Механічнівластивості біологічних тканин
Розглянемонайважливіші механічні властивості біологічних тканин, завдяки яким здійснюютьсярізноманітні механічні явища
- такі, як функціонуванняопорно-рухового апарату, процеси деформацій тканин і клітин,поширення хвиль пружної деформації, скорочення і розслаблення м'язів,рух рідких і газоподібних біологічних середовищ. Серед цих властивостей виділяють:
- пружність- Здатність тіл відновлювати розміри (форму чи об'єм) після зняття навантажень;
- жорсткість- Здатність матеріалу протидіяти зовнішнім навантаженням; еластичність -здатність матеріалу змінювати розміри під дією зовнішніх навантажень;
- міцність- Здатність тіл протидіяти руйнуванню під дією зовнішніх сил;
- пластичність- Здатність тіл зберігати (повністю або частково) зміну розмірів післязняття навантажень;
- крихкість- Здатність матеріалу руйнуватися без утворення помітних залишковихдеформацій;
- в'язкість- Динамічна властивість, яке характеризує здатність тіла протидіятизміни його форми при дії тангенціальних напружень;
- плинність- Динамічна властивість середовища, яке характеризує
здатність окремихйого верств переміщатися з деякою швидкістю у просторі відносно іншихшарів цього середовища.
Механічнівластивості м'язів
Основнафункція м'язів полягає в перетворенні хімічної енергії в механічну роботуабо силу. Головними біомеханічними показниками, що характеризують діяльністьм'язи, є: а) сила, реєстрована на її кінці (цю силу називаютьнатягом або силою тяги м'яза) і б) швидкість зміни довжини.
Припорушенні м'язи змінюється її механічний стан; ці зміни називаютьскороченням. Воно проявляється у зміні натягу і довжини м'язи, а такожінших її механічних властивостей (пружності, твердості та ін.)
Механічнівластивості м'язів складні і залежать від механічних властивостей елементів, що утворюютьм'яз (м'язові волокна, з'єднувальні освіти і т.п.), і стану м'язи (збудження,стомлення і пр.).
Зрозумітибагато з механічних властивостей м'яза допомагає спрощена модель її будови - ввигляді комбінації пружних і скорочувальних компонентів. Пружні компоненти помеханічними властивостями аналогічні пружинам: щоб їх розтягнути, потрібно докластисилу. Робота сили дорівнює енергії пружної деформації, яка може в наступнійфазі руху перейти в механічну роботу. Розрізняють: а) паралельні пружнікомпоненти (парк) - сполучнотканинні освіти, складові оболонкум'язових волокон і їх пучків, і б) послідовні пружні компоненти (ПОСК) -сухожилля м'язи, місця переходу міофібрил в сполучну тканину, а такожокремі ділянки саркомеров, точна локалізація яких в даний часневідома.
Скорочувальні(Контрактильні) компоненти відповідають тим ділянкам саркомеров м'язи, деАктинові і міозіновие міофіламенти перекривають один одного. У цих ділянках припорушенні м'язи відбувається механічне взаємодія між Актинові іміозіновимі філаментах, що приводить до зміни натягу і довжини м'яза.
Оскількикожна міофібрил складається з великого числа (n) послідовно розташованихсаркомеров, то величина і швидкість зміни довжини міофібрили в п разів більше,ніж у одного саркомера. Сила, що розвивається кожним з них, однакова і дорівнюєсилі, реєстрованої на кінці міофібрили (подібно до того, як дорівнюють сили вкожному з ланок ланцюга, до кінців якої прикладені розтягуючі сили). Ці жсамі n саркомеров, з'єднані паралельно (що відповідає більшому числуміофібрил), дали б кратне збільшення в силі, але при цьому швидкість змінидовжини м'яза була б тією ж, що і швидкість одного саркомера. Тому за іншихрівних умов збільшення фізіологічного поперечника м'яза призвело б дозбільшення її сили, але не змінило б швидкості укорочення, і навпаки,збільшення довжини м'язи позначилося б позитивно на швидкості скорочення, але невплинуло б на її силу.
спочиваючоїм'яз має пружними властивостями: якщо до її кінця прикладена зовнішня сила,м'яз розтягується (її довжина збільшується), а після зняття зовнішнього навантаженнявідновлює свою вихідну довжину. Залежність між величиною навантаження іподовженням м'язи непропорційна (не підкоряється закону Гука)
Спочаткум'яз розтягується легко, а потім навіть для невеликого подовження требаприкладати все більшої сили (іноді м'яз в цьому відношенні порівнюють зв'язаними речами: якщо розтягувати, скажімо, трикотажний шарф, то спочатку вінлегко змінює свою довжину, а потім стає практично нерастяжима).
Якщом'яз розтягувати повторно через невеликі інтервали Часу, то її довжиназбільшиться більше, ніж при одноразовому В«сприянні. Це властивість м'язів широковикористовується в практиці при виконанні вправ на гнучкість (пружинистіруху, повторні махи і т.п.).
Довжина,яку прагне прийняти м'яз, будучи звільненою від усякої навантаження,називається рівноважної (або вільної). При такій довжині м'язи її пружні силидорівнюють нулю. У живому організмі довжина м'яза завжди трохи більше рівноважної ітому навіть розслаблені м'язи зберігають деякий натяг.
Длям'язів характерно також така властивість, як релаксація - зниження сили пружноїдеформації з плином часу. При відштовхуванні в стрибках з місця одразу післяшвидкого присідання стрибок буде вище, ніж при відштовхуванні після паузи внижчій точці подседа: після паузи пружні сили, що виникли при швидкомуприсіданні, внаслідок релаксації не використовуються.
Структура шкіри та її механічні властивості
До недавнього часу шкіра приваблювала недостатня увагадослідників. Ситуація почала змінюватися порівняно недавно. Останнідослідження привели до кращого розуміння особливостей цього органу.
Схематичне зображення розрізу нормальної людськоїшкіри наведено на рис. 4. У більшості областей тіла людинитовщина шкіри складає декілька міліметрів. Шкіра складається з трьох шарів:зовнішнього - епідермісу, основного або власне дерми і підшкірної жировоїклітковини.
Верхній шар - епідерміс/52/складається з багатошаровогоороговілого епітелію, що має товщину від 0,1 до 1,5 мм. У тих ділянках,де шкіра малорухливі і піддається значним механічним впливам,епідерміс значно товщі. На стопах, долонях і червоній облямівці губ товщинаепідермісу становить 0,2-0,9 мм. На століттях він дуже тонкий. Загальна площаепідермісу - 1,5-2 м 2 . Маса - близько 0,5 кг. Епідерміс складається з кількох шарів клітин. Зовнішній роговий шар епідермісу складається змертвих клітин (лусочок), багатих білком кератином, які постійнозлущуються з поверхні шкіри. Кератин може становити 85% всіх білків вшарі. Нижче знаходиться роговий шар. Через щільної упаковки він має значнуміцність та відіграє роль механічного бар'єру. Товщина рогового шару в різнихділянках шкіри різна (зазвичай, від 10 до 20 мкм). Найбільшої товщини (до 600мкм) він досягає в епідермісі шкіри долонь і підошов. У чоловіків роговий шартовще, ніж у жінок. З віком цей шар стоншується.
Під епідермісом розташовується дерма, яка обумовлюєколір шкіри Дерма розпадається на два шари: поверхневий, в якому єкровоносні судини і нерви, і більш глибокий шар, в якому знаходяться білковіволокна, що забезпечують еластичність шкіри. Волокна, в основному, містять білкиколаген та еластин. Колагенові волокна міцні на розрив і мало еластичні.Модуль пружності для них більш 10х10 6 Н/м 2 . еластиновихволокна, що складаються з еластину, менш міцні на розрив, ніж колагенові, алезначно більш еластичні. Вони можуть розтягуватися до 170% від довжини спокою беззалишкової деформації. Еластин подібний по механічних властивостях з гумою,має модуль пружності такого ж порядку: (1-5) * 10 5 Н/м 2 .Колагенові і еластинових фібрили, укладені в мукополісахарідний гель,представляють більш гомогенну за складом структуру, ніж епідерміс.
Дерма плавно переходить у підшкірну або жирову клітковину. Вонаскладається з переплітаються во...
