ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.12.2021

Просмотров: 761

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

<Таблиця ><2.2 ><><Безрозмірні ><критерії ><подібності>

<п/п>

<Параметр>

<Числове ><значення>

<Залишковий ><показник ><степеня ><при ><масі>


<(Об'ємний ><розхід ><повітря*час>

<дихального ><циклу)>

<Об'єм ><легенів>

<0,45>

<0,03>


<(Об'ємний ><розхід ><повітря*час>

<серцевого ><циклу)>

<Об'єм ><крові>

<0,026>

<0,02>


<Життєва ><ємність ><легенів ><Об'єм ><серця>

<0,94>

<0,03>


<Маса ><крові ><Маса ><серця>

<8,3>

<0,01>>

<< >

<Рис.2.2. ><Зміна ><концентрації ><лікувального ><препарату ><у ><крові.>

<Зменшення ><концентрації ><ліків ><може ><бути ><апроксимоване ><у ><більшості ><випадків ><експонентою ><(рис.2.2).>

<Постійна ><часу ><розпаду ><ліків ><в ><організмі >р< ><визначає ><швидкість ><зменшення ><їх ><концентрації ><N ><після ><одноразового ><введення>

< >

<Очевидно, ><що ><швидкість ><руйнування ><ліків ><повинна ><залежати ><від ><інтенсивності ><метаболічних ><процесів. >< ><Тому ><можна ><вважати, ><що ><біологічна>

<часова ><константа >р< ><є ><пропорційною ><масі ><тіла. ><Така ><залежність ><була ><знайдена ><і ><підтверджена ><експериментальне ><на ><тваринах, ><маса ><яких ><значно ><відрізнялася>

< >

<Виявлені ><й ><інші ><корелятивні ><залежності, ><зокрема ><між ><хімічними ><процесами, ><які ><відбуваються ><в ><організмі, ><і ><масою ><тіла.>

<Наприклад, ><властивості ><крові, ><з ><точки ><зору ><швидкості ><вивільнення ><кисню, ><залежать ><від ><маси ><тіла.>



<ТЕМА ><3. ><МЕХАНІЧНІ ><ВЛАСТИВОСТІ ><ТВЕРДИХ ><І ><М'ЯКИХ>>

<<БІОЛОГІЧНИХ ><МАТЕРІАЛІВ>

<Біологічна ><тканина ><є ><складною ><композиційною ><структурою, ><реологічні ><властивості ><якої ><відрізняються ><від ><властивостей ><окремих ><компонентів. ><Колаген, ><еластин ><і ><зв'язуюча ><речовина ><становлять ><основу ><біотканини.>

<Під ><дією ><механічних ><впливів ><у ><біотканинах, ><органах ><та ><системах ><відбувається ><механічний ><рух, ><розповсюджуються ><хвилі, ><виникають ><деформації ><і ><напруження. ><Фізіологічна ><реакція ><організму ><на ><механічні ><чинники ><залежить ><від ><властивостей ><біологічної ><тканини.>

<><3.1. ><ОСНОВНІ ><ВИДИ ><ДЕФОРМАЦІЙ>>

<<На ><рис.3.1. ><схематично ><показані ><деякі ><з ><принципово ><можливих ><видів ><деформацій.><>

<Рис. ><3.1. ><Основні ><види ><деформації ><твердих ><тіл:>

<а ><- ><всестороннє ><стиснення; ><б ><- ><стиснення; ><в ><- ><розтягання; ><г ><- ><згинання; ><д ><->

<зсування; ><є ><- ><кручення.>

<Лише ><при ><всесторонньому ><стисненні ><спостерігається ><зміна ><об'єму. ><У ><біомеханіці, ><де ><головною ><компонентою ><біотканини ><є ><вода, ><як ><правило, ><виконугться ><умова ><постійності ><об'єму. ><Порушується ><ця ><умова ><тоді, ><коли ><органи ><містять ><газові ><включення ><або ><при ><деформуванні ><з ><тканини ><виступає ><рідина.>

<Пружні ><властивості ><розглянемо ><на ><прикладі ><розтягання ><стрижня. ><Типовий ><хід ><діаграми ><напруження-деформація ><зображений ><на ><рис. ><3.2.>

< >

<Рис.3.2. ><Діаграма ><напруження-деформація:>

<>< ><- ><напруження; ><>< ><- ><деформація; ><Е ><- ><межа ><пружності; ><F ><- ><межа ><текучості; ><R ><- ><межа ><міцності ><при ><розтяганні; ><v1, ><v2 ><- ><точки ><><в'язкопружному ><діапазоні), ><для ><яких ><при ><релаксації ><напружень ><у ><матеріалі ><притаманна ><гістерезисна ><поведінка.>

<Напруження:>

<>< ><= ><F/A>

<де ><F- ><сила; ><А ><- ><площа ><перерізу.>

<Деформація ><(відносне ><розтягання): ><ε ><=><l/l, ><де ><l><- ><початкова ><довжина; ><l ><- ><зміна ><довжини.>>

<<Існують ><два ><основні ><механізми ><пружності:>

  1. <Пружність ><сталі ><(зміна ><кристалічної ><ґратки, ><тобто ><зміна ><віддалей ><між ><її
    ><вузлами).>

  2. <Пружність ><каучуку ><(деформація ><структури ><молекул, ><які ><часто ><мають
    ><вигляд ><скручених ><клубків). ><Енергія ><деформації ><викликає ><зменшення ><ентропії
    ><макромолекул ><(ентропійна ><пружність).>

<На ><ділянці ><лінійної ><залежності ><між >< ><і ><ε ><криві ><навантаження ><та ><розвантаження ><збігаються. ><При ><перевищенні ><межі ><пружності ><виникають ><криві ><гістерезису, ><тобто ><функції ><(ε) ><є ><різними ><при ><навантаженні ><і ><розвантаженні ><зразка ><(рис.3.2). ><При ><розвантаженні ><виникають ><залишкові ><деформації >ε1<>< >< і ><ε><2><. ><Це ><явище ><пов'язане ><із ><дисипацією ><енергії ><внаслідок ><внутрішнього ><тертя. ><Енергія ><дисипації ><пропорційна ><площі ><поверхні ><між ><кривими ><навантаження-><розвантаження ><і ><називається ><резильянсом. ><Дослідження ><часового ><ходу ><розтягання ><дає ><можливість ><отримати ><додаткові ><відомості ><про ><деформаційні ><характеристики ><твердих ><тіл.>


<Якщо ><на ><ідеальне ><пружне ><тіло ><(тіло ><без ><інерції, ><зумовленої ><його ><масою) ><діє ><ступінчаста ><зовнішня ><сила, ><то ><тіло ><миттєво ><розтягується ><згідно ><з ><законом ><Гука:>

<
де ><Е ><- ><модуль ><Юнга ><(пружності).><><><Після ><зняття ><сили ><тіло ><миттєво ><вкорочується ><до ><початкової ><довжини ><(рис.3.3).>

< >

<Рис.3.3. ><Деформація ><ε(t) ><пружної ><системи ><при ><прикладенні ><ступінчастої ><функції ><(t).>

<В'язке ><тіло ><деформується ><протягом ><дії ><сили, ><причому ><швидкість ><цього ><процесу ><визначається ><внутрішньою ><в'язкістю ><тіла. ><Після ><зняття ><сили ><тіло ><"затвердіває" ><і ><зберігає ><досягнуту ><форму ><(рис.3.4).>

< >

Рис. 3.4. Деформація ε(t) в’язкої системи при прикладанні ступінчатої функції s(t).

<моделюють ><поєднанням ><в><язких ><і ><пружних ><елементів.>>

<<Елемент ><Фойгта ><(рис.3.5) ><при ><прикладенні ><прямокутного ><імпульсу ><розтягується ><і ><релаксує ><за ><експоненціальним ><законом>

< >

<де >< ><- ><коефіцієнт ><в'язкості ><матеріалу.>

< >

<Рис.3.5. ><Деформація ><(t) ><в'язкопружної ><системи ><при ><прикладенні ><ступінчастої ><функції ><(t)><.>

<Елемент ><Максвелла ><(рис.3.6) ><після ><зняття ><зовнішньої ><сили ><не ><повертається ><до ><свого ><початкового ><стану>

< >

< >

<Рис.3.6. ><Деформація >(t) <><в'язкопружної ><системи ><при ><прикладенні ><ступінчастої>

<функції ><<(t)>..>

<Рівняння ><релаксації ><напружень ><при ><початковій ><умові ><(0)><=><><0>< ><має ><вигляд:>

< >

<Крім ><цього, ><існує ><велика ><множина ><інших ><моделей ><реологічних ><тіл ><з ><різним ><поєднанням ><в'язких ><і ><пружних ><елементів.>

<Необхідно ><зазначити, ><що ><при ><прикладанні ><короткочасних ><ударних ><навантажень ><в'язкопружнІ ><матеріали ><можуть ><себе ><поводити ><як ><суто ><пружні ><внаслідок ><інерційності ><в'язкого ><елемента.>


<<3.2. ><В'ЯЗКОПРУЖНА ><ПОВЕДІНКА ><БІОЛОГІЧНИХ ><МАТЕРІАЛІВ>


До найбільш важливих механічних властивостей тканини відносять:

  • ­пружність – здатність тіл відновлювати розміри (форму та об’єм) після зняття навантаження;

  • еластичність – здатність матеріалу змінювати розміри під дією зовнішніх навантажень;

  • жорсткість – здатність матеріалу протидіяти зовнішнім навантаженням;

  • міцність – здатність тіл протидіяти руйнуванню під дією зовнішніх сил;

  • пластичність – здатність тіл зберігати (повністю або частково) зміну розмірів після зняття навантажень;

  • крихкість – здатність матеріалу руйнуватися без виникнення помітних залишкових деформацій;

  • в’язкість – динамічна властивість, яка характеризує здатність тіла протидіяти зміні його форми під дією тангенціальних напруг;

  • текучість – динамічна властивість середовища, яка характеризує здатність окремих його шарів переміщуватися з деякою швидкістю в просторі відносно інших шарів цього середовища.

<Напруженням називається відношення сили F до площі А перерізу предмета, нормальної до напряму прикладання сили:>

<>< ><= ><F/A>

<Деформація ><(відносне ><розтягання):>

<ε ><=><l/l,>

<де ><l><- ><початкова ><довжина; ><l ><- ><зміна ><довжини.>

Силою пружності (пружною силою) називається сила, яка виникає при деформації тіла і спрямована в бік, протилежний напрямку зміщення частинок тіла при деформації.

Згідно із законом Гука

σ = Е | ε |

де Е – модуль Юнга.

Зміна взаємного розташування точок тіла, яке призводить до зміни його форми та розмірів, називають деформацією.

<Всі ><біологічні ><матеріали ><мають ><в'язкопружні ><властивості, ><причому ><пружність ><інколи ><домінує ><над ><в'язкою ><компонентою. ><Співвідношення ><в'язких ><і ><пружних ><властивостей ><залежить ><від ><діапазону ><деформацій, ><дії ><яких ><піддається ><матеріал ><in ><vivo, ><і ><часової ><залежності ><функції ><напружень ><(закону ><зміни ><напружень ><в ><часі).>

<Криві ><"напруження ><розтягу-деформація" ><для ><різних ><біоматеріалів ><зображені ><на ><рис. 3.7.>

< >

<Рис.3.7. ><Криві ><напруження-деформація ><розтягу ><для ><різних ><біоматеріалів: ><а ><>

<кістка; ><б ><><волосся; ><в ><– резилін.>

<Кістки ><можуть ><розтягуватись ><пружно ><лише ><на ><0,5 ><%, ><межа ><пружності ><для ><волосся ><- ><5%, ><а ><резилінові ><сухожилля ><можуть ><розтягуватися ><в ><декілька ><разів.>

<Пружні ><властивості ><більшості ><біологічних ><матеріалів ><нагадують ><властивості ><гуми. ><Це ><зумовлено ><вмістом ><спеціальних ><структурних ><білків, ><які ><визначають ><пружність ><тканин. ><Наприклад, ><еластин ><відповідає ><за ><пружність ><стінок ><артерій, ><а ><також ><він ><утворює ><зв'язки, ><які ><немов ><пружні ><розтягання ><підтримують ><частини ><скелетної ><системи. ><У ><комах ><цю ><функцію ><виконує ><резилін.>

<Важливу ><роль ><ці ><матеріали ><відіграють ><під ><час ><запасання ><пружної ><енергії. ><Це ><використовується, ><коли ><необхідна ><потужність ><при ><швидких ><рухах ><або ><стрибках ><не ><може ><бути ><забезпечена ><активним ><скороченням ><м'язів.>


<У ><багатьох ><видів ><тварин ><в ><якості ><пружного ><структурного ><білка ><переважає ><колаген. ><Наприклад, ><у ><шкірі ><хребетних ><колаген ><присутній ><разом ><з ><еластином ><і ><вони ><утворюють ><сітку ><фібрій ><діаметром ><5...10мкм. ><Як ><і ><багато ><інших ><типів ><з'єднувальних ><тканин, ><шкіра ><має ><підвищену ><межу ><міцності ><до ><розтягання; ><розрив ><настає ><при ><критичній ><деформації ><ε ><= ><0.2...0.6 ><(залежно ><від ><віку).>

<У ><багатьох ><матеріалів ><виявлена ><чітка ><анізотропія ><властивостей, ><наприклад, ><у ><кістках ><і ><судинах.>

<Розглянемо ><основні ><тверді ><і ><м'які ><біологічні ><матеріали ><і ><їх ><властивості.>

<Кісткова ><тканина ><є ><основним ><матеріалом ><опорно-рухової ><системи, ><тому ><має ><значну ><міцність, ><яка ><залежить ><від ><хімічного ><складу, ><структури ><внутрішнього ><армування, ><віку, ><густини ><тощо. ><Об'ємна ><маса ><кісткової ><тканини ><становить ><приблизно ><2,4-10 ><кг/м ><.>

<><Кістка ><><композиційний ><біологічний ><матеріал, ><який ><складається ><з ><двох ><основних ><компонентів ><><колагену ><і ><мінеральної ><речовини. ><Колаген ><поєднує ><достатньо ><високу ><міцність ><з ><високою ><еластичністю. ><Більшу ><частину ><мінеральної ><компоненти ><кістки ><становляють ><солі ><кальцію, ><приблизно ><22 ><% ><від ><загального ><складу ><кістки ><><інших ><тканинах ><тіла ><вміст ><кальцію ><не ><перевищує ><2...З ><%). ><Кожну ><з ><цих ><компонент ><можна ><легко ><усунути ><in ><vitro ><із ><складу ><кістки, ><не ><змінюючи ><її ><форму. ><Після ><усунення ><неорганічної ><компоненти ><кістка, ><яка ><буде ><складатися, ><в ><основному, ><з ><колагену, ><набуде ><еластичності, ><подібної ><як ><у ><гуми. ><І, ><навпаки, ><при ><видаленні ><колагену ><кістка ><стає ><крихкою, ><подібною ><за ><своїми ><властивостями ><до ><матеріалів ><з ><високою ><твердістю ><(табл.3.1).>>

<<Таблиця ><3.1>

<Властивості ><міцності ><і ><пружності ><деяких >матеріалів

<Матеріал>

<Міцність ><на ><стиснення, ><МПа>

<Міцність ><на ><розтяг, ><МПа>

<Модуль ><Юнга ><МПа>

<Сталь>

<522>

<827>

<2,0710><5>

<Компактна ><кісткова ><тканина>

<120...170>

<100...120>

<2,26×10><4>

<Граніт>

<145>

<4,8>

<5,17×10><4>

<Дуб>

<59>

<117>

<1,10×10><4>

<Бетон>

<21>

<2,1>

<1,65×104>

<Грубоволокниста ><з'єднувальна ><тканина ><(сухожилля, ><зв'язки)>

<->

<50...70>

<1×10><3><...><1,5×104>

<М'язова ><тканина>

<->

<0,5...1,0>

<8...10>

<Тканина ><нервових ><каналів>

<->

<12...15>

<80...120>

<Каучук>

<->

<50>

<12>

<Отже, ><кісткова ><тканина ><поєднує ><в ><собі ><високу ><міцність ><з ><достатньою ><еластичністю ><завдяки ><своїй ><композиційній ><природі. ><Важливе ><значення ><для ><підвищення ><міцності ><кістки ><до ><дії ><домінуючих ><для ><даного ><індивідуума ><навантажень ><має ><структурна ><будова ><кісткової ><тканини.>

<Кісткова ><тканина ><є ><біоматеріалом ><із ><специфічною ><композиційною ><будовою, ><яку ><можна ><розбити ><на ><п'ять ><структурних ><рівнів. ><Перші ><три ><з ><яких ><належать ><до ><молекулярного ><рівня, ><а ><два ><останні ><><до ><макроструктурного ><рівня. ><Четвертий ><структурний ><рівень ><утворений ><з ><ламел ><- ><тонких ><зігнутих ><пластинок, ><які ><утворюють ><найменший ><самостійний ><конструктивний ><елемент. ><П'ятий ><структурний ><рівень ><представлений ><остсоном ><- ><конструкційним ><елементом, ><який ><утворюється ><з ><концентричних ><кісткових ><ламел ><навколо ><кісткових ><судин.>