Определение деформации. Способы деформирования тел (растяжение, сдвиг, всестороннее сжатие, изгиб, кручение).

Деформация - изменение взаимного расположения частиц тела, которое приводит к изменению его формы и размеров. Растяжение-сжатие— вид продольной деформации стержня или бруса, возникающий в том случае, если нагрузка к нему прикладывается по его продольной оси. Сдвиг— вид продольной деформации бруса, возникающий в том случае, если сила прикладывается касательно его поверхности (при этом нижняя часть бруска закреплена неподвижно). Изгиб — вид деформации, при котором происходит искривление осей прямых брусьев или изменение кривизны осей кривых брусьев. Изгиб связан с возникновением в поперечных сечениях бруса изгибающих моментов. Прямой изгиб возникает в случае, когда изгибающий момент в данном поперечном сечении бруса действует в плоскости, проходящей через одну из главных центральных осей инерции этого сечения. В случае, когда плоскость действия изгибающего момента в данном поперечном сечении бруса не проходит ни через одну из главных осей инерции этого сечения, называется косым. Кручение – это вид деформации характеризуется взаимным поворотом поперечных сечений стержня под влиянием моментов (пар сил), действующих в плоскости этих сечений. Если тело поместить в жидкую или газообразную среду, то на его поверхность будут действовать силы давления, перпендикулярные его поверхности. Эти силы вызовут сближение частиц тела, в результате чего произойдет уменьшение линейных размеров и объема тела. Такая деформация называется всесторонним или гидростатическим сжатием.

Уравнение Хилла. Мощность одиночного сокращения.Уравнением Хилла выражается -зависимость скорости сокращения от нагрузки.(Р+а)V=в(Р0-Р). При раздражении мышцы одиночным импульсом тока возникает одиночное мышечное сокращение. Амплитуда одиночного сокращения мышцы зависит от количества сократившихся в этот момент миофибрилл. Возбудимость отдельных групп волокон различна, поэтому пороговая сила тока вызывает сокращение лишь наиболее возбудимых мышечных волокон. Амплитуда такого сокращения минимальна. При увеличении силы раздражающего тока в процесс возбуждения вовлекаются и менее возбудимые группы мышечных волокон; амплитуда сокращений суммируется и растет до тех пор, пока в мышце не останется волокон, не охваченных процессом возбуждения. В этом случае регистрируется максимальная амплитуда сокращения, которая не увеличивается, несмотря на дальнейшее нарастание силы раздражающего тока. Тетаническое сокращение. В естественных условиях к мышечным волокнам поступают не одиночные, а ряд нервных импульсов, на которые мышца отвечает длительным, тетаническим сокращением, или тетанусом. К тетаническому сокращению способны только скелетные мышцы. Гладкие мышцы и поперечнополосатая мышца сердца не способны к тетаническому сокращению из-за продолжительного рефрактерного периода. Тетанус возникает вследствие суммации одиночных мышечных сокращений. Чтобы возник тетанус, необходимо действие повторных раздражений (или нервных импульсов) на мышцу еще до того, как закончится ее одиночное сокращение. Если раздражающие импульсы сближены и каждый из них приходится на тот момент, когда мышца только начала расслабляться, но не успела еще полностью расслабиться, то возникает зубчатый тип сокращения (зубчатый тетанус). Если раздражающие импульсы сближены настолько, что каждый последующий приходится на время, когда мышца еще не успела перейти к расслаблению от предыдущего раздражения, то есть происходит на высоте ее сокращения, то возникает длительное непрерывное сокращение, получившее название гладкого тетануса. Гладкий тетанус – нормальное рабочее состояние скелетных мышц обусловливается поступлением из ЦНС нервных импульсов с частотой 40-50 в 1с. Зубчатый тетанус возникает при частоте нервных импульсов до 30 в 1с. Если мышца получает 10-20 нервных импульсов в 1с, то она находится в состоянии мышечного тонуса, т.е. умеренной степени напряжения.

Механические свойства биологических тканей (костная, кожа, мышечная, сосудистая). Структура материала является главным фактором, определяющим его механические свойства и характер процесса разрушения. Кость - основной материал опорно-двигательного аппарата. В компактной костной ткани половину объема составляет неорганический материал, минеральное вещество кости - гидроксилапатит. Это вещество представлено в форме микроскопических кристалликов. Другая часть объема состоит из органического материала, главным образом коллагена. Способность кости к упругой деформации реализуется за счет минерального вещества, а ползучесть - за счет коллагена. Особенность механического поведения костей состоит в том, что при их деформации проявляется пьезоэлектрический эффект. Если костную полоску, закрепленную на одном конце, изгибать, то в зоне деформации между противоположными сторонами регистрируется определенная разность потенциалов с отрицательным зарядом на вогнутой стороне. Кожа представляет собой не только совершенный покров тела, но является сложным органом, выполняющим важные функции: поддержание гомеостаза; участие в процессе терморегуляции, регуляцию общего обмена веществ в организме, секреторную функцию (работу сальных и потовых желез), защиту от повреждающего действия механических, физических, химических, инфекционных агентов. Она представляет собой обширное рецепторное поле, воспринимающее извне и передающее в ЦНС целый ряд ощущений. Кожа - граница раздела между телом и окружающей средой, поэтому она обладает значительной механической прочностью. Функции каждого слоя кожи, в том числе и механические, отражают биомеханическую природу компонентов и их структурную организацию. В общий состав кожи входят волокна коллагена, эластина и основной ткани - матрицы. • коллаген - Е = 10-100 МПа, σпр = 100 МПа;• эластин - Е = 0,5 МПа, σпр = 5 МПа. При исследовании механических свойств кожи с помощью акустического анализатора тканей, позволяющего оценивать скорость распространения акустических возмущений звукового диапазона (5-6 кГц), была выявлена акустическая анизотропия кожи, которая проявляется в том, что скорости распространения поверхностной волны во взаимно перпендикулярных направлениях - вдоль вертикальной (У) и горизонтальной (Х) осей тела - различаются. Многочисленные исследования в самых различных областях медицины показали, что анизотропия кожи является объективным диагностическим критерием. Мышечная активность - это одно из общих свойств высокоорганизованных живых организмов. Вся жизнедеятельность человека связана с мышечной активностью. Она обеспечивает работу отдельных органов и целых систем: работу опорно-двигательного аппарата, легких, сосудистую активность, ЖКТ, сократительную способность сердца и т.д. В состав мышц входит совокупность мышечных клеток (волокон), внеклеточное вещество (соединительная ткань), состоящее из коллагена и эластина. Поэтому механические свойства мышц подобны механическим свойствам полимеров. Мышцы по строению делятся на два вида: гладкие мышцы и скелетные. Для исследования характеристик сокращения мышц реализуют два искусственных режима. Изометрический режим - когда напряжение мышцы происходит в искусственных условиях сохранения ее длины, что достигается с помощью фиксатора. Изотонический режим - когда искусственно поддерживается постоянство напряжения мышцы. Например, мышца поднимает постоянный груз Р = const, а регистрируется изменение ее длины при сокращении. Сосудистая ткань - механические свойства кровеносных сосудов определяются, главным образом, свойствами коллагена, эластина и гладких мышечных волокон. Содержание этих составляющих сосудистой ткани изменяется по ходу кровеносной системы. Так как стенки кровеносных сосудов построены из высокоэластического материала, то они способны к значительным обратимым изменениям размера при действии на них деформирующей силы. Деформирующая сила создается внутренним давлением. При заданном внутреннем давлении Р равновесное состояние сосуда описывается уравнением Ламе.

Электромеханическое сопряжение в скелетных мышцах.Обеспечивается за счет ионов Ca с повышенным содержанием в цитоплазме до концентрации 10-6 моль приводит в сокращение мышечного волокна, в покое концентрация Ca 10-7 моль. Для возникновения сокращения скелетной мыщцы ионы Ca должны поступить из саркоплазматической сети (СПС) концентрация ионов сост. 10-2 моль. Т.о. на мембране саркоплазматического ретикулума создается колоссальный ингредиент для ионов Ca, но при этом в покое мембрана СПС не проницаема для ионов Ca. СПС располагается вблизи миофибриллы и её цистерны прилегают к 2-диску. В этом месте впячивание сарколеммы назыв. Т- трубочки, расположены поперек мышечного волокна, длина= 10мкм, d= 50нм. Сигналом является нервный импульс. Который передается к нервно-мышечному синапсу . передача сигнала на постсинаптической мембране будет обрз. деполяризацию. Деполяризационный потенциал будет передаваться на мембрану СПС, открывая Са-каналы. Выход Са прекращается вслед за реполяризацией, но при этом миофибриллы пребывают в сокращенном состоянии, пока концентрация Са не снизится до 10-7 моль. В мембране СПС находится кальцийзависимая АТФ-аза, которая обеспечивает первичнно-активный транспорт внутрь ретикулума, происходит расслабление миофибрилл при 10-8.