Механические свойства биологических тканей. Вязкоупругие, упруговязкие и вязкопластичные системы. Механические свойства мышц, костей, кровеносных сосудов, легких
Страница 6

Биология » Механические свойства биологических тканей » Механические свойства биологических тканей. Вязкоупругие, упруговязкие и вязкопластичные системы. Механические свойства мышц, костей, кровеносных сосудов, легких

Сердечная мышца ведёт себя как вязко-упругое тело.

Коллаген, эластин и связующее вещество составляет основу биотканей.

Прочность костной ткани должна быть значительной, поскольку она является основным материалом опорно-двигательной системы. Она зависит от химического состава, общей структуры, системы внутреннего армирования, количества и прочности компонентов, ориентации основных компонентов по отношению к продольной оси кости, возраста, плотности, индивидуальных условий роста соответствующего организма, условий хранения экспериментальных костных образцов, участка кости, с которого снят образец, и т.д.

Компактная костная ткань обладает специфичным композиционным строением. Она представляет собой среду с пятью структурными уровнями.

Плотность костной ткани приблизительно равна 2,4 г/см3.

Возраст оказывает существенное влияние на прочность костной ткани. С увеличением возраста в костной ткани появляются изменения её химического состава и внутренней структуры.

Из экспериментов установлено, что для костной ткани самым опасным является растягивающее напряжение.

Диаграмма s - e костной ткани показана на рисунке.

e

При небольших деформациях для костей справедлив закон Гука: напряжение пропорционально относительной деформации, модуль упругости не зависит от напряжения. Модуль упругости костей может достигать ~ 109 Н/м2, то есть может превышать эффективные модули упругости мышц практически при всех нетравмирующих нагрузках.

Прочность костной ткани на растяжение при разрушении меняется от 150 до 177 МПа в зависимости от зоны поперечного сечения, с которой взят соответствующий экспериментальный образец. Эта прочность зависит от прочности отдельных компонентов: гидроксилапатита - с 600 до 700 МПа, коллагена - с 50 до 100 МПа.

Принимается, что волокна костной ткани деформируются преимущественно упругим образом, а матрицы (остальная ткань) - пластически и разрушаются хрупким образом.

Прочность костей на сжатие высокая. Несущая способность бедренной кости в продольном направлении выше 45000 Н для мужчин и 39000 Н для женщин. Образцы компактной кости, взятые с разных мест, обладают предельными напряжениями на сжатие от 120 до 170МПа.

Несущая способность костей при изгибе значительно меньше. Так, например, бедренная кость выдерживает нагрузку на изгиб до 2500 Н. Установлено, что прочность на кручение является наибольшей в возрасте от 25 до 35 лет (105,4 МПа), и после этого постепенно убывает. Для возрастной группы с 75 до 89 лет она достигает в среднем 90,3МПа.

Прочностные деформационные свойства стенок кровеносных сосудов и изменение этих свойств с возрастом имеют большое значение для медицины. Они также в некоторой степени зависят от структуры и биохимического состава ткани соответствующих сосудов.

Кровеносные сосуды состоят их трёх концентрических слоёв. Самый внутренний называется интимой, средний - сосудистой оболочкой, и наружный - внешней сосудистой оболочкой. Механические свойства кровеносных сосудов обусловливаются главным образом, свойствами средней сосудистой оболочки, состоящей из коллагена, эластина и гладких мышечных волокон. Эластин растягивается очень сильно (допускает деформацию до 200-300%), обладает ярко выраженным нелинейным механическим поведением с переменным модулем упругости от 1 × 105 до 6 × 105 Па. Чистый коллаген растягивается меньше (предельные деформации до 10%) и тоже обнаруживает нелинейное механическое поведение. Его модуль упругости достигает значений от 1 × 107 до 1 × 108 Па, то есть он уже относительно высок.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7


Рекомендуем к прочтению:

Физические процессы передачи информационного сигнала в живом организме
Рассмотрим немного подробнее нервную систему человека в связи с проблемой памяти. Главная функция нервной системы состоит в переработке и передаче информации от рецепторов органов чувств через центральную нервную систему к органам-исполни ...

Потребность в факторах роста
Некоторые прокариоты обнаруживают потребность в одном каком-либо органическом соединении из группы витаминов, аминокислот или азотистых оснований, которое они по каким-то причинам не могут синтезировать из используемого источника углерода ...

Строение коры большого мозга и мозжечка
Слой серого вещества толщиной 1—5 мм, покрывающий полушария большого мозга · Древняя кора · Старая кора - регуляция вегетативных функций, инстинктивном поведении, возникновении эмоций · Новая кора - высшие нервные функции Древняя кора ...