Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
1.Механіческіе властивості біологічних тканин
біологічний кістка міцність перелом
Структура матеріалу є головним фактором, що визначає його механічні властивості і характер процесу руйнування. Більшість біологічних тканин є анізотропними композитними матеріалами, утвореними об'ємним поєднанням хімічно різнорідних компонентів. Склад кожного типу тканини формувався в процесі еволюції і залежить від функцій, які вона виконує.
Кісткова тканина . Кость - основний матеріал опорно-рухового апарату. Так в скелеті людини більш 200 кісток. Скелет є опорою тіла і сприяє пересуванню. У дорослої людини скелет важить близько 12 кг (18% загальної ваги).
У компактній кістковій тканині половину обсягу становить неорганічний матеріал, мінеральна речовина кістки - гідроксилапатит, Са10 (РО4) 6 (ОН) 2. Ця речовина представлено у формі мікроскопічних кристаликів. Інша частина обсягу складається з органічного матеріалу, головним чином колагену (високомолекулярна сполука, волокнистий білок, що володіє високою еластичністю). Здатність кістки до пружної деформації реалізується за рахунок мінеральної речовини, а повзучість за рахунок колагену.
Кость є армованим композиційним матеріалом. Наприклад, кістки нижніх кінцівок армовані високоміцними волокнами в окружних і спірально перехресних напрямках.
Механічні властивості кісткової тканини залежать від багатьох факторів: віку, захворювання. Індивідуальних умов зростання. У нормі щільність кісткової тканини 2400 кг / м 3. При різних способах деформування кістка поводиться по-різному. Міцність на стиск вище, ніж на розтяг або вигин. Так, стегнова кістка в поздовжньому напрямку витримує навантаження 45000Н, а при вигині - 25000Н.
Запас механічної міцності кістки досить значний і помітно перевищує навантаження, з якими вона зустрічається в звичайних життєвих умовах.
Вся архітектоніка кісткової тканини ідеально відповідає опорної функції скелета, орієнтація кісткових перекладин паралельна лініям основних напруг, що дозволяє кістки витримувати великі механічні навантаження.
Кістки мають різну міцність в залежності від функції, яку виконують. Стегнова кістка в вертикальному положенні витримує навантаження до 1,5 т, а велика гомілкова кістка до 1,8 т (це в 25 - 30 разів більше ваги нормальної людини). Встановлено, що відповідно до виконання фізіологічних завдань по реалізації опорних і локомоторних функцій згідно з розподілом силових навантажень в кістках формуються зони різної твердості.
Однак кістка по міцності поступається тільки твердим сортам стали і виявляється набагато міцніше стали зразками міцності граніту і бетону. На композитну природу кістки вказує низьке значення її модуля Юнга в порівнянні з однорідними матеріалами, що володіють такою ж міцністю. Середня частина плечової кістки людини має площу поперечного перерізу близько 3,3 см 2. Легко довести, що максимальна вага вантажу, який може утримувати ця кістка, перебуваючи у вертикальному положенні і працюючи на стиск, близький до 60000Н. У від же час максимальна сила, яку може витримати та ж кістка, якщо вона працює на вигин, а сила прикладена до вільного кінця кістки перпендикулярно осі, близька до 5500Н.
2. Механіка карате
Чудовою ілюстрацією міцності кісток людини може служити популярний зараз вид спортивних вправ - карате. Як може гола рука розбивати такі міцні предмети, як дубові або бетонні бруски, які не ламаючись сама? Спробуємо оцінити необхідну для цього енергію Ер. Використовуючи закон Гука для деформації бруска і формулу для потенційної енергії, запасеної в стислій пружині, можна визначити потенційну енергію руки в момент удару.
Таким чином, рука каратиста має достатній запас енергії, щоб зруйнувати брусок з бетону.
Те, що рука каратиста не ламається при ударі об брусок, частково пояснюється набагато більшою міцністю кісток у порівнянні з бетоном.
Якщо весь кулак в момент удару замінити кісткою завдовжки 6 см і діаметром 2 см, фіксованої в двох крайніх точках, а удар об брусок моделювати силою, що діє на її середину, то в таких умовах кістка може витримати 25000Н. Це приблизно в 8 разів більше, ніж сила, що діє на кулак каратиста при розламуванні бетонних брусків.
Однак, можливості руки каратиста протистояти таким ударам ще більше, тому що на відміну від бетонного бруска вона не підтримується по краях і удар не доводиться точно в середину. Крім того, між кісткою і бруском бетону завжди знаходиться еластична тканина, що амортизує удар. Отже, посилатися на крихкість наших кісток, виправдовуючи свою нерішучість, ми не маємо права. Вони не підведуть.
Активна взаємодія організму з зовнішнім середовищем і опосередковану участь у цьому всіх його численних систем і органів забезпечується через опорно-руховий апарат. Основний же компонент апарату рухів - м'яз - відрізняється від таких систем, перш за все тим, що вона безпосередньо перетворює хімічну енергію в механічну, досягаючи досить високого коефіцієнта корисної дії в умовах нормальної температури тіла людини. Основний структурно-функціональною одиницею скелета людини є кістка. В організмі людини кожна кістка-це живий, пластичний орган. Вона має свою морфологічну структуру, функціонує як частина цілісного організму і складається з декількох тканин. Основний тканиною в кістки є кісткова тканина; крім неї є щільна сполучна тканина, що утворює, наприклад, оболонку кістки, яка покриває її судини зовні, пухка сполучна тканина, що одягає судини, хрящова тканина, що покриває кінці кісток або утворює зони росту, ретикулярна тканина, що є основою кісткового мозку, і елементи нервової тканини - нерви нервові закінчення. Кожна кістка має певну форму, величину, будова і перебувати в зв'язку з сусідніми кістками. До складу скелета входить 206 кісток - 85 парних і 36 непарних. Кістки становлять приблизно 18% ваги тіла. Функція кісткової тканини різноманітна. Перша і найбільш важлива функція опори для м'яких тканин, переважна більшість яких розташовується в області кісткових утворень і прикріплюється до кісток. М'язи, проходять над місцями з'єднання кісток, і виробляють зміщення однієї кістки відносно іншої або переміщення всього тіла відносно поверхні Землі.
В цілому слід зазначити, що підвищення рівня щільності кісток зазначається в тих ділянках скелета, які піддаються найбільш інтенсивним механічним впливам. Щільність кісток значною мірою визначається кваліфікацією спортсменів, специфікою тренувальної та змагальної діяльності в різних видах спорту. У спортсменів високого класу відзначається підвищена щільність кісток у порівнянні зі спортсменами низької кваліфікації і особливо особами, які не займаються спортом. Представники швидкісно-силових видів спорту, вільної та греко-римської боротьби мають достовірно більш високі показники щільності кісток у порівнянні зі спортсменами, що спеціалізуються в циклічних, ігрових і сложнокоордінационниє видах спорту (фігурне катання, художня та спортивна гімнастика). На зниження щільності кісток призводять великі обсяги роботи на витривалість. Особливо низька щільність кісток зазначається у плавців на довгі дистанції, що обумовлено не тільки великим обсягом роботи аеробного характеру, специфікою відбору плавців, здатних показати високі результати на стайєрських дистанціях, а й специфікою водного середовища, різко знижує навантаження на опорно-руховий апарат. Кістки як органи представлені у людини у вигляді єдиної функціональної системи, що відноситься до пасивного руховому апарату. За формою і видом з'єднань кісток можна уявити обсяг рухів і тим самим судити про функціональні особливості апарату рухів.
Таблиця 1. Твердість по Брінеллю для тканин щелепних кісток зубів