Курсовая работа: Элементы биомеханики
Потенцируем:
Откуда
- уравнение релаксации напряжения
Представим график релаксации напряжения.
г) Модель Фойгта представляет собой параллельно соединенные упругий и вязкий элементы. Эта модель характерна для полимеров.
4. Механические свойства биотканей
Под механическими свойствами биотканей понимают две разновидности:
Первая (активная) связана с процессами биологической подвижности: сокращение мышц, рост клеток, движение хромосом в клетках, их деления и т.д. Эти процессы обусловлены химическими процессами и энергетически обеспечиваются АТФ. Другая разновидность - пассивные механические свойства биосистем обусловленные внешними воздействиями.
Биологическая ткань – композиционный материал, образованный объемным сочетанием химически разнородных элементов и обладающий реологическими свойствами, отличающимися от свойств отдельных компонентов биоткани. Основу биотканей составляют коллаген, эластин и связующее вещество.
Механические воздействие на биоткани вызывают в них деформации и напряжения, появляется механическое движение, распространяются волны. Физиологическая реакция на эти факторы зависит от механических свойств биотканей. Знать, как меняются эти реакции и свойства тканей очень важно для профилактики, защиты организма, для применения искусственных тканей и органов, а также для понимания их физиологии и патологии.
В биомеханике все ткани человека подразделяются по плотности и типу пространственной структуры на твердые (кость, эмаль и дентин зубов), мягкие (мышцы, эпителий, эндотелий, соединительная ткань, паренхима), жидкие (кровь, лимфа, ликвор, слюна, сперма).
4.1 Механические свойства костной ткани
Костная ткань – основной материал опорно-двигательной системы. Прочность костной ткани 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 и.т.д.
Компактная костная ткань представляет собой среду с пятью структурными уровнями.
Строение компактной костной ткани по Кнетсу.
| № уровня | Состав уровня |
| 1 | Биополимерная молекула трипоколлагена и неорагнические кристаллы (гидроксилопатит 3Са3 (РО4 )2 Са(ОН)2 ) |
| 2 | Микрофибриллы коллагена (образованы пятью молекулами трипоколлагена) |
| 3 | Волокно (армирующий компонент) состоит из большого количества микрофибрилл и связанные с ними микрокристаллы. |
| 4 | Ламеллы (наименьший самостоятельный конструкционный элемент) – это тонкие изогнутые пластинки, состоящие из коллагенно-минеральных веществ, объединённых при помощи вяжущего вещества. |
| 5 | Остеоны – образуются вокруг кровеносных сосудов, включающихся в объем кости. Состоят из концентрически расположенных костных ламелл. |
Плотность костной ткани »2,4 г/см3 . Минеральные компоненты кости составляют »70 % массы кости, а белковые »20 %.
С увеличением возраста в костной ткани протекает ряд изменений. Изменяется химический состав и внутренняя структура, возникает множество вторичных остеонов, образующих новую внутреннюю конструктивную систему. При старении биологическая активность уменьшается, меняется степень минерализации, а также порядок расположения минеральных кристаллов и остенов, уменьшается количество связующего вещества, некоторая чать ткани исчезает и появляются поры.
Обновление костной ткани происходит дискретно – в определенных местах, на ограниченных участках. В течение жизни человека один и тот же участок кости обновляется неоднократно. К 35 годам процесс костеобразования замедляется. Костная масса у вегетарианцев больше, т.к. в растительной пище много солей. Курение и алкоголь уменьшают костную массу. Недостаточное содержание кальция уменьшает прочность костной ткани, что приводит к остеопорозу.
Волокна костной ткани деформируются преимущественно упругим образом, а матрица (остальная часть) – пластически и разрушаются хрупким образом.
Зависимость напряжения от деформации: s=f(e) компактной костной ткани имеет следующий вид (эта зависимость аналогична для твердого тела):
Напряжение σмах при котором материал разрывается, называется пределом прочности.
Представим предел прочности костной ткани и её компонентов при сжатии и растяжении:
| Вид ткани | Сжатие | Растяжение | ||
| Прочность [МПа] | Модуль Юнга [МПа] | Прочность [МПа] | Модуль Юнга [МПа] | |
|
Компактная кость К-во Просмотров: 349
Бесплатно скачать Курсовая работа: Элементы биомеханики
| ||||