ПОНЯТИЕ КОМПОНЕНТЫ И ФУНКЦИИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОДА МЕХАНИЧСКИЕ

ПОНЯТИЕ, КОМПОНЕНТЫ И ФУНКЦИИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ОДА). МЕХАНИЧСКИЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ. БИОМЕХАНИКА ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ. 1

Содержание лекции. Введение. Понятие и компоненты ОДА. Характеристика пассивной части ОДА. Характеристика активной части ОДА. Понятие, механизм и виды деформации. Способы деформации. Особенности механических свойств биологических тканей. • Характеристики механических свойств биотканей. • • • 2

Понятие и компоненты ОДА. 3

Защита Опора Механические функции: Функции пассивной части ОДА. Движения Амортизация Биологические функции: Участие в минеральном обмене и поддержании уровня электролитов в крови. Участие в кроветворении 4

Биологические свойства мышц: Возбудимость – это способность мышечной ткани отвечать на действие раздражителя (раздражение) генерацией потенциалов действия (возбуждением), что приводит к сокращению мышцы и изменению её вязко-упругих свойств. Проводимость – это способность мышечной мембраны проводить возбуждение. Сократимость - это способность мышцы сокращаться при возбуждении. • Сокращение – это процесс изменения длины мышцы и (или) её напряжения, приводящий к возникновению силы тяги мышцы. 5

Преобразование химический энергии в механическую, генерация напряжения или силы тяги Аккумулирование энергии упругой деформации. Модулирование полученной или имеющейся энергии Регулряция величины, скорости и направления движений Опорная функция Основные функции мышц: Упругая амортизация при движениях Защитная функция Участие в формировании формы и рельефа тела Участие в терморегуляции Проприорецепция 6

Понятие деформации и нагрузки. • Деформация – это изменение взаимного расположения точек тела в результате механического воздействия (нагрузки), приводящее к изменению формы и размеров тела. • Нагрузками называются силы, приложенные к телу и вызывающие его деформацию. • Виды нагрузок: – – Растяжение Сжатие Изгиб Кручение 7

. Механизм деформации. Приложение внешней деформирующей силы (нагрузки): растяжение/сжатие, сдвиг, изгиб, кручение. Изменение формы и размеров тела (деформация) → возникновение упругих сил, противодействующим нагрузкам. Распределение упругих сил в ткани приводит к возникновению механического напряжения. При прекращении действия деформирующей силы потенциальная энергия упругой деформации деформированного тела переходит в кинетическую энергию, передаваемому деформирующему телу. 8

Зависимость напряжения от деформации Участок пластической деформации Механическое напряжение Предел упругости – напряжение, ниже которого деформация остаётся упругой Участок упругой деформации Предел текучести – напряжение, начиная с которого деформация становится текучей α Относительная деформация Участок деформации текучести Предел прочности – механическое напряжение, при котором происходит разрушение 9

Способы деформации: растяжение/сжатие. • Сила (F), приложенная перпендикулярно к сечению тела, изменяет его исходную длину (l) на величину Δl – абсолютная деформация тела. • Относительная деформация (ε) равна отношению абсолютной деформации к исходной длине тела: ε = Δl/ l * 100%. F Тело после деформации F Δl Максимальная степень деформации – средняя часть тела. l Исходное тело Растяжение Сжатие 10

Способы деформации: сдвиг. • Касательная сила (F), приложенная параллельно закреплённому основанию тела, вызывает смещение боковых граней на угол сдвига γ. • Абсолютная деформация сдвига - величина смещения свободного основания (Δl) • Относительная деформация - тангенс угла сдвига (tgγ). Δl F γ 11

Способы деформации: изгиб. • Изгиб – искривление оси тела под действием внешних сил. • Продольный изгиб – силы направлены вдоль оси тела и приложены к концам навстречу другу. • Поперечный изгиб – силы направлены перпендикулярно оси тела и приложены к концам и к средней части. • Стрела прогиба (λ) – величина степени деформации, определяемая по перемещению середины тела. Деформация сжатия на вогнутой стороне Продольный изгиб λ Деформация растяжения на выпуклой стороне Поперечный изгиб 12

Способы деформации: кручение. • Кручение – это взаимный поворот поперечных сечений тела под влиянием моментов сил, действующих в плоскостях этих сечений. – В процессе кручения расстояние между слоями не изменяется, но точки в пределах одного слоя смещаются друг относительно друга: отсутствие сдвига в центре и максимальный сдвиг на периферии. • Абсолютная деформация кручения (φ) – угол поворота одного основания тела относительно другого. • Относительная деформация кручения (θ) – отношение угла поворота к длине тела: θ = φ/l. 13

Механические свойства биологических тканей: особенности. • Анизотропность - зависимость механических свойств от направления приложения нагрузки вследствие неоднородности строения тканей. • Зависимость механических свойств от скорости деформации. • Непостоянность связи между напряжением и деформацией вследствие наличия релаксации и ползучести. • Различная зависимость механического напряжения от деформации при нагрузке и разгрузке – петля гистерезиса. Одна и таже деформация при нагрузке вызывает большее напряжение, чем при разгрузке. 14

Механические свойства биологических тканей: характеристика. А. Упругость - это способность ткани восстанавливать первоначальную длину и форму после устранения деформирующей силы. Чем больше упругость (жесткость), тем большую силу нужно приложить к телу, чтобы растянуть его на заданную величину. Податливостью (пластичность) - величина, обратная жесткости. Линейная деформация - сила упругой деформации пропорциональна величине деформации (∆l): Fу = с*∆l, с - коэффициент упругости (жесткость – упругое сопротивление). Fу Fy = с*∆l силы деформации растут непропорционально напряжению: в начале растяжение происходит быстро, затем для растяжения нужно увеличивать силу. Поэтому, жесткость переменна и растёт по мере растяжения. Нелинейная деформация - А ∆l 15

Механические свойства биологических тканей: характеристика (прод. ). Б. Вязкость • Проявляется в запаздывании деформации тела (ε) от механического напряжения при циклических изменениях нагрузки (σ). • Определяется наличием внутреннего трения (внутреннего взаимодействия) в теле, которое противодействует смещению частиц и развитию деформации. • Зависит от температуры тела и уровня активности. Вязкоупругость. Биологические ткани обладают и вязкостью и упругостью с различной степенью выраженности. 16

Механические свойства биологических тканей: характеристика (прод. ). В. Релаксация Уменьшение механического напряжения при постоянной нагрузке - релаксация. Г. Ползучесть или крип Увеличение деформации при постоянном напряжении ползучесть. 17

Механические свойства биологических тканей: характеристика (прод. ). Д. Прочность – это способность Вид ткани тел выдерживать нагрузку без разрушения. • Характеризуется пределом Сплошная кость прочности, который зависит Эмаль зуба от вида деформации и типа Ребро ткани. Позвонок Е. Твёрдость – это сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твёрдого тела. Предел прочности на сжатие (МПа) 147 34 -45 1 -4 7 Компактное в-во бедренной кости 1470 -2940 Губчатое в-во бедренной кости Связки крупных суставов Кожа 68 10 -16 17 -36 18

Краткое резюме лекции. • ОДА состоит из активной (скелетные мышцы) и пассивной (скелет) частей. • Активность скелетных мышц связана со сойствами возбудимости, проводимости и сократимости и контролируется соматической нервной системой (нервно-мышечный аппарат). • Функции скелета объединяются в 2 группы: механические (защита, опора, движение и амортизация) и биологические (участие в кроветворении и минеральном обмене). • Основные функции скелетных мышц включают: преобразование химический энергии в механическую; генерирование силы тяги; регулирование величины, скорости и направления движений; аккумулирование упругой энергии; опора и поддержание позы и равновесия; амортизация движений; защита; формирование формы тела; проприорецепция и участие в терморегуляции. 19

Краткое резюме лекции (прод. ). • Деформация – это изменение формы и размеров тела в результате воздействия внешних нагрузок (растяжение/сжатие, сдвиг, изгиб и кручение). • Приложение нагрузки приводит к упругой деформации тела, которая исчезает после снятия нагрузки. При достижения уровня предела упругости наступает пластическая деформация, характеризующаяся остаточной деформацией. При достижении предела текучести возникает деформация текучести, которая возрастает без увеличения напряжения. Разрушение тела протсходит при достижении предела прочности. • Биоткани ОДА имеют общие механические свойства: упругость, вязкость, ползучесть, релаксация, прочность и твёрдость. • Линейные и нелинейные упругие системы имеют различную динамику деформации. 20

Вопросы для контроля по теме лекции. • Почему скелетные мышцы называют активной частью ОДА? • В чём заключаются отличие двигательной функции скелета от рессорной? • Каковы основные функции скелетных мышц? • Дайте определение деформации. • Опишите механизм и способы деформации. • Чем отличается абсолютная деформация тела от относительной деформации? • Нарисуйте график зависимости напряжения от степени относительной деформации тела. Обозначте все его части. • Чем отличается упругая деформация от пластической деформации? • Дайте понятие предела упругости и предела прочности. • Чем отличается прочность тела от твёрдости? • Каковы биомеханические отличия «жёстких» биотканей от «мягких» ? • Каковы механические свойства тканей ОДА? • Опишите упругость и вязкость биологических тканей. 21

Темы самостоятельной работы. • Понятие, стадии и виды разрушения. 22

Вопросы для контроля по темам самостоятельной работы. • Чем отличается вязкое разрушение тела от хрупкого? 23