Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
длина мышцы при ее определенном расположении в организме too (стандартная
длина) (масса мышцы 85,5 мг, температура 0°С).
о
0.036 I. м
dz
?=--/, (10.8)
о/
где dl - небольшое увеличение длины, a do - соответствующее увеличение
напряжения. На графике зависимости а от I ("кривая растяжения") величина
Е находится через тангенс угла наклона касательной к оси I в точках,
соответствующих интересующей нас / (абсцисса) или о (ордината).
Эффективный модуль упругости покоящейся скелетной мышцы, как видно на
рис. 78, резко возрастает при увеличении длины (напряжения). Сходная
зависимость от I по" лучается для эффективного модуля упругости артерий.
При разных удлинениях скелетная мышца по-разному реагирует на изменение
температуры. По этой реакции кривую растяжения можно разделить на два
участка - А и Б (см. рис. 78). В ответ на повышение температуры первый
участок сдвигается вверх (рис. 79). При данной фиксированной длине
возрастает напряжение, а если напряжение поддерживается постоянным, мышца
укорачивается. На другом участке под влиянием нагревания на-
Рис. 79. Влияние температуры на начальный участок кривой растяжения
портняжной мышцы жабы [Хилл, 1949].
1, 2 - кривые, соответствующие температуре 0 и 16°С; стрелки а и б
показывают увеличение напряжения при неизмененной длине и укорочение при
фиксированном напряжении в результате повышения температуры
(соответственно); 1с - стандартная длина мышцы, масса мышцы ЬО мг.
блюдается обратная картина. Все это свидетельствует о том, что упругость
скелетной мышцы при разных удлинениях имеет различную природу. Это
находит объяснение при термодинамическом анализе процесса деформации
мышцы (см. ниже).
Кости в соответствии с их опорной и защитной функциями резко отличаются
по механическим свойствам от мышц и других биоматериалов. При небольших
деформациях для костей справедлив закон Гука: напряжение пропорционально
относительной деформации, модуль упругости не зависит от напряжения (рис.
80). Модуль упругости костей может достигать около 10е Н/м2, т. е. может
на несколько порядков превышать эффективные модули упругости мышц
практически при всех нетравмирующих нагрузках (см. рис. 78).
Кости характеризуются в целом очень высокой механической прочностью, хотя
некоторые их участки проявляют относительно слабое сопротивление
механическим нагрузкам. В зависимости от типа кости и участка в данной
кости ее механическое разрушение начинается по достижении напряжения IО7-
108 Н/м2. В сравнении с костями механическая прочность других
биоматериалов низкая. Например, по данным Н. С. Хамина, ткань стенок
крупных артерий выдерживает лишь напряжение 3 • 10е-
4 • 10е Н/м2.
Интересная особенность механического поведения кос- 1 тей состоит в том,
что при их деформации проявляется
й,
199
Рис. 80. Кривая деформации диафиза бедренной кости человека [Сеппо А.,
1978]. е - относительная деформация.
Рис. 81. Проявление пьезоэлектрического эффекта при деформация костной
полоски.
3 - аажнм; стрелкой показано направление действия деформирующей силы.
пьезоэлектрический эффект. Если костную полоску, за крепленную на одном
конце, изгибать, то в зоне деформации между противоположными сторонами
регистрируется определенная разность потенциалов с минусом, на вогнутой
сторойе (рис. 81). В диапазоне упругой деформации эта разность
потенциалов пропорциональна механическому напряжению. Есть основания
считать, что генерация пьезоэлектричества имеет место при механических
нагрузках костей в организме, и возникающие электрические токи могут
стимулировать новообразование или рассасывание костной ткани.
10.3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕНКИ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ
Стенка всех кровеносных сосудов, за исключением капилляров, построена из
вязкоэластического материала. Поэтому крупные сосуды способны к
значительным обра-
20Й
Рис. 82. Кривые продольного растяжения образцов бедренной (1) и большой
подкожной (2) артерии собаки.
f| - внешняя сила (нагрузка); I, 10 - дан-ная длина и длина образцов
сосудов в организме (соответственно).
Рис. 83. Схема измерений кривых растяжения изолированной полоски
сосудистой стенки (I) и схема к выводу уравнений деформации кровеносного
сосуда (вид с торца) (2).
*1
foi
тимым изменениям размера при действии на их стенку внешней деформирующей
силы, а также при активном сокращении и расслаблении гладкой мускулатуры
самой стенки.
Для выяснения общих механических свойств сосудистой стенки и их изменения
при патологических состояниях изучают ее изолированные полоски; при этом
определяют кривые растяжения (см. рис. 83) при тангенциальной (по
t
201
направлению окружности поперечного сечения) или продольной (вдоль длинной
оси сосуда) деформации под действием соответственно сил f01 и /0.
Статические кривые растяжения сосудистой стенки (рис. 82) подобны
соответствующим характеристикам деформации скелетной мышцы (см. рис. 78).
Наибольший интерес представляет деформация целого сосуда. Ее обычно
