Кристалдық және аморфты денелер. Полимерлер мен биополимерлер

         Созылудың тәжірибелік қисығы  суретте келтірілген. ОА учаскесі  мығым деформацияға сәйкес келіп  тұр, В нүктесі мығымдылық шегі. Ол максималды кұшті көріністе болады. СD көлденең учаскесі аққыштықтың шегі болып табылады, ол кезде күштің жоғарылауысыз деформация күшееді. Соңғысы, ең жоғарңы күш түсу шыдамдығы, одан кейін бұзылу байқалады. Оны мықтылық  шегі дейді.

        Полимерлерге тән мығымдылықты  каучук тәрізді серпімділік деп атайды (жоғары серпімділік).

        Кейбір материалдардың механикалық  қасиетінің берілгендері.

 

БИОЛОГИЯЛЫҚ ТІНДЕРДІҢ  МЕХАНИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ

 

        Биологиялық тіндердің механикалық қасиеттері екі түрде болады. Біріншісі биологиялық жылжымалылық процесімен байланысты: жануарлардың бұлшықеттерінің жиырылуы, жасушалардың өсуі, жасушалардың бөліну кезіндегі олардың қозғалысы және т.б. Осы процестер химиялық процестермен негізделген және қуаттылық жағынан АТФ – пен қамтамасыз етіледі, олардың табиғатын биохимия курсында қарастырылады. Бұл топты биологиялық жүйенің белсенді механикалық қасиеттері деп атайды. Екіншісін – биологиялық денелердің пассивті механикалық қасиетері деп атайды. Бұл сұрақты биологиялық тіндерге қарастырып қоялық.

        Техникалық объект ретінде биологиялық тін – композиционды материал, түрлі көлемді химиялық компоненттерден түзілген. Биологиялық тіннің  механикалық қасиеттері әр компоненттің механикалық қасиетінен  айырмашылығы  бар. Биологиялық тіннің механикалық қасиетін анықтау әдістері  техникалық материалдардың  қасиеттерін анықтау әдістеріне ұқсас.

        Сүйектің қызыл кемігі. Сүйек – тірек қимыл аппаратының негізгі материалы. Жеңілдетіп қарасан, сүйектің қызыл кемігінің 0,5 көлемі бейорганикалық материалдардан, сүйектің минералды заттарынан –гидроксилапатиттен 3Ca3(PO4)2 • Ca(OH)2  тұрады. Бұл заттар микроскопиялық кристалдар ретінде көрінеді. Басқасында сүйек органикалық материалдардан, ең басты коллагеннен (жоғары молекулярлы қосылыс, ақуыз, жоғары серпімділікті).  Гидроксилапатиттің кристалдарыколлогенді талшықтардың (фибриллалар) арасында орналасқан.

         Сүйек тінінің тығыздығы 2400кг/м³. Оның механикалық қасиеті көптеген факторларға байланысты, сонымен қатар жасқа, ағзаның индивидуалды өсуіне және де ағзаның учаскесіне байланысты.

         Сүйектің композиционды құрылымы  оған дұрыс механикалық қасиеттер береді: қаттылық, мығымдылық және мықтылық. Компактті сүйек тіні үшін σ = f(ε)  тәуелділігі өзіне тән түрі болады. Аса үлкен емес деформация кезінде Гук заңы орындалады. Юнг модулі 10ГПа, шегі 100МПа. Осы берілгендерді капрон, армирленген шынының берілгендерімен сәйкестендіру пайдалы. 

       Компактты сүйектің қызыл кемігінің жылжымалылық қисығын көруге болады. ОА учаскесі тез деформацияланумен сәйкес, АВ – жылжымалылық. t1 уақытында В нүктесінде жүк алынып тасталды. ВС тез деформациялық жиырылуға сәйкес, СD – қайтымды жылжымалылық. Нәтижесінде ұзақ уақыт ішінде   сүйектің үлгісі өзінің қалыпты мөлшерін қалпына келтіре ала алмады, кебір қалдықты деформациялар сақталған.

       ТЕРІ. Ол коллаген, эластин талшықтарынан және негізгі тіннен - матрицадан тұрады. Коллагеннің 75%, ал эластиннің 4% құрғақ заттан тұрады.

       Эластин  өте қатты созылады (200-300% дейін), резина тәрізді. Коллаген 10% дейін созылады, ол капрон талшықтарына ұқсас. Осы берілгендерді қорыта келе, тері созылмалы-мығым, жоғары серпімділікті қасиеті бар материал болып табылады, ол жақсы созылады және ұзарады.

       БҰЛШЫҚЕТТЕР. Бұлшықеттің құрамына дәнекер тіні кіреді, ол талшықтардан және эластиннен тұрады. Сондықтан бұлшықеттің механикалық қасиеті полимерлердің механикалық қасиетіне ұқсас.

       Тегіс  бұлшықеттердің релаксациялық күші  Максвелл моделіне ұқсайды. Сондықтан  тегіс бұлшықеттер ешқандай қиындықсыз  созыла алады, осының әсерінен жыныс ағзаларының көлемдері ұлғаяды, мысалы қуық.

       Қаңқа бұлшықетінің механикалық қасиеті Максвелл моделіне сәйкес. Бұлшықеттер тез созылғанда кернеулік жоғарылайды, біраз уақыттан кейін төмендейді.

      Қаңқа  бұлшықетінің  σ = f(ε)  тәуелділігі  сызықшалы емес. Осы қисықтың талдауы мынаны көрсетеді, ε = 0,25 .  Үлкен деформация кезінде молекулалардағы атом аралық арақашықтық ұзарады.

       ҚАНТАМЫРЛАР ТІНІ (ТАМЫРЛЫҚ ТІН). Тамырлық тіннің механикалық қасиеті ең басты коллагеннің, эластиннің және тегіс бұлшықеттер   талшықтарының   қасиеттерімен   анықталады. Тамырлық тіннің құрамына кіретіндер: ұйқы артериясында  коллаген мен эластиннің қатынасы  2:1 болса, ал  жамбас артериясыныңкі   1:2. Жүректен бастап тегіс бұлшықеттердің мөлшері ұлғая береді, ал артериолаларда  олар тамырлық  тіннің  негізгі  компоненті  болып  табылады.

       Тамырлық  тіннің механикалық қасиетін  бөлшектеп зерттейтін болсақ айырамыз, қалай тамыр кесілгенін (ұзыннан немесе көлденен). Алайда тамырдың деформациясын іштен мығым цилиндрге түкен әсерден деп қарастыруға болады.

       Қантамырдың  цилиндрлік бөлігін ұзыннан l, қалыңдығынан h және радиусымен r қарастырайық. Цилиндрді көлденен және ұзынан кесеміз. Цилиндрлік тамырдың  екі жартысын бір бірімен байланыстырамыз. Оның жалпы ауданы  2hl тең. Егер тамырлық қабырғада механикалық күш σ болатын болса, онда тамырдың екі жартысының байланысы мынаған тең:

 

F = σ • 2hl

 

Қысым арқылы күшті есептеу:

 

F=p • 2rl

 

Осы екі формуланы  теңестіре отырып, мынадай аламыз:

 

σ = pr/h

 

Бұл  Ламе  теңдеуі.

       Қорыта  келе медицинаның бөлімдері мен  бағыттарымен таныса кетейік, биологиялық тіндердің пассивті механикалық қасиетіне  аса көңіл аудару керек:

- косметикалық медицинада, өйткені адам жаңа, тәжірибелі жағдайларда болады;

- спорттық медицинада нәтижесі жоғары  және оның жоғарылауы спорттық медиктерді адамның тірек қимыл аппаратының физикалық мүмкіндігіне көңіл аударады ;

- тіндердің механикалық қасиеті гигиенисттерге вибрация әсерінен адамды қорғау туралы міндетті түрде көңіл аудару керек;

- өзінің ағзасын немесе  тіндерін басқа жасанды ағзалар  мен тіндерге алмастыру кезіндегі  протездеуде биологиялық объектілердің  механикалық қасиеттерін білу  өте маңызды;

- соттық медицинада  әртүрлі деформациялардың биологиялық құрылымына көңіл аудару өте маңызды;

- травматология мен  ортопедияда  ағзаға механикалық әсер  ету мағызды болып келеді;

           
     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚАЗАҚ МЕМЛЕКЕТТІК  МЕДИЦИНА АКАДЕМИЯСЫ

 

КАФЕДРА:

 

 

 

ТАҚЫРЫБЫ Биологиялық ұлпалардың пассивті  механикалық қасиеттері

 

 

 

                       ДАЙЫНДАҒАН:  

                       ТЕКСЕРГЕН:

 

 

 

АСТАНА-2008Ж.

 

 

 

 

ЖОСПАР

 

1. Кристалдық және аморфты денелер.
2. Полимерлер және биополимерлер
3. Сұйық кристалдар
4. Қатты денелердің механикалық қасиеттері
5. Биологиялық тіндердің механикалық қасиеттері

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

 

1.  «Медицинская и биологическая физика»

А.Н.Ремизов, А.Г.Максина, А.Я.Потапенко

Москва 2004г.