Механические свойства биотканей на микроуровне
Лекций
10 практик
Зачет без оценки по билетам (если очно) или по тестам (если дистант)
Разделы:
· Гемодинамика 2
· Молекулярная 3
· Биофизика биологичеких мембран 4
· Биомеханика 1
· Электрохимичекие потенциалы
· Термодинамика открытых систем
Учебники:
Ремизов «медицинская и биологическая физика»
БИОМЕХАНИКА
Моделирование – метод, при котором производится замена некоторого сложного объекта исследованием его модели.
Виды моделей:
- физическая
- математическая
- биологическая
- аналоговая
Формы существования материалов:
1. агрегатные состояния (характер теплового движения молекул и атомов и плотность их упаковки: плазма, газ, жидкость, твердое)
2. фазовые состояния (+ аморфное, полимеры, жидкие кристаллы, кристаллы)
Анизотропия – механические свойства материалов неодинаковы в разных направлениях, так как их строение неоднородно. Биологические ткани анизотропны.
Квазикристаллическая теория Френкеля – фазовое состояние жидкости схоже с кристаллическим
Жидкокристаллическое фазовое состояние
Обладают текучестью. Удлиненная форма молекул. (прим.- липиды). У молекул 2 части – гидрофобная и гидрофильная.
1. термотропные жидкие кристаллы – чувствительны к изменению температуры. Способны в зависимости от температуры менять цвет, чувствуют очень малую разницу в температуре.
Директор – направленность молекул
- нематические (удлиненные молекулы, упорядоченная структура, выстраиваются в направлении вытянутости молекул, слоистости нет)
|
|
|
- смектические (тот же самое, но + структурная упорядоченность в слоях)
- холистерические (каждый слой имеет свой директор)
- дискотические (молекулы в форме диска)
2. лиотропные жидкие кристаллы
Переходят в жидкокристаллическое состояние в зависимости от концентраци молекул. Состав молекулы: заряженная головка (гидрофильная) и нейтральный хвост (гидрофобный). Молекулы организуют мицеллу
Прямая мицелла – головки снаружи, тк вода снаружи
Обратная мицелла – вода внутри, следовательно хвосты снаружи
Сферические, цилиндрические мицеллы
При увеличении концентрации молекул мицеллы соединяются и образуются бислои. Прообраз биологической мембраны. Бислой замыкается и образуются липосомы.
Полимеры
Никогда не переходят в газообразное состояние. Могут быть закристаллизованы. Могут быть жидкокристалличскими. Могут быть переведены в аморфное состояние:
1. стеклообразное состояние (твердое агрегатное) – упругая деформация
2. вязкотекучее состояние (жидкое агрегатное) – деформация течения
3. высокоэластичное состояние (сама макромолекула не совершает кинетических движений, агрегатное твердое, но очень эластичное) – высокоэластическая деформация (очень сильная деформация без разрушения и с последующим восстановлением)
|
|
|
Все свойства зависят от структуры полимера.
БИОМЕХАНИКА
Биомеханика изучает закономерности движения и деформации био структур и тканей под действием факторов окружающей среды и мышечной системы.
Деформация.
Ответная реакция на воздействие внешних сил. Изменение размеров и формы образца.
1. упругая – объект полность восстанавливает размеры и форму после воздействия
2. пластическая – объект не полностью восстанавливает размеры и форму
Типы деформации:
- растяжение-сжатие: вектор нагрузки перпендикулярен сечению образца
- сдвиговая деформация: изгиб, сдвиг, кручение
Механические свойства материала:
- упругость
- пластичность
- жесткость
- прочность
- твердость
Закон Гука: F = -kx
Где k – коэффициент пропорциональности (жесткость), х – деформация (разница длины), F – сила
δ сигма механическое напряжение (F упр./ S) изм. в Паскалях
δ = E * e (тоже ЗАКОН ГУКА)
E – модуль упругости (k*l0)/S , е – относительная деформация
ТВЕРДОСТЬ ПО БРИННЕЛЮ - отношение нагрузки к площади поверхности сферического отпечатка.
|
|
|
Особенности механических свойств биотканей (ВЯЗКОУПРУГИЕ среды)
1. Анизотропия
2. временные эффекты при деформации:
- при постоянной деформации происходит релаксация (спадание) механического напряжения
- при постоянной нагрузке величина деформации со временем увеличивается – ПОЛЗУЧЕСТЬ
- зависимостям мех.напряжения от времени при нагрузке и разгрузке соответствуют разные кривые – образуется петля ГИСТЕРЕЗИСА
- механические харакеристики биотканей часто зависят от скорости деформации
Биомеханика живой клетки
Клетка способна сама генерировать силу. Вызывать деформацию окружающей среды и проч. А также чувствовать внешние воздействия.
Могут чувствовать:
- градиент жесткости
- особенности микрорельефа
- тип и плотность лигандов
- растяжение
Все биоткани относятся к вязко-упругим средам
Цитоскелет
Актиновые нити формируют цитоскелет. Модуль Юнга у клетки высокий.
При патологиях клетка переходит в аморфное состояние. Упругость снижаниется. Клетка становится изотропичной. Клетка размягчается, становится эластичнее.
Клеточное осязание:
Способность почувствовать механические свойства окружающей среды. Клетки способны двигаться по градиенту жесткости или напряжения. Градиент направлен от меньшего к большему.
|
|
|
Механические свойства биотканей на микроуровне
Взаимное влияние клетки и матрикса, на котором она растет. Пример: раковые клетки повышают жесткость окружающего матрикса. Это способствует увеличению скорости метастазирования.
Дата добавления: 2021-04-06; просмотров: 115; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!