Механические характеристики биологических тканей
План лекции
Силы, которые действуют на поверхности раздела сред.
Упругие свойства тел. Деформации.
Деформация биологических тканей
Вязко-упругие свойства биологических тканей
1. Силы, которые действуют на поверхности раздела сред.
Биологические ткани сложны за своим строением, неоднородны за своим составом, их структура и свойства характеризуются теми функциями, какие они выполняют в живых организмах. В морфологии выделяют несколько типов тканей : эпителиальную, ткани внутренней среды (кровь и лимфу), соединительную, мышечную, нервную. Все они, как правило, имеют клеточное строение, сложную структуру, и всем этим тканям присущее механическое движение в той или другой мере, начиная с внутриклеточных микродвижений сократительных белковых нитей до макродвижений отдельных органов и систем. Некоторые из тканей предназначены для выполнения опорно-двигательной функции и в процессе жизнедеятельности подвергаются значительным механическим нагрузкам.
При изучении некоторых механических свойств биологических тканей удобно представлять их в виде сплошных сред, не рассматривая их микроструктуру и абстрагируясь от их клеточного строения. Среда может рассматриватся сплошной, если расстояния, на которых изменяются её усредненные свойства (например, плотность, вязкость и тому подобное), значительно превышают размеры частиц (в нашем случае клеток, форменных элементов), из которых состоит середа. В этом случае реальную ткань можно разделить на ряд элементарных объемов, размеры которых значительно перевышают размеры клетки, и к каждому из них применять законы механики с целью описания разных механических явлений, таких как течение или деформация среды.
Раздел механики, которая изучает течение и деформацию сплошных сред, зовется реологией. Изучение этих движений в биологических системах представляет задачу биореологии.
Рассмотрим важнейшие механические свойства біологических тканей, благодаря которым осуществляются разнообразные механические явления, - такие как функционирование опорно-двигательного аппарата, процессы деформаций тканей и клеток, распространение волн упругой деформации, сокращения и розслабленя мышц, движение жидких и газообразных биологических сред. Среди этих свойств выделяют:
упругость - способность тел возобновлять размеры (форму или объем) после снятия нагрузок;
жесткость - способность материала противодействовать внешним нагрузкам;
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.