. Причины хруста в суставах обсуждаются в научной литературе уже более 60 лет, тем не менее, ученые пока не пришли к согласию по этому поводу.

Основная гипотеза предполагает, что щелчок возникает из-за схлопывания пузырьков газа в момент растягивания сустава. Тем не менее, существует альтернативное объяснение, согласно которому звук сопровождает образование пузырька. В пользу второй гипотезы говорит работа 2015 года, в которой ученые при помощи видео-магнито-резонансной томографии проследили за процессами в суставной сумке и сообщили, что появление полости непосредственно предшествует щелчку.

В новой работе исследователь из Стэнфордского университета с коллегой из Политехнического института во Франции поставили под сомнение альтернативную гипотезу хруста в суставах, пояснив, что временного разрешения томографии недостаточно, чтобы проследить за динамикой образования и схлопывания пузырьков. Кроме того, ученые заявили, что образование пузырьков не должно сопровождаться таким громким звуком.

Напротив, исследователи показали, что теория схлопывания лучше объясняет феномен хруста в суставах, так как соответствует экспериментальным данным — другими словами, этот процесс теоретически может сопровождаться достаточно громким щелчком.

Для того чтобы это доказать, ученые построили математическую модель, описывающую процесс схлопывания пузырьков в синовиальной жидкости при изменении давления в упрощенном двумерном суставе. Полученные при помощи модели теоретические акустические параметры — громкость и частота щелчка — хорошо соответствовали экспериментально полученным данным, которые ученые взяли из литературы, а также записали самостоятельно.

Исследователи отмечают, что успешное применение их относительно простой модели позволит поставить точку в споре о причине хруста в суставах, и для этого собираются промоделировать динамику образования пузырьков.

Ученые спорят не только о причинах хруста в суставах, но и о том, приводит ли привычка хрустеть пальцами к артриту. Чтобы доказать отсутствие связи с артритом, доктор Дональд Унгер (Donald Unger) в течение 60 лет каждый день хрустел пальцами на левой кисти, а правую оставил в качестве контроля. За эту работу, доказывающую безвредность щелканья в суставах (для конкретного человека) ученый в 2009 году был

Шнобелевской премии по медицине.