サバンナオオトカゲの口蓋バイオメカニクスにおける関節組織と顎の筋肉の役割と頭蓋運動の意義

The roles of joint tissues and jaw muscles in palatal biomechanics of the savannah monitor () and their significance for cranial kinesis.

• Alec T Wilken
• Kevin M Middleton
• Kaleb C Sellers
• Ian N Cost
• Casey M Holliday

抄録

多くの脊椎動物は頭蓋運動、すなわち顎関節以外の頭蓋骨と下顎骨の間の運動を示す。多くの脊椎動物は、柔軟性のある頭蓋関節や伸筋など、この運動を達成するための特殊な特徴を持っています。これらの運動系の筋骨格系の解剖学はよく理解されていますが、これらの関節がどのようにバイオメカニクス的に負荷を受けるのか、異なる軟組織がどのように関節負荷と運動能力に影響を与えるのか、そしてどのように分度筋が頭蓋骨に負荷を与えるのかについては、まだ十分に理解されていません。ここでは、運動量の少ないトカゲであるサバンナオオトカゲの有限要素モデルを提示し、可動関節の軟部組織の役割と頭蓋負荷における分度筋の役割をより明確にする。顎の筋肉の3次元結果と口蓋骨関節、眼窩関節、顎関節の組織学的解析を行った。口蓋と脳蓋上の筋肉のバイオメカニクス的役割を評価するために、関節組織の種類、咬合点、筋肉の負荷の影響を試験した。その結果、顎の筋肉は、口蓋骨関節全体に安定性を与えることができる重要な中間側のコンポーネントを持っていることがわかりました。関節組織は口蓋骨関節と骨膜関節の周囲で経験されるひずみの大きさに影響を与えます。分度器筋の負荷がなければ、口蓋、四叉神経および脳蓋はより高いひずみを経験し、この筋が脳蓋と口蓋四叉神経を高負荷から絶縁するのに役立っていることを示唆しています。の骨の断面特性は、ねじり荷重下での動作に適していることがわかりました。これらの結果は、ねじり荷重が、これまでに評価されていた以上に、レピドサウルスの頭蓋運動の進化において重要な役割を果たしていた可能性を示唆している。

Numerous vertebrates exhibit cranial kinesis, or movement between bones of the skull and mandible other than at the jaw joint. Many kinetic species possess a particular suite of features to accomplish this movement, including flexible cranial joints and protractor musculature. Whereas the musculoskeletal anatomy of these kinetic systems is well understood, how these joints are biomechanically loaded, how different soft tissues affect joint loading and kinetic capacity, and how the protractor musculature loads the skull remain poorly understood. Here, we present a finite element model of the savannah monitor, , a modestly kinetic lizard, to better elucidate the roles of soft tissue in mobile joints and protractor musculature in cranial loading. We describe the 3D resultants of jaw muscles and the histology of palatobasal, otic and jaw joints. We tested the effects of joint tissue type, bite point and muscle load to evaluate the biomechanical role of muscles on the palate and braincase. We found that the jaw muscles have significant mediolateral components that can impart stability across palatocranial joints. Articular tissues affect the magnitude of strains experienced around the palatobasal and otic joints. Without protractor muscle loading, the palate, quadrate and braincase experience higher strains, suggesting this muscle helps insulate the braincase and palatoquadrate from high loads. We found that the cross-sectional properties of the bones of are well suited for performing under torsional loads. These findings suggest that torsional loading regimes may have played a more important role in the evolution of cranial kinesis in lepidosaurs than previously appreciated.

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