Костная ткань

Методы определения вязкости жидкостей

Определение вязкости биологических жидкостей и, особенно, вязкости крови имеет существенное диагностическое значение. Разнообразные приборы, применяемые для этой цели называют вискозиметрами. Они подразделяются на два основных типа: капиллярные и ротационные.
В капиллярных вискозиметрах (вискозиметр Оствальда, Гесса) вязкость оценивается по объему жидкости, протекающему в единицу времени через капиллярную трубку под действием перепада давлений. Зная геометрические параметры капилляра, величину вязкости ньютоновских жидкостей можно расчитать по уравнению Пуазейля.
Для определения вязкости неньютоновских жидкостей (в частности, крови) предпочтительнее использовать ротационные вискозиметры. В них исследуемая жидкость помещается в зазор между двумя вращающимися цилиндрами. При этом измеряют угол поворота внутреннего цилиндра, определяют угловую скорость, а затем вязкость. Достоинством такого метода является возможность определять не только значение вязкости, но и ее зависимость от скорости сдвига. Следует помнить, что вязкость крови, определенная при помощи визкозиметра, иногда существенно отличается от вязкости крови в организме.

Структура материала является главным фактором, определяющим его механические свойства и характер процесса разрушения. Большинство биологических тканей являются анизотропными композиционными (от лат. - composition - сочетание) материалами, образованными объемным сочетанием химически разнородных компонентов. Состав каждого типа ткани сформировался в процессе эволюции и зависит от функций, которые она выполняет.

Кость - основной материал опорно-двигательного аппарата. Так, в скелете человека более 200 костей. Скелет является опорой тела и способствует передвижению (отсюда и произошел термин «опорнодвигательный аппарат»). У взрослого человека скелет весит около 12 кг (18 % общего веса).

В компактной костной ткани половину объема составляет неорганический материал, минеральное вещество кости - гидроксилапатит. Это вещество представлено в форме микроскопических кристалликов. Другая часть объема состоит из органического материала, главным образом коллагена (высокомолекулярное соединение, волокнистый белок, обладающий высокой эластичностью). Способность кости к упругой деформации реализуется за счет минерального вещества, а ползучесть - за счет коллагена.

Кость является армированным композиционным материалом. Например, кости нижних конечностей армированы высокопрочными волокнами в окружных и спиральных перекрещивающихся направлениях.

Механические свойства костной ткани зависят от многих факторов: возраста, заболевания, индивидуальных условий роста. В норме плотность костной ткани 2400 кг/м³, а ее модуль Юнга Е = 10¹⁰ Па; предел прочности при растяжении σ_пр = 100 МПа, относительная деформация достигает 1%.

При различных способах деформирования (нагружения) кость ведет себя по-разному. Прочность на сжатие выше, чем на растяжение

или изгиб. Так, бедренная кость в продольном направлении выдерживает нагрузку 45 000 Н, а при изгибе - 2500 Н.

Запас механической прочности кости весьма значителен и заметно превышает нагрузки, с которыми она встречается в обычных жизненных условиях. (Живая кость в 5 раз прочнее железобетона.) Бедренная и берцовая кости выдерживают нагрузку в 25-30 раз больше веса нормального человека.

Особенность механического поведения костей состоит в том, что при их деформации проявляется пьезоэлектрический эффект. Если костную полоску, закрепленную на одном конце, изгибать, то в зоне деформации между противоположными сторонами регистрируется определенная разность потенциалов с отрицательным зарядом на вогнутой стороне (рис. 6.14).

Рис. 6.14. Проявление пьезоэффекта при деформации костной полоски

В интервале упругой деформации эта разность потенциалов пропорциональна механическому напряжению.

Дата добавления: 2014-10-23