• Главная
  • Карта сайта

Биология и природа вокруг нас ...

Главное меню

  • На главную
  • Гидросфера и атмосфера Земли
  • Функциональная асимметрия мозга
  • Строение клеток растений
  • Анатомия человека
  • Человек как биологический вид
  • Процесс антропогенеза
  • Естествознание в системе наук

Механические свойства костной ткани

Страница 1

Костная ткань - основной материал опорно-двигательной системы. Прочность костной ткани зависит от химического состава, общей структуры, системы внутреннего армирования, количества и прочности компонентов, ориентации основных компонентов по отношению к продольной оси кости, возраста, плотности, индивидуальных условий роста и.т.д.

Компактная костная ткань представляет собой среду с пятью структурными уровнями.

Строение компактной костной ткани по Кнетсу.

№ уровня

Состав уровня

1

Биополимерная молекула трипоколлагена и неорагнические кристаллы (гидроксилопатит 3Са3(РО4)2Са(ОН)2)

2

Микрофибриллы коллагена (образованы пятью молекулами трипоколлагена)

3

Волокно (армирующий компонент) состоит из большого количества микрофибрилл и связанные с ними микрокристаллы.

4

Ламеллы (наименьший самостоятельный конструкционный элемент) - это тонкие изогнутые пластинки, состоящие из коллагенно-минеральных веществ, объединённых при помощи вяжущего вещества.

5

Остеоны - образуются вокруг кровеносных сосудов, включающихся в объем кости. Состоят из концентрически расположенных костных ламелл.

Плотность костной ткани »2,4 г/см3. Минеральные компоненты кости составляют »70 % массы кости, а белковые »20 %.

С увеличением возраста в костной ткани протекает ряд изменений. Изменяется химический состав и внутренняя структура, возникает множество вторичных остеонов, образующих новую внутреннюю конструктивную систему. При старении биологическая активность уменьшается, меняется степень минерализации, а также порядок расположения минеральных кристаллов и остенов, уменьшается количество связующего вещества, некоторая чать ткани исчезает и появляются поры.

Обновление костной ткани происходит дискретно - в определенных местах, на ограниченных участках. В течение жизни человека один и тот же участок кости обновляется неоднократно. К 35 годам процесс костеобразования замедляется. Костная масса у вегетарианцев больше, т.к. в растительной пище много солей. Курение и алкоголь уменьшают костную массу. Недостаточное содержание кальция уменьшает прочность костной ткани, что приводит к остеопорозу.

Волокна костной ткани деформируются преимущественно упругим образом, а матрица (остальная часть) - пластически и разрушаются хрупким образом.

Зависимость напряжения от деформации: s=f(e) компактной костной ткани имеет следующий вид (эта зависимость аналогична для твердого тела):

Напряжение σмах при котором материал разрывается, называется пределом прочности.

Представим предел прочности костной ткани и её компонентов при сжатии и растяжении:

Вид ткани

Сжатие

Растяжение

Прочность [МПа]

Модуль Юнга [МПа]

Прочность [МПа]

Модуль Юнга [МПа]

Компактная кость Минеральный компонент Белковый компонент

147 44 0,1

10200 6400 10

98 5 7

22 400 16600 20

Анализ таблицы: Минеральный и белковый компоненты по отдельности слабые, но в сочетании дают высокую прочность, сравнимую с прочностью металлов. В науке остаётся вопрос: почему имеется различные свойств на растяжение и сжатие.

Реологическая модель Зингера компактной костной ткани и средняя кривая ползучести.

Дифференциальное уравнение, описывающее данную модель имеет вид:

Средняя кривая деформации компактной костной ткани.

Страницы: 1 2

Copyright © 2013 - Все права защищены