Механические свойства ткани кровеносных сосудов

Кровеносные сосуды состоят из трёх концентрических слоёв: внутреннего (интима), среднего (медия) и наружного (адвентиция).

Механические свойства сосудов определяются главным образом свойствами средней сосудистой оболочки, состоящей из коллагена, эластина и гладких мышечных волокон.

Различия в механических свойствах эластина и коллагена, их роль в деформируемости мягких тканей обсуждалась в предыдущих разделах. Рассмотрим роль гладких мышц.

Клетки гладких мышц (миоциты) могут менять длину, сокращаясь под действием нервных (электрических) или химических стимулов. В результате меняются и механические свойства мышцы. В частности, для нестимулированной мышцы модуль упругости составляет около 10⁴ Па; при её сокращении он возрастает примерно в 10 раз. Именно гладкая мышца реализует активное поведение кровеносных сосудов. В результате её сокращения изменяются диаметр соответствующего сосуда и механические свойства сосудистой стенки в целом, что позволяет регулировать кровотока.

Относительное содержание трёх основных компонентов сосудистой оболочки различно в разных участках сосудистого русла. Содержание эластина к коллагену в кровеносных сосудах, близких к сердцу равно 2:1; оно уменьшается по мере удаления от сердца и, например, в бедренной артерии составляет 1:2. С удалением от сердца увеличивается также содержание гладких мышц, в артериолах они становятся основной составляющей сосудистой стенки.

Таблица 4.

Сосуд	Предел прочности при растяжении в продольном направлении, МПа	Максимально допустимое растяжение, e	Модуль упругости Е, МПа
s1 = 0,05 МПа	s2 = 0,4 МПа
Аорта: передняя (вентральная)стенка	1,1	0,455	0,84	3,9
задняя (дорзальная) стенка	0,7	0,42		3,5
Артерия: общая сонная	1,99	0,61	0,78	4,2
бедренная	1,32	0,4		5,4
Большая подкожная вена ноги	3,92	0,373	2,1	8,5

Следует отметить, что сосудистая стенка практически несжимаема и обладает явно выраженной анизотропией механических свойств. В частности, модули упругости сосудистой стенки различны в осевом (продольном относительно сосуда) и кольцевом направлениях. Их конкретные значения также зависят от участка в сосудистом русле и от напряжений, при которых они определяются.

В табл. 4 приведены данные о прочности, предельных продольных деформациях и продольных модулях упругости некоторых кровеносных сосудов при разных механических напряжениях σ₁ и σ₂.

На рис. 22 показаны характерные экспериментальные зависимости между продольными напряжениями s и деформациями e для различных сосудов, отмеченных цифрами. Здесь 1 – подкожная вена; 2, 3 – соответственно подвздошная и бедренная артерии; 4, 5 – задняя и передняя стенки брюшной аорты соответственно; 6, 7 – внутренняя и общая сонные артерии. Несовпадение этих кривых связано в первую очередь с различным содержанием основных компонент (эластина, коллагена и гладких мышц) в данных сосудах. Следует учесть, что экспериментальные исследования проводятся, как правило, в лабораторных условиях на образцах, удалённых из организма (in vitro). При этом функциональное действие гладкой мышцы нарушается, а значит, выявляется только её пассивное механическое поведение. Все приведенные данные получены при статистическом нагружении.

С увеличением скорости деформации сосудистой ткани предел её прочности и величина максимальной деформации e_max увеличиваются и оказываются больше значений, соответствующих статическому нагружению.

Напомним, что стенки кровеносных сосудов постоянно подвергаются периодическому нагружению переменным пульсирующим давлением. При изменении частоты нагружения в широких пределах проявляются вязкоупругие свойства сосудистой стенки. Однако опыт показывает, что при частоте нагружения 1 – 2 Гц (физиологически разумная частота) она ведет себя почти как упругое тело.

Дата добавления: 2015-05-09