Imagínese esto: un callejón oscuro donde el tipo malvado suave tiene arrinconó un punto de complot indefenso. Se avecina detrás del tipo malvado alguien tan ancho como él es alto. El músculo genérico tiene un afeitado. cabeza, dientes perdidos y una camiseta adulta. El punto de la trama se encoge a medida que el músculo se mueve. Pero, antes de azotar a los que pronto estarán muertos punto de la trama, las miradas musculares y el sonido de los nudillos crujientes resuena en las paredes.
A pesar de los clichés de las películas, las juntas de estallido siguen siendo algo misterioso Después de algunos experimentos y una gran cantidad de pensamiento (y argumento, probablemente relacionado con el crujido de los nudillos), los científicos concluyeron que el estallido se debió al colapso de burbujas de cavitación en el fluido que lubrica las articulaciones. Ese la explicación no fue cuestionada durante unos 40 años, hasta que más Experimentos sofisticados demostraron que, después del estallido, todavía había burbujas en el líquido articular. �Cómo podría el colapso de burbujas sería la fuente de sonido si las burbujas todavía estuvieran allí? Ahora, un par de científicos ha desarrollado un modelo matemático. de grietas en los nudillos que muestran cómo ambas pueden ser ciertas.
Chupando burbujas
El estallido articular generalmente ocurre cuando los huesos de la articulación están De repente separados por una cantidad inusual de líquido. Como los dos huesos las superficies se separan, el líquido entre las articulaciones sufre repentinamente pérdida de presión. Cuando la presión baja lo suficiente, el fluido gira a un gas, creando una burbuja. Esto es cavitación.
El fluido a alta presión que rodea la burbuja se precipita y aplasta la vida de la burbuja muy rápidamente. El rápido colapso genera ondas de presión que dejan el fluido como ondas de sonido. los colapso muy fuerte de las burbujas es lo que genera el ruido de estallido característico. Pero un punto clave es que las burbujas terminar muerto Sin embargo, la evidencia experimental dice que todavía hay burbujas en el líquido articular incluso después de que los ecos hayan muerto lejos.
El gran desafío para entender esto en detalle es que atrae mucha física diferente en mucho tiempo diferente escamas. Modelar todo el desastre de principio a fin es realmente muy difícil.
Soluciones por partes
Para comprender la cavitación en las articulaciones de los nudillos, un par de físicos analizó sus procesos por separado: formación de burbujas, burbuja colapso y generación de ondas sonoras. Las ecuaciones para cada proceso. fueron desarrollados y resueltos utilizando los resultados del paso anterior. Entonces, por ejemplo, las ecuaciones que modelan el colapso de la bubble toma las propiedades de la burbuja de la salida de ecuaciones que modelan el proceso de formación de burbujas. Entonces el colapso de la burbuja se utiliza para generar ondas de sonido en un tercero, separado model.
Los investigadores encontraron que la formación de burbujas probablemente ocurre exactamente como se esperaba: siempre que el espacio entre los huesos en el la articulación es relativamente pequeña, un fuerte tirón bajará la presión rápidamente suficiente para asegurar que parte del líquido articular se vaporice y burbujee puede formar. Pero estas ecuaciones solo modelan la caída de presión y no El proceso de formación de burbujas. Entonces, de hecho, la entrada al siguiente La etapa del modelo no es una burbuja matemática con cálculo presiones internas y externas. En cambio, el tamaño de la burbuja es adivinado y solo se calcula la presión.
En el siguiente paso, sin embargo, los investigadores estaban por un sorpresa. La burbuja modelo colapsa rápidamente, como se esperaba. Pero no se colapsa completamente: la burbuja se estabiliza aproximadamente a la mitad de su tamaño original. Esto, nos dicen los investigadores, significa que hay acuerdo entre el modelo de cavitación para el estallido articular y el evidencia experimental. Pero, de nuevo, la historia es más matizada. En Según el modelo de los investigadores, la burbuja no puede desaparecer, y no puede colapsar a un radio infinitamente pequeño porque el gas adentro Hay que alcanzar una presión infinita. En cambio, la burbuja oscilará un poco y establecerse en un radio tal que la presión interna y La presión externa es igual. Eso es exactamente lo que los investigadores observar en su modelo matemático. Entonces, la supervivencia de la burbuja es una especie de incorporado a su modelo.
El paso final es predecir el sonido que hace la burbuja mientras se derrumba sobre sí mismo. Los resultados muestran claramente que el modelo predice el sonido de estallido bastante bien. se debe notar que hay bastante variación en las mediciones experimentales aquí, entonces el modelo predice las características generales que son comunes en todas las medidas, pero no en los detalles individuales mediciones.
Un pop es un pop es un pop
El acuerdo entre el experimento y el modelo es realmente bastante bueno, especialmente teniendo en cuenta la simplicidad del modelo. Mi gran La preocupación es que, al elegir el diámetro de la burbuja y el geometría de la articulación, esencialmente habían afinado su modelo caber. De alguna manera eso es cierto: los resultados del modelo cambian con Geometría conjunta. Y creo que esperaría eso. Simplemente no puedo imagine que una articulación de cadera emitiría el mismo sonido que un dedo articulación cuando estalló.
Por otro lado, esperaba que el diámetro del la burbuja importaría: una burbuja más grande haría un ruido diferente en comparación con una pequeña burbuja. Pero, los investigadores probaron eso, y El sonido sigue siendo el mismo. Aunque no investigaron el razón, sospecho que es porque, no importa cuán grande sea la burbuja es decir, solo puede colapsar al 50 por ciento de su tamaño, y la tasa de el colapso parece ser el mismo en ambos casos, lo que podría producir El mismo espectro acústico.
La investigación no aborda la muerte final de estos burbujas Hay, supongo, una serie de posibles vías que el burbuja puede tomar Podría fragmentarse en burbujas cada vez más pequeñas. Esto requeriría algún tipo de inestabilidad en la superficie de la burbuja, que no creo que esté incluido en el modelo. Alternativamente, el las burbujas desaparecen porque la superficie de la burbuja es permeable y el vapor del fluido articular se condensa en el fluido circundante, permitiendo la burbuja se encoge continuamente.
Es probable que ambos procesos sean lentos en comparación con el proceso de formación de burbujas y colapso. Para que podamos tener persistencia de burbujas después del estallido sin convertirlas en permanentes residentes de nuestras articulaciones.
Otra conclusión interesante del modelo es que hay No hay soluciones estables para las fuerzas de ruptura de articulaciones por encima de aproximadamente 15 Newtons. Esto está en contraste con los experimentos, donde los investigadores tienen descubrió que las personas a menudo aplican alrededor de 100 Newtons de fuerza. los Los investigadores sugieren que gran parte de esa fuerza es absorbida por el tejido circundante para que solo una pequeña fracción de la presión sea ejercido sobre la articulación.
El modelo también está bastante idealizado. Asume que la presión las ondas de una burbuja no influyen en la generación o el colapso de burbujas vecinas. Los investigadores reconocen que esto es probablemente no sea el caso porque se formarán las primeras burbujas a lo largo de la línea central de la articulación. A medida que esas burbujas colapsan, más Se forman burbujas más cerca del borde de la articulación. La presión las ondas de las burbujas que colapsan pasarán e influirán La formación y colapso de las burbujas descentradas. Estas interacciones complicadas crean un entorno rico en objetivos hasta el momento como va la física experimental y teórica.
Al final, los investigadores han hecho algo bastante bueno aquí. Han demostrado cómo dos resultados experimentales que parecen contradictorio puede no ser. Al mismo tiempo, han abierto un Un montón de preguntas nuevas: ¿cuánta fuerza termina en la articulación? �Por qué no importa el tamaño de la burbuja? �Cómo influyen las burbujas en cada uno? �otro? �A dónde van?
Los investigadores también plantean el punto de que el experimental La evidencia es bastante escasa. El problema es que la cavitación ocurre realmente rápido Por lo general, los científicos usan cámaras de alta velocidad para Observa la dinámica. Desafortunadamente, el interior de las articulaciones no son que susceptible a la fotografía de alta velocidad.
Informes científicos, 2018, DOI: 10.1038 / s41598-018-22664-4 (Acerca de DOIs).
