Пятиэлементная модель Бранкова — КиберПедия 

Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...

Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...

Пятиэлементная модель Бранкова

2018-01-29 348
Пятиэлементная модель Бранкова 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу


 

Методы измерения механических характеристик мягких тканей.

 

Российский журнал биомеханики. 2015. Т. 19, № 2: 221–229

В.А. Щуров

ДИНАМИКА БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОЖНЫХ ПОКРОВОВ,

СТЕНОК АРТЕРИЙ И СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ

ПРОДОЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ КОНЕЧНОСТИ

Общие свойства мягких тканей.

 

1) Мягкие ткани, как правило, испытывают большие деформации.

2) В отличие от тех ситуаций, которые рассматриваются в технике, у мягких тканей, как правило, нет определенного исходного (или естественного) состояния с фиксированным напряжением и деформацией.

3) Для мягких тканей свойства сильно зависят от предыстории, то есть от той нагрузки, которое испытывало тело до того, как начали что либо измерять. Поэтому чтобы изучать определенные свойства, это тело надо подвергать определенной нагрузке, то есть создавать определенную предысторию.

Эта особенность хорошо проявляется в явлении гистерезиса.

Если мы нарисуем зависимость между величиной напряжения и величиной деформации для полоски, то обнаружим следующее:

 

1)

 

 

2) На примере ларингеальной (гортанной) ткани:

 

 

 


Состав мягких тканей

 

Мягкие биологические ткани состоят в основном из двух видов ткани – коллагена и эластина, которые различаются по своим механическим свойствам.

 

Коллаген - основной компонент соединительной ткани и самый распространённый белок у млекопитающих[2], составляющий от 25 % до 35 % белков во всём теле. В настоящее время описано 28 типов коллагена, которые кодируются более чем 40 генами. Они отличаются друг от друга по аминокислотной последовательности, а также по степени модификации — интенсивности гидроксилирования или гликозилирования. Общим для всех коллагенов является существование 1 или более доменов, содержащих тройную спираль и присутствие их во внеклеточном матриксе. Более 90 % всего коллагена высших организмов приходится на коллагены I, II,III и IV типов.

 

Коллаген – это жесткая ткань, модуль Юнга которого 109 - 1011 дин/см2 , у эластина данный показатель существенно меньше. Зависимость напряжения от деформации для этих тканей имеет вид:


Свойства некоторых видов тканей приведены в таблице:

Мягкие ткани. Тело Кельвина s + ls ds/dt = E (ε + le dε/dt)

s - напряжение,

ε - деформация

Вид ткани Состав Разрушающая деформация Модуль Юнга, дин/см2 Модуль объемного сжатия, дин/см2 Модуль сдвига, дин/см2 ls, с le, с
  коллаген   109 - 1011        
  эластин   (3-6)*106        
хрящ 20-25% веса – коллагеновые волокна; аморфный гель   6*106 7.5*106 2*106 102 103
кость 13-18% поры; твердая фаза: 40-50% коллаген + соли кальция 1-5% 1011     10-6 10-6 100 мин при ε >10-4
сухожилие 75% сухого вещества – коллаген, 2% - эластин 10% (1-10)109        
кожа 70% сухого вещества – коллаген 200%       0,1  
Скелетная мышца расслабленная   106       1-5
Скелетная мышца напряженная   107     0.5  

Где 10 дин/см2 = 1 Па; 1 МПа = 107 дин/см2

Модуль сдвига – величина, равная отношению напряжения сдвига к углу сдвига.

Модуль объемного сжатия – величина, равная отношению приложенной силы к относительному изменению объема.

 

 

Свойства мышц

 

1) Пассивная мышечная ткань

Рассмотрим пассивную (не стимулируемую) мышечную ткань. модель Кельвина:

Для скелетной мышцы

=106 дин/см2

Для гладких мышц , на 1- 2 порядка выше.

Активная мышечная ткань

Большое количество экспериментов по нагружению активной мышечной ткани показало, что ее можно описать с помощью модели, в которой параллельно вязкостному элементу включен некоторый активный сократительный элемент :

Такая модель называется моделью Хилла.


 

Для нахождения реологического соотношения для тела Хилла нужно для каждого элемента диаграммы записать зависимость от .

Для элемента исходная длина равна , а после деформации - . Тогда величина деформации будет равна

 

где - длина ветви 2.

 

 

 

Тогда

 

Видно, что зависит от и параметра, характеризующего активность мышцы (). Так как сократительная активность зависит от концентрации ионов кальция , то за можно взять эту концентрацию. В общем случае за можно взять величину, характеризующую электрическую стимуляцию.

После арифметических вычислений мы обнаружим, что при наличии активного сократительного элемента получающееся в итоге реологическое соотношение имеет ту же структуру, что и уравнение Кельвина:

 

Тогда значения параметров , и будут следующими:

Если переопределить деформацию , то получим уравнение, структура которого идентична уравнению Кельвина

Поэтому можно ожидать, что такое тело тоже будет иметь свойства тела Кельвина.

 


Поделиться с друзьями:

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.021 с.