Рассуждение о морфомеханике. 6.2.2 Напряжения действующие в живых системах

 

6.2.2 Напряжения действующие в живых системах

Не только внешняя форма органа, но и его внутреннее строение находится в определенном соответствии с воздействующей нагрузкой. Вследствие этого логично предположить, что строение живой системы зависит от действующих в ней напряжений – интенсивности внутренних сил. Именно к ним происходит приспособление, выражающееся в трансформации органов и тканей. Причем, живые системы адаптируются как к величинам внутренних сил, так и к их векторам. Говорить о том, что трансформация происходит в соответствии с какими-то компонентами действующих напряжений не правомерно. Ткани в каждой своей точке в равной степени адаптированы и к нормальным, и касательным напряжениям.

Обращает на себя внимание тот факт, что все ткани, образующие тело человека, точно отвечают механическим требованиям, которые к ним предъявляют условия их функционирования. Поверхностный слой кожи – эпидермис приспособлен к давлению на него, изгибам, и к касательным силам. Форма клеток, соединение их между собой, постоянно протекающая регенерация и наличие на поверхности видоизмененных погибших клеточных элементов обуславливает специфические механические свойства эпидермиса. В областях, где нагрузка на поверхностный слой кожи особенно велика, его толщина увеличивается, появляется избыточное ороговение, что также является приспособительным явлением.

Соединение эпидермиса и дермы в полной мере адаптировано к касательным напряжениям, возникающим при попытке сдвига одного слоя кожи относительно другого. Сама же собственно кожа способна хорошо противостоять растягивающим нагрузкам, порождающим потоки внутренних сил параллельные ее слою. В соответствии с направлениями векторов напряжений, действующих в собственно дерме ориентированы ее волокнистые элементы. Участки кожи, испытывающие не только растягивающую нагрузку, но и сжатие утолщаются, тем самым, увеличивая ее локальную прочность.

Нечто подобное можно отметить и в отношении фасций. Расположение имеющихся в них волокон их общая толщина, находятся во взаимосвязи с потоками внутренних сил, возникающих в них. Сокращение подлежащей мышцы порождает в покрывающей ее фасции напряжения ориентирующие волокнистые элементы. Чем более мощную мышцу покрывает фасция, тем она толще, что позволяет достичь необходимой прочности фасциальному футляру.

Сухожилия и связки – яркий пример приспособления элементов живой системы к динамическим растягивающим и изгибающим нагрузкам. Последние обуславливают четко определенные по направлению потоки внутренних сил. Параллельно вектору растяжения в тканях располагаются упрочняющие их волокна. Чем больше величина действующих напряжений, тем более плотно упакованы волокна, в их расположении отмечается более выраженный порядок, больше поперечное сечение образованной ими структуры. Особенность волокнистого строения заключается еще и в том, что подобный элемент способен длительно испытывать циклическую изгибающую нагрузку. Свойства волокон и характер их соединения с возможностью ограниченного смещения друг относительно друга, предопределяют адаптацию к напряжениям, возникающим при изгибе.

В поперечнополосатой мышце назначение и расположение волокон также соответствует направлениям потоков внутренних сил, возникающих при сокращениях.

Замена компоненты, связывающей волокна на более вязкую, изменяет общие механические свойства ткани. Это можно наблюдать на примере волокнистых хрящей. Их волокна, окруженные основным веществом не только способны противодействовать растяжению, изгибу и кручению, но и сжатию. В зависимости от направления векторов действующих напряжений в волокнистых хрящах возникают группы волокон сонаправленные им.

Сегментирование хряща увеличивает его способность противостоять силам сжатия. Призмы гиалиновых оболочек ориентированы в соответствии с нормальными напряжениями, возникающими при их сжатии. Это же направление имеет и основная масса имеющихся в гиалиновом хряще волокон. Однако на его поверхности ориентация волокон изменяется, в связи с тем, что в данной области превалируют касательные напряжения, возникающие при трении суставных поверхностей.

Не только характер нагрузки, но и величина возникающей под ее действием деформации отражается на строении органов. Так при амплитуде сдвига, превышающей пределы эластичности тканей возникают пластинчатые полости, в которых появляется особый, жидкий вид соединительной ткани – синовия. Физические свойства и нерегулярное строение синовии позволяют ей многократно деформироваться, подвергаться значительному по величине сжатию, при этом, не теряя своих биологических свойств. Синовия — это результат своего рода метаплазии - адаптации соединительной ткани к интенсивным напряжениям, значительным по амплитуде деформациям.

Ярким примером соответствия строения органа действующим напряжениям являются кости. Внешняя сила, порой даже незначительная по величине, но действующая длительно способна изменить внешнюю форму кости. Она зависит от направления локального потока внутренних сил. При обращении вектора действующего напряжения к поверхности кости возникает возвышение. Направленность его от поверхности, внутрь кости, приводит к образованию углубления. Кроме этого, наличие на определенном участке поверхности кости концентрации напряжений, влечет за собой утолщение компактного слоя. На поверхности кости концентрация напряжений при сжатии приводит к утолщению компактного слоя, а при растяжении к его разрыхлению и разрыву. Внутри кости следствием концентрации напряжений является появление на рентгенограммах зон просветления, а затем кист. По мере увеличения нагрузки происходит увеличение размеров кисты, склероз ее стенки. Внутреннее устройство кости, несомненно, находится в зависимости от потоков внутренних сил. В соответствии с векторами действующих напряжений, параллельно им, в губчатой кости выстраиваются костные трабекулы, а в компактной кости остеоны. Обращает на себя внимание то, что принципиальной разницы действия внутренних сил, возникающих при растяжении и сжатии кости не наблюдается. В том, и в другом случае костные пластинки ориентируются параллельно векторам действующих напряжений, подобно железным опилкам в магнитном поле.

Зависимость между напряжениями, существующими в органах и их строением, отмечается не только в элементах ОДС. Действующие напряжения организуют и строение подкожной жировой клетчатки. Ее зоны, подвергающиеся сжатию, характеризуются небольшим размером жировых долек и толстыми междольковыми перегородками. Связь стромы жировой клетчатки с окружающими органами еще больше увеличивает ее прочностные свойства. Присутствуя там, где части тела, подвергаются сжатию, жировая ткань выступает в роли демпфера, рассеивая потоки внутренних сил.

Соединительная ткань образует строму не только жировой клетчатки, но и многих полых и паренхиматозных органов. Волокна соединительной ткани, располагаясь вдоль векторов действующих напряжений, армируют органы, придают им необходимую прочность, упругость и эластичность.

Расположение волокнистых и кристаллических элементов тканей зуба строго соответствует действующим в них напряжениям. Аналогично можно отметить и в отношении строения мозга, ориентации отростков глиальных клеток, расположении оболочек. Как в наиболее прочных тканях человеческого тела, так и в тканях наименее прочных, строение зависит от ориентации потоков внутренних сил и их величин.

««назад || СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ || вперед»»

                                                                     

Автор:

Архипов С.В. – С.В. Архипов-Балтийский является псевдонимом, который использовался до начала 2006 года с целью более точной дифференцировки на научном поле.

Цитирование:

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 1. Гл. 1-4. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 2. Гл. 5-6. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Примечания:

Первая крупная публикация автора, посвященная морфомеханике живых систем, биомеханике пояса нижних конечностей и связки головки бедра, ligamentum capitis femoris (LCF).

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, анатомия, морфомеханика, биомеханика

СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Биомеханика и морфомеханика