Понятие реологии. Основные задачи реологии: значение ее в медицине и стоматологии.
Реология — раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества. Изучая деформационные свойства реальных тел, реология занимает промежуточное положение между теорией упругости и гидродинамикой.
Реология рассматривает действующие на тело механические напряжения и вызываемые ими деформации, как обратимые, так и необратимые (остаточные).
Объектами реологии являются самые разнообразные материалы: полимеры (композиционные материалы), дисперсные системы (эмульсии, суспензии, порошки, пасты), металлы и сплавы. Все эти материалы находят широкое применение в стоматологии.
Известно, что упругие тела и вязкие жидкости существенно различаются своими свойствами при деформировании. Упругие деформируемые тела после снятия приложенных нагрузок возвращаются к своему естественному, или недеформированному, состоянию. В отличие от них несжимаемые вязкие жидкости совсем не имеют тенденции возвращаться после снятия нагрузки в исходное состояние. Кроме того, напряжения в упругом теле связаны непосредственно с деформациями, в то время как напряжения в вязкой жидкости зависят (за исключением гидростатической составляющей) от скоростей деформации.
Основная задача
реологии - установление зависимости
между механическим напряжением и
относительной деформацией:
,
а также напряжения от времени:
при
,
относительной деформации от времени
при
.
Знание этих
зависимостей необходимо для количественного
описания поведения биологических тканей
и материалов при различных нагрузках.
Т.к. реология изучает деформации, то рассмотрим ее основные виды:
Упругая – полностью исчезает после прекращения действия внешних сил.
Пластическая (остаточная) – остается после прекращения действия внешних сил.
Упругопластическая – неполное исчезновение деформации.
Вязкоупругая – сочетание вязкого течения и высокой эластичности (характерна для полимеров).
Понятия и реологические свойства упругих, вязких, пластичных тел применительно к биологическим тканям.
Механические свойства биологических тканей
Биологическая ткань – композиционный материал, образованный объемным сочетанием химически разнородных элементов и обладающий реологическими свойствами, отличающимися от свойств отдельных компонентов биологической ткани. Основу биологических тканей составляют коллаген, эластин и связующее вещество.
Механические воздействие на биологические ткани вызывают в них деформации и напряжения, появляется механическое движение. Физиологическая реакция на эти факторы зависит от механических свойств тканей. Знать, как меняются эти реакции и свойства тканей очень важно для профилактики, защиты организма, для применения искусственных тканей и органов, а также для понимания их физиологии и патологии.
В биомеханике все ткани человека подразделяются на твердые (кость, эмаль и дентин зубов), мягкие (мышцы, эпителий, эндотелий, соединительная ткань, паренхима), жидкие (кровь, лимфа, ликвор, слюна, сперма).
Механические свойства костной ткани
Костная ткань – основной материал опорно-двигательной системы.
Можно считать, что 2/3 массы компактной костной ткани составляет неорганический материал – гидроксилапатит. Это вещество представлено в форме микроскопических кристалликов. Другая часть объема состоит из органического материала, главным образом коллагена (высокомолекулярное соединение, волокнистый белок, обладающий высокой эластичностью). Способность кости к упругой деформации реализуется за счет минерального вещества, а ползучесть - за счет коллагена.
Прочность костной ткани зависит от химического состава, общей структуры, возраста, плотности, индивидуальных условий роста и т.д.
Волокна костной ткани деформируются преимущественно упругим образом, а матрица (остальная часть) – пластически и разрушаются хрупким образом.
Максимальное растяжение, которое может выдержать костной материал составляет 0,01% что соответствует изменению длины кости 1 %.