Mechanics Reveals the Biological Trigger in Wrinkly Fingers

Fingerspitzen falten durch lange Einwirkung von Wasser. Der biologische Grund für diese morphologische Veränderung ist unklar und noch nicht vollständig verstanden. Es gibt zwei Haupthypothesen für den zugrunde liegenden Mechanismus der Faltenbildung der Fingerspitzen: das ‚Shrink‘ -Modell (bei dem die Faltenbildung durch die Kontraktion der unteren Hautschichten in Verbindung mit dem Schrumpfen des darunter liegenden Gefäßsystems verursacht wird) und das ‚Swell‘ -Modell (bei dem die Faltenbildung durch die Schwellung der oberen Hautschichten in Verbindung mit Osmose verursacht wird). In Wirklichkeit treten gleichzeitig eine Kontraktion der unteren Hautschichten und eine Schwellung der oberen Schichten auf. Die relative Bedeutung dieser beiden Mechanismen für die Faltenbildung der Fingerspitzen bleibt jedoch ebenfalls unklar. Simulation der Schwellung in den oberen Schichten der Haut allein, die mit neurologischen Störungen verbunden ist, fanden wir, dass Falten über einer Zunahme des Volumens von erschienen Daher können die oberen Schichten dieses Schwellungsniveau nicht überschreiten, um in vivo Beobachtungen bei Patienten mit solchen neurologischen Störungen nicht zu widersprechen. Durch die Simulation der Kontraktion der unteren Hautschichten allein stellten wir fest, dass das Volumen a abnehmen muss, um Falten zu beobachten. Darüber hinaus fanden wir heraus, dass die kombinierte Wirkung beider Mechanismen zu ausgeprägten Falten führt, selbst bei geringer Schwellung und Kontraktion, wenn sie dies nicht einzeln tun. Dieses letztere Ergebnis zeigt, dass die kollaborative Wirkung beider Hypothesen erforderlich ist, um Falten in den Fingerspitzen zu induzieren. Unsere Ergebnisse zeigen, wie Modelle aus der Kontinuumsmechanik erfolgreich angewendet werden können, um Hypothesen für die Mechanismen zu testen, die der Faltenbildung der Fingerspitzen zugrunde liegen, und wie diese Effekte quantifiziert werden können.