|
|
9. Мягкие ткани
(приводится по тексту:
С.А.Регирер Биомеханика. Обзор. Ин-т механики МГУ. Москва. 1990. - 71c.)
К мягким тканям относят те ткани, для которых восстановимые деформации могут быть велики (десятки и сотни процентов) и действительно достигают таких значений в естественных ситуациях. С этой точки зрения к мягким тканям, безусловно, относятся кожа, мышечная ткань, ткани легкого и мозга, стенки кровеносных сосудов и дыхательных путей, брыжейка и некоторые другие, а к твердым - кость, зуб, древесина и т.д. Промежуточное положение занимают суставный хрящ, сухожилие, которые - для определенности - здесь отнесены к мягким тканям. В этом разделе рассматриваются только пассивно деформирующиеся ткани, а мышцы - в разд. 10.
Способность к большим деформациям, присущая мягким тканям, связана с их структурными особенностями, в том числе с наличием сети из коллагеновых и эластиновых волокон, погруженных в связующее вещество. В естественном состоянии коллагеновые волокна изогнуты, что вместе с высокой растяжимостью эластина обеспечивает высокую податливость мягких тканей при малых удлинениях и низкую - при больших.
Плотность составляющих мягких тканей не зависит практически от давления, и всестороннее сжатие ткани не дает заметной объемной деформации, если, разумеется, исключена возможность выдавливания жидкости из образца.
Большинство мягких тканей ведут себя как трансверсально изотропные тела (при более точном описании - как ортотропные). Однако практическая реализация неодноосного деформированного состояния для мягких тканей очень сложна, и лишь в последние годы удалось поставить такие эксперименты.
Все мягкие ткани неупруги и проявляют временные эффекты: при фиксированной деформации происходит релаксация напряжений, при фиксированной нагрузке - течение. Нагрузка и разгрузка дают типичную гистерезисную картину, а при циклическом нагружении колебания деформаций и напряжений различаются по фазе. Эти свойства обычно описываются моделями с памятью, реже - дифференциальными моделями вязкоупругости.
Для мягких тканей выбор начального состояния часто затруднен из-за очень медленного восстановления исходной формы образца после разгрузки и сильной (до 90%) релаксации напряжений. Иными словами, существует практическая неопределенность состояния, которое естественно принимать за начальное. Большинство мягких тканей в условиях организма подвержено циклическому нагружению и не находится, таким образом, в каком-либо определенном стационарном состоянии. Цикличность изменений в живой ткани подсказывает, что образец перед испытаниями должен достаточно долго подвергаться периодическому нагружению. За начальное тогда принимается не какое-либо стационарное состояние, а режим установившихся колебаний с малой амплитудой.
Многие мягкие ткани претерпевают существенные возрастные изменения; они обстоятельно прослежены пока только для стенок кровеносных сосудов [17-т. 2, с. 208-237; 22-с. 267-271; 118] и кожи [17-т.1, с. 40-58].
Наиболее подробно изучены реологические свойства стенок крупных кровеносных сосудов (см. [11] и вышеуказанные источники), тканей сердечных клапанов [17-т.1,с. 40-58], дыхательных путей [17-т. 2, с. 132-150; 119], кожи [18,120], головного мозга [121], паренхимы легкого [11,18,122,123], стенки желудка (пассивной) [4-с. 51-56; 14], пищевода [8а-с. 70-88; 14], кишечника [14], сухожилий и связок [18 ,21-с.169-174,124], тканей глаза [17-т.1, с. 180-202; 20-с. 123-152], суставного хряща [16, 18,125, 126]. Для сосудистой стенки и хряща исследованы также фильтрационные характеристики.
Математическое моделирование последних потребовало привлечения представлений механики пороупругих материалов и электрохимии, и работа эта еще не завершена. Новые подходы к моделированию паренхимы легкого предложены в [127]. Общее представление о степени изученности свойств мягких тканей дают руководства [10,11,16,18].
Прочности и разрушению мягких тканей, в сравнении с их деформируемостью, уделяется меньшее внимание. Однако некоторые данные на этот счет представляют практический интерес. Так, знание прочности сосудистой стенки имеет значение для предсказания кровоизлияния при импульсных нагрузках, прочность сухожилий и связок определяет опасность их разрыва при выполнении
трудовых и спортивных движений. Конструирование хирургического инструмента, включая даже такие простые орудия как иглы, также, очевидно, должно опираться на сведения о прочности тканей.
Прикладные аспекты механики мягких тканей включают в себя еще и различные диагностические приемы (оценка состояния по характеристикам податливости), слежение за заживлением ран и швов [17-т.5,с.160-184], выработку требований к сосудистым протезам [4-с. 5-82;20-с. 75-89], протезам клапанов лепесткового типа [20-с.112-122], искусственному механочувствительному кожному покрову и т.д.
Данные о реологических свойствах мягких тканей используются в расчетах растяжения кожи (перед отслоением лоскута для пластических операций), деформаций роговицы глаза при надрезах и во многих других задачах, связанных с хирургией (см. разд. 4) Неинвазивные методы диагностики при помощи ультразвука требуют знания реологических характеристик тканей в области частот в сотни и тысячи килогерц (акустических свойств). Для всех основных мягких тканей они измерены и систематизированы [128], однако теорий, надежно расшифровывающих частотные и температурные зависимости акустических свойств, не существует.
Все сказанное выше относилось преимущественно к мягким тканям человека и лабораторных животных; еще один класс исследований порожден задачами общей биологии и зоологии. К нему относятся измерения реологических свойств кожи рыб, рептилий и амфибий, застывших жидких выделений типа шелка или паутины, волос, особых мягких тканей насекомых и т.д. [29].
|
