ібрил колагену (утворені п'ятьма молекуламитріпоколлагена)
3
Волокно (армуючий компонент) складається з великоїкількості мікрофібрил та пов'язані з ними мікрокристали.
4
Ламела (найменший самостійний конструкційнийелемент) - це тонкі вигнуті пластинки, що складаються з колагеном-мінеральнихречовин, об'єднаних за допомогою в'язкої речовини.
5
остеонів - утворюються навколо кровоносних судин,включаються в обсяг кістки. Складаються з концентрично розташованих кістковихламелл.
Щільність кісткової тканини В»2,4 г/см 3 . Мінеральнікомпоненти кістки складають В»70% маси кістки, а білковіВ» 20%.
Із збільшенням віку вкісткової тканини протікає ряд змін. Змінюється хімічний склад івнутрішня структура, виникає безліч вторинних остеонів, утворюють новувнутрішню конструктивну систему. При старінні біологічна активністьзменшується, змінюється ступінь мінералізації, а також порядок розташуваннямінеральних кристалів і Остен, зменшується кількість сполучної речовини,деяка чать тканини зникає і з'являються пори.
Оновлення кісткової тканинивідбувається дискретно - в певних місцях, на обмежених ділянках. ВПротягом життя людини один і той же ділянку кістки оновлюється неодноразово. До35 років процес кісткоутворення сповільнюється. Кісткова маса у вегетаріанцівбільше, тому в рослинній їжі багато солей. Куріння і алкоголь зменшуютькісткову масу. Недостатній вміст кальцію зменшує міцність кістковоїтканини, що призводить до остеопорозу.
Волокна кісткової тканинидеформуються переважно пружним чином, а матриця (інша частина) -пластично і руйнуються крихким чином.
Залежність напруги віддеформації: s = f (e) компактної кісткової тканини має наступний вигляд (цязалежність аналогічна для твердого тіла):
Напруга Пѓ мах при якому матеріал розривається,називається межею міцності.
Уявімо межаміцності кісткової тканини та її компонентів при стисканні і розтягуванні:
Вид тканини
Стиснення
Розтягування
Міцність [МПа]
Модуль Юнга [МПа]
Міцність [МПа]
Модуль Юнга [МПа]
Компактна кістка
Мінеральний компонент
Білковий компонент
147
44
0,1
10200
6400
10
98
5
7
22400
16600
20
Аналіз таблиці:Мінеральний і білковий компоненти окремо слабкі, але в поєднанні даютьвисоку міцність, порівнянну з міцністю металів. У науці залишається питання:чому мається різні властивостей на розтягування і стиснення.
реологічні модельЗінгера компактної кісткової тканини і середня крива повзучості.
Диференціальнерівняння, що описує дану модель має вигляд:
Середня крива деформаціїкомпактної кісткової тканини.
Максимальне розтяг,яке може витримати кісткової матеріал становить В»0,01% що відповідає змінідовжини кістки В»1%.
ОА - миттєва деформаціяв поздовжньому напрямку (діє постійне навантаження миттєво розтягуєтьсяпружина 1) АВ - повзучість (витягується поршень). Точка В - припиненнянавантаження. Нд - швидка деформація (швидке стиснення пружини 1) СД - зворотнаповзучість (пружина 2 втягує поршень в зворотне положення) Точка Д -відповідає залишковій деформації (модель цього не враховує).
При деформації кістковоїтканини в ній виникає п'єзоелектричний ефект. Якщо вирізати з кісткисмужку, закріпити її з одного боку і піддати деформації згину, то наопуклій стороні з'являється "+" заряд, на увігнутій "-"заряд, тобто з'являється різниця потенціалів.
Є підстави вважати,що генерація п'єзоелектрики маємо місце при механічних навантаженнях кістокв організмі і виникають електричні струми можуть стимулюватиновоутворення або розсмоктування кісткової тканини.
4.2 Механічні властивостітканини кровоносних судин
Міцнісні тадеформаційні властивості стінок кровоносних судин і зміна цих властивостей (звіком) має велике значення для медицини.
Кровоносні судинискладатися з трьох концентричних шарів:
внутрішній - інтиму;середній - середня судинна оболонка; зовнішній - зовнішня судинна оболонка.
Механічні властивостікровоносних судин обумовлюються, головним чином, властивостями середньоїсудинної оболонки, що складається з колагену, еластину і гладких м'язовихволокон. Уявімо допускаються деформації цих елементів:
Елемент
Деформація Оµ в%
Модуль Юнга (МПа)
Еластин
Колаген
М'язове волокно (при скороченні)
Судно крові
200-300
до 10
20
5-50
0,1 - 0,6
10 - 100
0,01 - 0,1
0,06 - 0,7
Слід зазначити, щогладкі м'язові клітини можуть змінювати свою довжину (скорочуватися) під дією нервовихабо хімічних стимуляторів. Гладкий м'яз здійснює активну поведінкукровоносних судин, так як в результаті її скорочення змінюється діаметркровоносної судини і механічні властивості судинної стінки в цілому.
Таким чином,досягається оптимальний розподіл та регулювання кров'яного потоку.
Зміст трьох основнихкомпонентів судинної тканини змінюється для різних місць стінки. Ставленняеластину до колагену в судинах ближче до серця одно 2:1, але воно убуває звидаленням від нього і в стегнової артерії воно дорівнює 1:2. З віддаленням від серцязбільшується вміст гладких м'язових волокон, і вже в артеріоллах вонистають основною складовою судинної тканини.
Встановлено, щосудинна тканина є практично нестисливої. Кровоносні судини володіютькриволінійної ортотропіей (тобто їх механічні властивості в радіальному, осьовому ікільцевому напрямках істотно різні).
Механічне поведінку судинускладнюється ще й тим, що в організмі вони знаходяться під впливом оточуючихтканин, розтягнуті в поздовжньому напрямку і їх деформації в цьому напрямкуобмежені. У судинах спостерігаються значні відхилення механічниххарактеристик для окремих індивідів від встановлених середніх значень.
Напруга, що виникаєпри деформації в стінці кровоносної судини визначається рівнянням Ламе.
Виведення рівняння Ламе.
Візьмемо частинукровоносної судини довжиною l ітовщиною стінки h.
Уявімо стінки судинивздовж і впоперек:
Дві половинициліндричної посудини взаємодіють між собою по перетинах стінок посудини.Загальна площа перерізу взаємодії буде: 2hl, тоді силавзаємодії двох половинок:
Ця сила врівноважуєтьсясилами тиску крові зсередини:
Таким чином, маємо:, звідки
- рівняння Ламе
Таким чином, напруга,виникає в стінках кровоносних судин залежить від величини тиску крові,внутрішнього радіусу і від товщини стінок посудини.
