5. Газовая эмболия

Рис.7

При движении жидкости, имеющей газовый пузырек, происходит деформация газового пузырька; > . Так как ∆P= , то ∆ > .

Их разность ∆ - ∆ = ∆P будет направлена против внешнего давления. При определенных условиях они могут оказаться равными (∆P=P) и происходит закупорка сосудов и приостановка движения крови - одна из главных причин летального исхода в явлениях, связанных с газовой эмболией сосудов.

Проявление эмболии особенно может иметь место в разветвлениях, в суженных участках или при большом числе газовых пузырей.

6. Виды твердых тел

Кристаллические твердые тела (например, металлы) имеют периодически повторяющуюся по всем направлениям и во всем объеме молекулярную структуру, которую называют кристаллической решеткой. Свойства кристаллов не одинаковы по разным направлениям (анизотропия).

Аморфные тела представляют собой, как бы, застывшие жидкости (гудрон, стекло), т.е. обладают одинаковыми физическими свойствами по всем направлениям (они изотропны).

Полимеры – это высокомолекулярные соединения, состоят из большого числа повторяющихся молекулярных фрагментов, соединенных ковалентной связью. Бывают кристаллические, аморфные и жидко-вязкие (пластмассы).

Некоторые полимеры выдерживают упругое растяжение в 2-5 раз превышающее первоначальную длину. Природные полимеры, являющиеся структурной основой всех живых организмов и определяющие процессы жизнедеятельности, составляют группу биополимеров. К ним относятся белки, нуклеиновые кислоты (рибонуклеиновая – РНК и дезоксирибонуклеиновая – ДНК) и полисахариды. К полимерным материалам относятся почти все живые и растительные материалы; такие как шерсть, кожа, рог, волос, шелк, хлопок, каучук и т.п.

7. Закон Гука

Деформация – это явление изменения формы и объема тела под действием внешних сил или температуры, при этом изменяется взаимное положение точек тела, и возникают внутренние упругие силы. Деформация называется упругой, если после прекращения действия силы она исчезает и тело принимает прежние формы и объем. Неупругие деформации называются пластическими. Малые упругие деформации подчиняются закону Гука:

F=-k·∆x

где F- сила упругости, Н;

k- коэффициент упругости; ∆x - деформация, м;

E= - относительная деформация.

Знак минус показывает, что направления силы упругости и деформации противоположны.

Отношение силы упругости к площади называется механическимнапряжением. Для деформации растяжения:

=σ

=E· или σ=E· ε

где E- модуль упругости, (при односторонней деформации – модуль Юнга).

8. Механические свойства биологических тканей

Тело человека и животных испытывает статические и динамические нагрузки. И все ткани обладают соответствующими свойствами. Как технический объект биологическая ткань – композиционный материал, он образован объемным сочетанием химически разнородных компонентов. Механические свойства биологической ткани отличаются от механических свойств каждого компонента, взятого в отдельности.

Кость – основной материал опорно-двигательного аппарата животного. Можно считать, что 2/3 массы компактной костной ткани (0,5 объема) составляет неорганический материал, минеральное вещество кости гидроксилапатит. Это вещество представлено в форме микроскопических кристаллов. В остальном кость состоит из органического материала, главным образом его белка-коллагена, обладающего высокой эластичностью. Плотность костной ткани 2400 кг/м³. Ее механические свойства зависят от многих факторов, в том числе от возраста, индивидуальных условий роста организма и, конечно, от участка организма. Композиционное строение кости придает ей нужные механические свойства: твердость, упругость и прочность.

Кожа состоит из волокон коллагена, эластина (так же как и коллаген – волокнистый белок) и основной ткани – матрицы. Коллаген составляет около 75% сухой массы, а эластин – около 4%. Эластин растягивается очень сильно (до 200-300%), примерно как резина. Коллаген может растягиваться до 10%, что соответствует капроновому волокну. Таким образом, кожа является вязкоупругим материалом с высоко эластичными свойствами, она хорошо растягивается и удлиняется.

В состав мышц входит соединительная ткань, состоящая из волокон коллагена и эластина. Поэтому механические свойства мышц подобны механическим свойствам полимеров. Так гладкие мышцы могут значительно растягиваться без особого напряжения, что способствует увеличению объема полых органов, например, мочевого пузыря.

Механические свойства кровеносных сосудов определяются главным образом свойствами коллагена, эластина и гладких мышечных волокон.

Содержание этих составляющих сосудистой ткани изменяется по ходу кровеносной системы: отношение эластина к коллагену в общей сонной артерии 2:1, а в бедренной 1:2, с удалением от сердца увеличивается доля гладких мышечных волокон, в артериолах они уже являются основной составляющей сосудистой ткани. Механические свойства ткани кровеносного сосуда различаются в зависимости от того, каким образом вырезан образец (вдоль или поперек сосуда). Механические свойства биологических тканей главным образом влияют на технические характеристики сердечно-сосудистой системы и их необходимо учитывать во многих разделах медицины (космической, спортивной, судебной и т.д.)

При моделировании тканей рассматривают:

1. Чисто упругий элемент - это идеальная пружина, подчиняющаяся закону Гука: ε

2. Чисто вязкий элемент – это цилиндр с поршнем и вязкой жидкостью