1)Механические свойства биологических тканей
|
1) Механические свойства биологических тканей. Модели для описания высокоэластичных свойств. Ответ: упругость – способность тел возобновлять размеры (форму или объем) после снятие нагрузок; жесткость – способность материала противодействовать внешней нагрузкой; эластичность – способность материала изменять размеры под действием внешних нагрузок; прочность – способность тел противодействовать разрушению под действием внешних сил; пластичность – способность тел хранить (полностью или частично) изменение размеров после снятия нагрузок; хрупкость – способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций; вязкость – динамическое свойство, которое характеризует способность тела противодействовать изменению его формы при действии тангенциальных напряжений; текучесть – динамическое свойство среды, которое характеризует Первая модель мембран – состоит из тонкого слоя липидов. В дальнейшем выясняется что липиды имеют заряженную головку погруженную в растворитель и неполярные хвосты, ориентированные внутрь клетки. Следующая модель предполагает, что мембрана состоит из двойного слоя липидов, причем неполярные хвосты обоих слоев ориентированы внутрь мембраны.
2)Механические свойства полимеров
Механические свойства. Одна из основных особенностей полимеров состоит в том, что отдельные отрезки цепей (сегменты) могут перемещаться путем поворота вокруг связи и изменения угла (рис.3). Такое смещение, в отличие от растяжения связей при упругой деформации истинно твердых тел, не требует большой энергии и происходит при невысокой температуре. Эти виды внутреннего движения смена конформаций, несвойственные другим твердым телам, придают полимерам сходство с жидкостями. В то же время большая длина искривленных и спиралеобразных молекул, их ветвление и взаимная сшивка затрудняют смещение, вследствие чего полимер приобретает свойства твердого тела. Для некоторых полимеров в виде концентрированных растворов и расплавов характерно образование под действием поля (гравитационного, электростатического, магнитного) кристаллической структуры с параллельной упорядоченностью макромолекул в пределах небольшого объемадомена. Эти полимеры так называемые жидкие кристаллынаходят широкое применение при изготовлении светоиндикаторов. Полимерам наряду с обычной упругой деформацией свойствен ее оригинальный вид высокоэластическая деформация, которая становится преобладающей при повышении температуры. Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное, характеризующееся лишь упругой деформацией, называется стеклованием. Ниже температуры стеклования Тст состояние полимера твердое, стекловидное, высокоупругое, вышеэластическое. Если температура стеклования выше температуры эксплуатации, то полимер используется в стеклообразном состоянии, если Тст<Тэкс в высокоэластическом. Температура стеклования разных полимеров находится в пределах 130...300 К. Для детальной характеристики полимеров в специальных условиях в справочной литературе приводятся также значения температур перехода в хрупкое состояние и холодостойкость.
Закон Гука раскрывает вязь между напряжением и деформацией упругой среды. Применяется исключительно в отношении малых напряжений и деформаций. В некоторых средах закон Гука не применяется вовсе. Если взять тонкий стержень, который будут растягивать, то закон можно записать в виде формулы:
F=-kΔх
где:
F – сила натяжения стержня;Δх - удлинение стержня;
k - коэффициент упругости (жесткость);
k определяется свойствами материала, который подвергается деформации, и размерами материального тела.
3.1
) Механические свойства биологических тканей Рассмотрим важнейшие механические свойства биологических тканей, благодаря которым осуществляются разнообразные механические явления – такие, как функционирование опорно-двигательного аппарата, процессы деформаций тканей и клеток, распространение волн упругой деформации, сокращения и расслабление мышц, движение жидких и газообразных биологических сред. Среди этих свойств выделяют: – упругость – способность тел возобновлять размеры (форму или объем) после снятие нагрузок; – жесткость – способность материала противодействовать внешней нагрузкой; эластичность – способность материала изменять размеры под действием внешних нагрузок; – прочность – способность тел противодействовать разрушению под действием внешних сил; – пластичность – способность тел хранить (полностью или частично) изменение размеров после снятия нагрузок; – хрупкость – способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций; – вязкость – динамическое свойство, которое характеризует способность тела противодействовать изменению его формы при действии тангенциальных напряжений; – текучесть – динамическое свойство среды, которое характеризует способность отдельных его слоев перемещаться с некоторой скоростью в пространстве относительно других слоев этой среды
4
Элостичность упругость – способность тел возобновлять размеры (форму или объем) после снятие нагрузок; жесткость – способность материала противодействовать внешней нагрузкой; эластичность – способность материала изменять размеры под действием внешних нагрузок; прочность – способность тел противодействовать разрушению под действием внешних сил; пластичность – способность тел хранить (полностью или частично) изменение размеров после снятия нагрузок; хрупкость – способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций; вязкость – динамическое свойство, которое характеризует способность тела противодействовать изменению его формы при действии тангенциальных напряжений; текучесть – динамическое свойство среды, которое характеризует
вопрос Механическое напряжение - мера внутренних физических сил, возникающих в теле под влиянием внешних воздействий(физических нагрузок, изменения температуры и др.), при деформации. Физическая величина, численно равная упругой силе, приходящейся на единицу площади сечения тела.
|
|
||
|
|
||
|
|
Закон Гука раскрывает вязь между напряжением и деформацией упругой среды. Применяется исключительно в отношении малых напряжений и деформаций. В некоторых средах закон Гука не применяется вовсе. Если взять тонкий стержень, который будут растягивать, то закон можно записать в виде формулы:
F=-kΔх где:F – сила натяжения стержня;Δх - удлинение стержня;k - коэффициент упругости (жесткость);k определяется свойствами материала, который подвергается деформации, и размерами материального тела.
5) ДЕФОРМАЦИЯ механическая (от лат. deformatio-искажение), изменение относит. расстояния между двумя произвольно выбранными точками в теле. В твердых телах Д. приводит к изменению формы или размеров тела целиком или его части, в жидкостях и газах - к течению. Осн. виды Д. - растяжение, сдвиг, кручение, изгиб, сжатие (одноосное или всестороннее). Термин "Д." относят как к процессу, протекающему во времени, так и к его результату, выражаемому величиной, к-рая характеризует относит. изменение размеров или формы любого мысленно выделенного элемента тела. Различают у п р у г у ю Д., полностью исчезающую после удаления вызвавшей ее нагрузки, п л а с т и ч е с к у ю, или Д. вязкого течения, к-рая остается после снятия вызвавшего ее внеш. воздействия; в я з к о у п р у г у ю, или запаздывающую, к-рая медленно и частично уменьшается после снятия нагрузки под действием протекающих в теле релаксац. процессов. Все реальные твердые тела, в к-рых доминируют упругие Д., обладают и пластич. св-вами. Однако обычно твердые тела можно считать упругими, пока нагрузка не превысит нек-рого предела; тогда тело либо разрушается, либо становится заметной пластич. Д. Для жидкостей определяющую роль играют пластич. Д., хотя всегда можно установить в них существование упругих Д. Для газов объемная Д. является упругой, а сдвиговая - необратимой. Д. измеряют в относит. единицах. Для твердых тел, в к-рых доминируют упругие Д., в области достаточно малых Д. (порядка 0,1) выполняется Гука закон . Для эластомеров характерны большие упругие Д., наз. высокоэластическими (см.Высокоэластическое состояние ); они достигают 8-12 единиц; пластич. Д. могут быть неограниченно велики.
6 Активный транспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный А.т.) или через слой клеток (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против градиента концентрации, т. е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии служит энергия макроэргических связей АТФ. Различные транспортные АТФазы, локализованные в клеточных мембранах и участвующие в механизмах переноса веществ, являются основным элементом молекулярных устройств — насосов, обеспечивающих избирательное поглощение и откачивание определенных веществ (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (молекулярный транспорт) реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин — насосов и переносчиков. Транспорт неэлектролитов (моносахаридов, аминокислот и других мономеров) может сопрягаться с симпортом — транспортом другого вещества, движение которого против градиента концентрации является источником энергии для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ. Активный транспорт - (active transport) - (в биохимии) энергозависимый процесс, при котором определенные вещества (включая их ионы, некоторые лекарственные препараты и аминокислоты) проходят через мембрану против электрохимического градиента. Данный процесс можно замедлить при помощи веществ, которые влияют на процесс метаболизма в клетках (например, с помощью применения больших доз наперстянки).; Явоения переноса относятся к пассивному транспорту: перемещение ионов в соответствии с направлением силы, действующей на них со стороны электрического поля. Пассивный транспорт не связан с затратой химической энергии, он осуществляется в результате перемещения частиц в сторону меньшего электрохимического потенциала. Наряду с пассивным транспортом в мембранах клетки происходит перенос молекул и ионов в сторону большего электрохимического потенциала. Активный транспорт- перенос осуществляется за счёт энергии и не является диффузией. Системы мембран, способствующие созданию градиентов ионов К и Na, получили название натрий-калиевых насосов. Натрий-калиевые насосы входят в состав цитоплазматических мембран, они работают за счёт энергии гидролиза молекул АТФ с образованием молекул АДФ и неорганического фосфата. Натрий-калиевый насосработает обратимо: градиенты концентраций ионов способствуют синтезу молекул АТФ из молекул АДФ. Натрий-калиевый насос работает при условии сопряжения К и Na. Это означает, что активного переноса ионов Na из клетки нет, если во внешней среде нет ионов К, а ионов К – в клетку, если в клетке отсутствуют ионы Na. Иначе говоря, ионы натрия активируют натрий-калиевый насос на внутренней поверхности клеточной мембраны, а ионы калия – на внешней. Натрий-калиевый насос переносит из клетки во внешнюю среду три иона натрия в обмен на перенос двух ионов калия внутрь клетки. При этом создаётся и поддерживается разность потенциалов на мембране, внутренняя часть клетки имеет отрицательный заряд
7)Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту концентрации из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии (например, диффузия, осмос)
Диффузия лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму[1]. В некоторых ситуациях одно из веществ уже имеет выравненную концентрацию и говорят о диффузии одного вещества в другом. При этом перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (против градиента концентрации) Простая диффузия
При простой диффузии частицы вещества перемещаются сквозь липидный бислой. Направление простой диффузии определяется только разностью концентраций вещества по обеим сторонам мембраны. Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобныевещества (O2,N2,бензол) и полярные маленькие молекулы (CO2, H2O, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).