Полная версия

Главная arrow Медицина arrow Биомеханика. Основные понятия. Эндопротезирование тканей и органов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ЭНДОПРОТЕЗЫ ХРЯЩЕВОЙ ТКАНИ И СУСТАВОВ

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЕСТЕСТВЕННОЙ ХРЯЩЕВОЙ ТКАНИ

Хрящевая ткань отличается от всех других разновидностей соединительной ткани, во-первых, наличием в качестве главного структурного компонента особого, специфического для этой ткани, коллагена И типа; во-вторых, необычным полиморфизмом коллагеновых компонентов.

В межклеточном веществе хрящевой волокнистой ткани, составляющей межпозвоночные диски, содержатся коллагеновые волокна, расположенные между рядами хондроцитов.

Межпозвонковый диск состоит из фиброзного кольца и студенистого ядра. Волокна в фиброзном кольце пересекаются под углом ±30° к оси диска. Модуль упругости ткани фиброзного кольца зависит от нагрузки. При изменении нагрузки от 0,35 до 1,5 кН модуль нормальной упругости Е изменяется от 57 до 105 МПа, а в поперечном направлении - от 14,5 до 26,2 МПа. Коэффициент Пуассона v равен 0,4.

Изменения предельной нагрузки Р и предела прочности а межпозвонковых дисков в зависимости от их локализации в позвоночнике на протяжении жизни в среднем остаются постоянными и одинаковыми для мужчин и женщин (рис. 5.1).

Схема изменения предельной нагрузки р* и предела прочности о межпозвонковых дисков в зависимости от их локализации в позвоночнике

Рис. 5.1. Схема изменения предельной нагрузки р* и предела прочности о межпозвонковых дисков в зависимости от их локализации в позвоночнике:

I - шейные; II - грудные; III - поясничные

Предельная нагрузка межпозвонковых дисков увеличивается в направлении от шеи к пояснице. Предел прочности межпозвонковых дисков увеличивается в направлении от поясницы к шее. Наибольших значений этот параметр достигает в дисках шейного отдела позвоночника. С учетом этого коэффициент запаса прочности межпозвонковых дисков шейного отдела значительно больше, чем поясничного отдела. Предел прочности межпозвонковых дисков в большей степени отражает функцию движения и во второй половине жизни (после 35 - 37 лет) значительно снижается.

В хрящевой гиалиновой ткани межклеточное вещество содержит коллагеновые волокна и хондромукопротеиды. Из этой ткани состоят хрящи ребер, трахеи, бронхов и суставных поверхностей.

Суставный хрящ - пористый нелинейно-вязкоупругий, анизотропный материал (биоткань) с неодинаковыми механическими свойствами по суставной поверхности. Он покрывает в синовиальных суставах концевые поверхности трубчатых костей. Хрящ находится в синовиальной жидкости, которая обеспечивает его питание и служит смазкой для суставов. С увеличением нагрузки на суставы вязкость синовиальной жидкости увеличивается. Во время нагружения хрящ выделяет синовиальную жидкость, а при растяжении - поглощает ее.

Часть хряща, срастающаяся с костью, непрерывно генерируется, что компенсирует разрушение поверхности хряща при трении. Хрящ обеспечивает низкий коэффициент трения в суставе (от 0,005 до 0,012) и уменьшает концентрацию напряжения в костях, так как его коэффициент жесткости в 10 раз меньше, чем у субхондриальной поверхности кости. Толщина суставного хряща составляет около 2 мм.

В суставном хряще выделяют четыре структурных слоя.

  • 1- й слой - равномерно расположенные коллагеновые волокна диаметром около 35 нм. Они ориентированы по касательной к поверхности сустава и соединены между собой поперечными связями. В глубине слоя находятся хрящевые клетки - хондроны, опутанные концентрической сетью коллагеновых волокон, которые исполняют роль гасителей ударных нагрузок.
  • 2- й слой состоит из бессистемно ориентированных в связующем веществе коллагеновых волокон диаметром 30...60 нм и хрящевых клеток.

В 3-м слое хаотически расположенные относительно друг друга коллагеновые волокна диаметром 40...80 нм образуют с субхондриальной костью якореподобное соединение. Хрящевые клетки в третьем слое больше по размеру, чем в первых двух, метаболически активны и образуют столбики, расположенные ортогонально к суставной поверхности.

В 4-м слое коллагеновые волокна формируют сеть, покрытую минеральными веществами.

Модуль упругости суставного хряща меняется от 2,3 до 50 МПа, а модуль сдвига - от 0,4 до 4,1 МПа. Коэффициент Пуассона близок к 0,5. Разрушающие растягивающие напряжения для наружного слоя хряща бедренной кости вдоль и поперек направления коллагеновых волокон равны 25,5 и 9,8 МПа соответственно.

В хрящах трахеи и бронхов хрящевые клетки образуют изогенные клеточные группы, окруженные коллагеновыми волокнами. Кроме неориентированной сети коллагеновых волокон до 29,6 % хряща занимает межклеточное вещество. С возрастом количество хондроцитов в хряще и объем межклеточного вещества уменьшаются, что сопровождается накоплением в нем минеральных веществ.

Среднее по всем возрастным группам значение разрушающего напряжения: о = 3,4 МПа (хрящ бронхов), о = 3,12 МПа (хрящ трахеи). Значение разрушающей деформации у хрящей бронхов и трахеи составляет 16%. Начальный и касательный модули упругости в окружном направлении для хрящей бронхов равны 26,8 МПа и 147,1 МПа, для хрящей трахеи - 24 МПа и 101 МПа соответственно. Касательный модуль упругости определяли при о = 1,4 МПа.

Межклеточное вещество эластической (сетчатой) хрящевой ткани содержит эластиновые волокна. Эта ткань входит в состав ушной раковины, надгортанника, рожковидных и клиновидных хрящей гортани [5,15].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>