Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Механика композитных материалов 3 1979

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
11.04 Mб
Скачать

с зигзагообразными конформациями молекул максимальные знамения v могут быть сильно снижены за счет непараллелыюстн плоскостей зигзагов отдельных молекул и за счет упаковки, при которой выступы одного зигзага располагаются во впадинах другого.

Таким образом, в общем случае анизотропия коэффициента Пуассона определяется конформацией цепей и характером их взаимного расположения.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Адрова Н. А., Артюхов А. И., Баклагина Ю. Г., Борисова Т. И., Котом. М. М„ Ми­ хайлова Н. В., Никитин В. Н., Сидорович А. В. Структурные особенности полиэфиримпдной пленки, полученной из диангидрида п-фенилен-бис-тримеллитата и 4,4'-диамино-

дифенилсульфида.

— Высокомолекулярные

соединения.

Сер. А,

1974, т.

16, №

7,

с. 1658— 1664.

W. L., Contois L. Е. A study

of the elastic

modulus

and the extensibility

of

2.

Dulmage

the

crystalline regions

in

highly oriented

polymers. —

J. Polymer Sci.,

1958, N

28,

p.

275—284.

 

 

 

Relation between polymer conformation and the elastic

 

3.

Sakurada

I.,

Kaji

K.

modules of the

crystalline

region of polymers. — J. Polymer Sci.,

1970, part C, vol. 31,

p.57—76.

4.Гинзбург Б. M., Магдалев Е. Т., Волосатое В. Н., Прокопчук Н. Р„ Френкель С. Я.

Упругость кристаллических решеток новых полиимидов и фрагментов полиимидных це­ пей. — Механика полимеров, 1976, № 5, с. 771—776.

5.Слуцкер Л. И., Черейский 3. Ю., Утевский Л. Е., Минькова Н. Д„ Старк И. М.

Связь упругих характеристик аримида ПМ с модулем упругости его кристаллической решетки. — Механика полимеров, 1972, № 5, с. 771—773.

6. Гинзбург Б. М., Коржавин Л. Н., Палинкаш Г., Прохоров О. Е., Туйчиев Ш. О мо­ дулях упругости кристаллических решеток некоторых полиимидов и кристаллоподобных элементов аморфных полиамидокислот. — Механика полимеров, 1972, № 6, с. 1014— 1020.

7. Гинзбург Б. М„ Магдалев Е. Т., Волосатое В. Н., Френкель С. Я. Упругость крисг таллических решеток и механические свойства полиимидов. — Механика полимеров, 1978, № 5, с. 781—787.

8.Tabor В. J., Magre Е. Р., Boon J. The crystal structure of poly-p-phenylene sul­ phide. — Europ. Polym. J., 1971, vol. 7, p. 1127— 1133.

9.Китайгородский А. И. Органическая кристаллохимия. M., 1955. 558 с.

Институт высокомолекулярных соединений АН СССР,

Поступило в редакцию

26.07.78

Ленинград

 

 

 

Таджикский государственный университет

Механика композитных

материалов,

им. В. И. Ленина, Душанбе

цлу_

с

532—535

УДК 620.111.3:678.0!

В. М. Мельников, Э. А. Путниныи, В. О. Путниня, В. П. Карливан

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВСПЕНИВАНИЯ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ ПО СКОРОСТИ ПРОДОЛЬНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ волн

Качество жестких пенополиуретанов (ППУ) обусловливается целым рядом техноло­ гических факторов. Определение таких важных параметров, как индукционный период Тнпд и время подъема пены тп, осуществляется путем измерения высоты подъема пены h во времени1. Однако при вспенивании в закрытых формах, узких щелях и т. п. определе­ ние этих параметров затрудняется.

Целью настоящей работы явилось изучение возможности определения технологиче­ ских показателей процесса вспенивания Тинд и ти по изменению скорости ультразвука.

Скорость продольных ультразвуковых волн Ci определялась по методике сквозного прозвучивания на приборе ДУК-202. Параллельно проводились измерения высоты подъ­ ема пены по методике1. В качестве объекта исследования были выбраны рецептура на основе Рианола-2 и полиизоцианата марки Б3.

На рис. 1 приведены некоторые результаты, полученные при изучении заливочных композиций в широком диапазоне индукционных периодов и времен подъема пены.

Типичные зависимости высоты подъема пены h, скорости ультразвука tv и темпера­ туры в течение всего процесса получения ППУ показаны на рис. 2. Сравнение кривых

535

h = f ( т) и C i = f ( т) рис. 2 показывает, что началу тПнд и окончанию тп подъема пены со­ ответствуют определенные этапы изменения скорости ультразвука С/ — xj и тг. На про­ тяжении начального этапа xi скорость ультразвука для изученных композиций оставалась постоянной. Признаком окончания этапа является достижение точки изгиба кинетической кривой С/=/(х) в сторону уменьшения. По времени это соответствует началу подъема пены, т. е. Т1=хИнд, если индукционный период не превышает 100 с. Следует отметить, что при изучении композиций, характеризующихся более длительным индукционным периодом, обнаружена разница показателей вспенивания, определяемых двумя разными методиками (см. рис. 1—б, в).

Несовпадение продолжительности первого этапа xi кинетической зависимости ско­ рости ультразвука с измеряемым по кривой h = f(т) индукционным периодом (Т1< х инд)

вслучаях замедленного подъема пены, по-видимому, связано с применяемой методикой1,

вкоторой для устранения ошибок условно принимается, что индукционный период за­ канчивается в тот момент, когда высота композиции увеличилась на 2%, считая от мак­ симального значения. Можно предположить, что разность тНнд—тц обратно пропорцио­ нальна скорости подъема пены за время, в течение которого высота композиции изменя­ ется на 2%. Видимо, скорость ультразвука реагирует на пересыщение смеси парами фреона, в то время как высота подъема пены еще не изменилась (в пределах 0—2%).

Врезультате интенсивного испарения фреона происходит газообразование, которое приводит к выделению композиции в виде пены. Этап подъема пены х2 сопровождается резким и значительным падением скорости ультразвука с/, составляющим для большин­ ства изученных композиций 200—500 м/с. Это объясняется возрастанием содержания газовой фазы и соответствующим снижением плотности материала с 1230 до 50 кг/м3.

Время конца подъема пены хп на рис. 2 соответствует тому времени, за которое ско­ рость ультразвука с* достигает своего минимального значения C;min, т. е. хп=Т2. Однако

вслучаях более медленного подъема (см. рис. 1—б, в) сгт1п регистрируется после завер­ шения подъема пены (хп<Т2), по-видимому, в результате отсчета тп при 95% макси­ мального значения h = f(т) по методике1. Кроме того, возможно влияние разрывов поли­ мерной пленки между ячейками и слипания самих ячеек в результате дальнейшего по­

вышения температуры и давления газовой фазы, в то время как от­ верждение полимера только начи­ нается4.

На этом процесс вспенивания заканчивается (/i = const), а на ки­ нетической кривой Ci=f (т) наблю­ дается этап нарастания скорости ультразвука тз, связанного с от­ верждением и снижением темпера­ туры ППУ (см. рис. 2).

Рис. 1. Кинетические кривые пысоты подъема пены h и скорости ультразвука с1 для различных полнурентановых композиций.

536

Рис. 2. Кинетические кривые скорости продольных ультрозвуковых волн cv высоты подъема пены h и температуры в процессе синтеза ППУ.

Таким образом, при изучении полиуретановых композиций, имеющих индукционный период 10 с< Т н н д < 100 с, установлено совпадение кинетических параметров вспенивания Тинд и тп с показателями ti и х2, определяемыми по кинетической кривой скорости про­ дольных ультразвуковых волн, что позволяет в этом случае применять методику сквоз­ ного прозвучивания вместо измерения высоты подъема пены.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Есипов Ю. Л., Юркин Ю. И., Малышев В. С., Бондарев Г С., Шоштаева М. В.

Методика определения технологических параметров вспенивания жестких ППУ. — В кн.:

Химия и технология полиуретанов. Владимир, 1972, с. 115— 119.

2.Дзенис В. В., Лапса В. X. Ультразвуковой контроль твердеющего бетона. Л., 1971. 112 с.

3.Полиэфиры щавелевой кислоты. Рига, 1975. 232 с.

4.Саундерс Дж. X., Фриш К. К- Химия полиуретанов. М., 1968. 470 с.

Институт химии древесины АН Латвийской ССР,

Поступило в редакцию 07.09.73

Рига

Механика композитных

материалов,

 

 

1979, №

3, с. 535—537

УДК 611.1:539.4

А. В. Агафонов, С. Н. Киселев

АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ИСКУССТВЕННЫХ КЛАПАНОВ СЕРДЦА*

Целью данной работы является аналитическое и экспериментальное исследование динамики протезов клапанов сердца, имплантированных в организм человека. Любой искусственный клапан сердца является механической конструкцией, характер работы ко­ торой определяется внешними воздействиями, с одной стороны, и ее конструктивными особенностями, с другой. Характер внешних воздействий на клапан задается парамет­ рами всей сердечно-сосудистой системы. Движение запирающего элемента клапана про­ исходит под действием переменного во времени давления.

Как показали исследования проведенные на стендах, имитирующих условия функ­ ционирования в организме, характер изменения давления, действующего при открытии клапана, существенно зависит от его конструкции. Так, при аппроксимации дифферен­

циальной кривой давления для шарового

клапана

можно принять, что при 0< t< ti

p ( t ) = P i

— a t ,

(!)

где t\ — время до момента окончания падения давления; р\ — давление, при котором клапан начинает открываться; а — коэффициент наклона аппроксимированной диффе­

* Доклад, представленный на II Всесоюзную конференцию по проблемам биомеханики (Рига, рель 1979 г.).

537

ренциальной кривой давления. При t i < K t 2 можно принять p(t) = p 2=const. Меньшая инерционность дисковых клапанов позволяет принять давление, действующее па откры­ тие этого клапана, постоянной величиной.

Рассмотрим открытие шарового клапана в жидкой среде, без учета силы трения шара о жидкость. Дифференциальное уравнение в этом случае имеет вид:

(

1

)

d2x

2

------= S A p(t)± (mi — m0)g sin а.

 

т0-\ гп\

 

где m0 — масса шарика; т\ — масса жидкости, вытесненная шариком; S — площадь по­ перечного сечения шарика; Др(/) — перепад давления на клапане.

Следует заметить, что член (mi—m0)g sin а, который определяет воздействие силы тяжести на шарик, пренебрежимо мал, так как плотность шариков, которые используются в протезах клапанов сердца, как правило, равна плотности крови или очень близка к ней. Тогда, учитывая (1), имеем для момента времени 0<f<^i

 

 

 

 

/

 

1

\

d2x 1

 

 

 

 

 

 

(2)

 

 

 

 

^ т0+ — Ш\ j

—^ - = S (p i - a t ),

 

 

 

а для t> t 1

 

 

 

 

I

1

 

\

d2x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

\m°+T m4

~7?-=Sp2-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая

начальные

условия х {(0) =xi (0) = 0

и принимая во внимание, что при

t=t\,

т. е. в момент окончания падения давления Х\ {t\) = x 2{t\)

и хД/i) = x 2{t\), решаем

урав­

нения (2) и (3). Тогда

 

 

н- t

 

[

[

-

- + -—

J

 

^

( 0

 

- с

 

 

Л

 

 

 

p2t2

Г

 

 

ati2

 

Г (p\-p2)ti2

2at\3 1

 

где E=-

 

—j-------

 

Но так как x2(t2)

— максимальное перемещение шарика и опреде-

(m0+~2mi)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ляется конструкцией клапана, т. е. x2(t2)= A , то, учитывая, что а = ElZiE2. , обозначая

Р = р(/р2 и отбрасывая член Afe ввиду его малости, можем записать:

*22+ / 2М Р -1) - - / , 2( Р - 1) = 0.

(4)

Для шаровых митральных клапанов типа МКЧ-25 экспериментально установлено, что P = pi/p2 находится в пределах 1,85—3, a /i = 0,05—0,11 с. Подставляя эти данные в уравнение (4), получаем величину /2=0,04—0,105 с, что хорошо согласуется с экспери­ ментом.

dx

Из уравнения — =t,p2t2+ C z получаем значение скорости шарика в момент его удара

о дужки каркаса. Величина этой скорости равна 0,4—7 м/с, что значительно превосходит экспериментальные данные.

Рассмотрим движение шарика с учетом трения шарика о жидкость. Уравнение дви­ жения в этом случае можно записать в виде:

/

1

\

d2x

dx

I m0+ — mi I

------dP

=SAp(t) —u — ,

\

2

/

dt

где p, — некоторый коэффициент, величина которого будет определена ниже. Вводя

SAp{t)

ц

=6,

запишем:

 

обозначения ----------------

-=В и

-----------------1

 

1

mi

 

 

 

ш0Н

m0-l— nil

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

d2x

dx

 

(5)

 

 

—■—h P----

= B.

 

 

dt2

dt

 

 

538

Общ ее решение уравнения (5) получим в виде:

ВВ

х= ? < - _ + С2е ^ + С1-

 

г!у

 

 

Известно, что при t= 0 х = _ = 0 , следовательно:

 

 

dt

 

 

 

в

в

 

 

х\(= o= C i— ——h С2=0; х| i= o= ------ РС2=0; С) =0;

 

 

 

R

 

Окончательно имеем:

 

 

 

В

 

 

 

х = --- (р/-1+е-Р‘);

(6)

 

R2

'

 

В

 

(7)

 

х = — (1 —е-р<).

 

Р

 

 

Известно,

что при t = t2, т. е. в момент

касания шариком ограничительных

дужек,

x(t2)= A ,

следовательно, запишем:

 

 

 

A ~ W t 2-l+e-th).

( 8)

 

Р

 

 

Определим из уравнения (8) значение р, для этого воспользуемся величиной времени t2, полученной при решении уравнения (4). Пренебрегая величиной е-г>'2 ввиду ее малости,

запишем: Л = _ . (р/2—1). Подставляя в это уравнение значения А, В, t2 и учитывая, что

H=P(m0+-^-m i), получим значение р.=2,7—6 кг/с.

Подставляя числовые данные в уравнение (7), получим величину скорости шарика в момент удара об ограничительные дужки, равной х(/2)= 0,1 —0,3 м/с, что хорошо со­ гласуется с экспериментальными данными.

При ударе шарика об ограничительные дужки его кинетическая энергия преобразу­ ется в другие виды энергии, вызывая перемещение фиброзного кольца, деформируя ша­ рик и дужки каркаса, т. е. происходит поглощение части кинетической энергии шарика. Из закона сохранения энергии следует: m0v2= k lX\2+k2x22+k3x32, где k{Xi2 — энергия, поглощаемая фиброзным кольцом при ударе; k2x22 — упругая потенциальная энергия, запасаемая шариком при его деформации от удара; k3x32 — упругая потенциальная энергия, запасаемая дужками при их деформации от удара. Решая это уравнение и ис­ пользуя значения скорости, полученные при решении уравнения (7), определим силу удара шарика о дужки каркаса.

Из экспериментальных данных, полученных при эхолокации протезов митрального клапана, видно, что довольно часто происходит неоднократное отскакивание шарика от дужек. Отскакивание в основном происходит за счет накопления упругой энергии в са­ мом шарике. При обработке эхокардиограмм определяется также степень податливости фиброзного кольца, которую невозможно получить расчетными методами. Для клапана МКЧ-2-25 /Ci = 2,5 •102 Н/м; К2= 5,9 •103 Н/м; К3 = 2,9 •105 Н/м.

Принимая во внимание, что потенциальная энергия U, запасенная системой, равна

U= — F(X\+X2+ X3), где F — сила удара, связанная в свою очередь с деформацией зако­

ном Гука F = k iXi=k2x2=k3x3, определяем значение силы удара. Величина силы удара для митральных шаровых клапанов равна 0,37 Н.

Таким образом, полученные данные позволяют определить режимы стендовых уско­ ренных испытаний клапанов на долговечность и проводить силовые расчеты элементов конструкции протезов клапанов сердца.

Институт сердечно-сосудистой хирургии

Поступило в

редакцию 28.12.78

им. А. Н. Бакулева АМН СССР, Москва

Механика композитных

материалов,

 

1979,

№ 3,

с. 537—539

Московский институт инженеров железнодорожного транспорта

539

УДК 611.71:539.4

Ю. М. Аникин, А. С. Обысов

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЗВОНКОВ ЧЕЛОВЕКА*

Развитие различных отраслей медицины и техники делает все более актуальными ис­ следования физико-механических свойств костей человека. Особое значение приобретает возможность получения надежных представлений о прочности конкретной кости данного человека. И именно в этом плане нами изучаются позвонки. Основанием данной работы послужили результаты почти 1500 опытов и исследований некоторых форм моделиро­ вания.

Не касаясь содержания многочисленных работ о прочности позвонков, остановимся здесь только на различиях в соотношениях прочности шейных и поясничных позвонков. Так, в наших опытах шейные позвонки разрушались при усилиях порядка 300 кгс, пояс­ ничные — порядка 700—800 кгс,чт. е. общая прочность одних была в 2,5—3 раза меньше других. Естественные же нагрузки — масса головы человека (5 кг) и половина массы всего человека (35—40 кг) — разнятся в семь-восемь раз, т. е. запас прочности шейных позвонков в два-три раза выше, чем поясничных. Так же соотносятся и показатели их предела прочности: по нашим данным это 120 и 50 кгс/см2. Степень же минерализации этих позвонков различается только в два раза — 0,64 г/см3 шейных и 0,32 г/см3 пояс­ ничных.

Указания на диспропорции подобного плана встречаются в работах, посвященных прочностным свойствам костей. Одни авторы1 обращают внимание на увеличение пока­ зателя предела прочности в дистальном направлении у костей конечностей, другие2 ука­ зывают на больший объем движений шейного отдела позвоночника по сравнению с пояс­ ничным и т. д.

В наших опытах коэффициент корреляции между показателем предела прочности и подвижностью позвонков оказался равным 0,92. С позиций биомеханики, если для дви­ жения конечности необходимой опорой является туловище, то опорой позвоночника че­ ловека будет участок крестцового отдела, где расположен центр тяжести тела. Тогда по­ ясничные позвонки надлежит определить как проксимальные, а шейные — как дисталь­ ные. В этом случае все описанные диспропорции станут объяснимыми со структурно­ функциональных позиций. Более подвижные дистальные костные структуры имеют большую степень минерализации, компактность, а следовательно, и большие величины показателей предела прочности и запаса прочности.

Таким образом, показатели прочности демонстрируют общие закономерности в по­ строении костей скелета, общие принципы организации костной ткани как в строении от­ дельных костных органов, так и в кинематических цепях.

Влияние возраста на прочностные свойства позвонков проявлялось в большей ско­ рости прироста показателя предела прочности по сравнению с показателем общей проч­ ности. У лиц женского пола предел прочности достигал максимума в 12— 17 лет, у муж­ чин — в 18—23 года, а показатель общей прочности наибольшим становился в 35—40 лет. Этот факт свидетельствует о том, что развитие позвонка в период роста человека идет преимущественно в высоту, а затем — преимущественно в ширину. Эти, а также некоторые другие возрастные особенности структуры позвонков, были выявлены с по­ мощью разработанного нами способа прокаливания срезов позвонков. Так, на фронталь­ ных срезах блоков из нескольких позвонков грудо-поясничного отдела позвоночника было замечено, что правые и левые линии кортикального слоя верхней и нижней половин пересекаются при их продолжении за пределы данного органа. Точка пересечения нахо­ дилась на линии проекции оси позвоночника и в зависимости от возрастных особенностей строения располагалась на разных уровнях. Эти построения легко выполняются каран­ дашом и линейкой на фасных рентгеновских снимках. При этом получим ряд равнобед­ ренных треугольников — вершины одних направлены вверх, у других вниз. Величина углов при основании треугольников теоретически может колебаться от 90 до 45° В наших опытах лучшие показатели параметров прочности отмечались при величине уг­ лов около 70°. Вместе с этим математический анализ показал, что имеется определенная связь между высотой позвонка и разницей в диаметрах нижнего основания и его талин.

Доклад, представленный на II Всесоюзную конференцию по проблемам биомеханики (Рига, ап­ рель 1979 г.).

540

Предельная нагрузка р, кгс, смежных позвонков

 

 

 

М у ж ч и н ы

 

 

 

 

 

 

В о з р а с т .

 

Сь

 

 

Li

и

г о д ы

 

с в

 

 

 

 

 

 

П О ЗВ О Н О К

Д И С К

П О ЗВ О Н О К

П О ЗВ О Н О К

Д И С К

п о з в о н о к

 

 

 

3— 13

132±20

161 ±28

170± 10

347 ±22

295±39

350±26

14—23

279 ±30

327 ±27

352 ±34

744 ±68

750±61

786 ±54

24—35

354±28

399±29

359±24

775±84

752+53

864±90

36—45

237±36

296±27

292 ±43

642±70

716 ± 51

757 ±74

46—60

302 ±47

315±28

328±23

606 ±84

625 ±27

637 ±74

61

176±38

201 ±37

227±31

496±26

460 ±36

500±39

и более

системы. В доступной литературе имеются сведения о физико-механических свойствах лишь отдельных его составляющих1-9. Вместе с этим клиническая вертебрология нуж­ дается в знаниях о механическом поведении конструкции позвоночного столба. Поэтому авторы настоящей работы, располагая достаточным фактическим материалом по проч­ ности позвонков8 и межпозвонковых дисков9, задачей исследования поставили анализ экспериментальных данных с целью выяснения соотношения прочности анатомических элементов позвоночных сегментов различных уровней позвоночника.

Материал работы включает 1019 позвонков и 1606 межпозвонковых дисков. Исследо­ ванию подвергались изолированные тела позвонков и межпозвонковые диски, взятые в первые часы после смерти от 348 трупов людей обоего пола в возрасте от новорожден­ ных до 90 лет, погибших от патологии, не связанной с травмой позвоночника. Прочность позвонков и межпозвонковых дисков изучали при компрессионном нагружении. Характе­ ристики прочности разбираемых анатомических элементов, полученные при деформации сжатия, обладают наибольшей информативностью, так как в физиологических условиях сжатие сопровождает любой двигательный акт, совершаемый позвоночником. Компрес­ сия позвонков и межпозвонковых дисков до разрушения их конструкции осуществлялась на гидравлическом прессе в режиме статического нагружения. Кривая нагружения сни­ малась тензометрическими датчиками с тарированного динамометра, регистрировалась на бумажной ленте и отражала предельную нагрузку. В результате математической обра­ ботки экспериментальных данных на ЭВМ получены статистически достоверные цифровые значения предельной нагрузки C%—Dy и Dl2—Ls позвонков и дисков людей всех возраст­ ных групп, объединенных по признаку анатомо-физиологической общности, отдельно для мужчин и женщин.

Сравнение статистически достоверных цифровых выражений предельной нагрузки позвонков и смежных с ними межпозвонковых дисков (использовался критерий Вилкоксона при р=0,05) показало отсутствие между ними существенных различий. Вывод ока­ зался справедливым для всех изученных уровней позвоночного столба как мужчин, так и женщин различного возраста. Данное положение иллюстрируется таблицей.

Равенство прочности позвонка и смежных с ним межпозвонковых дисков является,

видимо,

одним из

основных условий нормального

функционирования позвоночника.

 

 

 

Возможно, и инволюционный регресс прочности поз­

 

 

 

вонков и межпозвонковых дисков8,9, если он осущест­

 

 

 

вляется синхронно и сохраняет это равенство, сущест­

 

 

 

венно не сказывается на статодинамических возмож­

 

 

 

ностях позвоночника. При широко распространенном

 

 

 

заболевании человека — остеохондрозе позвоноч­

 

 

 

ника — грубая дегенерация межпозвонковых дисков,

 

 

 

опережая возрастные дегенеративные изменения поз­

 

 

 

вонков, нарушает прочностное равновесие в позвон­

 

 

 

ково-дисковых соединениях и приводит к патологи­

 

 

 

ческой подвижности в данных сегментах. Можно

Динамика

предельной

нагрузки по­

предположить, что

клиническая манифестация деге­

звонково-дисковых соединений в

неративно-дистрофического процесса в позвоночнике

границах

подвижной

части позво­

 

ночного столба.

обусловлена именно формирующимися перепадами

542

и расположенных между ними межпозвонковых дисков (М ± т )

Женщины

 

Cs

св

 

и

 

 

 

 

П О ЗВ О Н О К

Д И С К

П О ЗВ О Н О К

П О ЗВ О Н О К

Д И С К

 

150± 6

161 ± 18

186±15

398±44

352 ±47

252±16

268±22

325±48

572±53

631 ±51

289 ±33

275 ±39

334±48

759 ±77

696 ±41

224 ±51

225± 17

241 ±27

453±65

419 ± 57

216±23

242±16

237± 12

451 ±33

470±41

165 ±30

197 ±25

224±38

310 ± 45

350 ±36

ь

П О ЗВ О Н О К

435±51

667±34

731±44 483 ±65 530±26 348±57

прочности в позвонково-дисковых соединениях, которые являются материальной основой различных проявлений его статодинамической несостоятельности. Нарушение равенства прочности компонентов позвонково-дискового соединения из-за выраженного остеопо­ роза позвонка может явиться предпосылкой к перелому позвоночника.

Наряду с отсутствием градиента прочности в позвонково-дисковых соединениях уда­ лось установить, что между прочностью позвонков, входящих в позвоночный сегмент, возможна существенная разница. В шейных и поясничных позвоночных сегментах раз­ ница между предельной нагрузкой смежных позвонков незначительна, в грудных сег­ ментах она больше и увеличивается в каудальном направлении. Следовательно, позво­ ночный сегмент несет в себе элементы единства и различий надежности их анатомических компонентов и тем самым обусловливает плавные изменения прочности всей конструкции позвоночного столба по ее длине.

В результате изучения прочности позвонков и межпозвонковых дисков подвижной части позвоночника 20 трупов представилось возможным исследовать характер динамики предельной нагрузки позвонково-дисковых соединений. Зависимость показана на рисунке. Предельная нагрузка указанных соединений увеличивается в направлении от шеи к пояснице. Минимальную несущую способность имеют шейные соединения и верх­ ние грудные. Начиная с четвертого грудного соединения предельная нагрузка увеличи­ вается по направлению к поясничному отделу. Позвонково-дисковые соединения по­ следнего обладают максимальной несущей способностью. Возраст и пол людей на данную закономерность влияния не оказывают.

Выявленные закономерности позволили уточнить и глубже понять детали патогенеза травматических и дегенеративных поражений позвоночника10. Они учитываются в рекон­ структивной хирургии11. Кроме того, выводы работы окажутся полезными при математи­ ческом моделировании позвоночного столба.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Brown Т. R. /., Sorra А. I. Some mechanical tests on the lumbo-sacral spine with

particular reference to the intervertebral dises. A preliminary report. — J. Bone and Joint surg., 1957, vol. 39, October, p. 1135— 1164.

2.Perey 0. Fracture of the vertebral end-plate in the lumbar spine, an experimental biomechanical investigation. — Acta orthop. Scandinavica, 1957, Suppl. 25.

3.Гозулов С. А., Корженьянц В. А., Скрыпник В. Г., Сушков Ю. Н. Исследование прочности позвонков человека на сжатие. — Архив анатомии, гистологии и эмбриологии,

1966, т. 51, № 9, с. 13— 18.

4. Саблин А. А. Становление упруго-вязких свойств межпозвонковых дисков пояс­ ничного отдела позвоночного столба человека в онтогенезе. Автореф. дис. на соиск. учен, степ. канд. мед. наук. М., 1967. 21 с.

5. Хелимский XI. А. Некоторые биомеханические свойства отдельных фрагментов позвонка и позвонков в целом. — Эксперим. хирургия и анестезиология, 1968,

3, с. 51—56.

6.Скрыпник В. Г Функциональная анатомия и прочность костно-фиброзного ске­

лета туловища и головы человека. — Тез. IX Междунар. конгр. анатомов. М., 1970, с. 166. 7. Паншин Е. М., Пономарь Е. Е., Епифанов В. А. Клинико-биомеханические осо­ бенности пояснично-крестцового отдела позвоночника. — Эксперим. хирургия и анесте­

зиология, 1973, № 6, с. 46—48.

543

8. Аникин Ю. М. Прочность позвонков человека в возрастном аспекте. Автореф. дне. на соиск. учен. степ. канд. мед. наук. Казань, 1972. 19 с.

9. Данилов В. И. Динамика прочности и эластичности межпозвонковых дисков че­ ловека в онтогенезе. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. мед. наук. Казань,

1976. 21 с.

10. Данилов В. И. Об участии межпозвонковых дисков в патогенезе осложненных компрессионных повреждений позвоночника. — В кн.: II Всесоюз. конф. молодых нейро­

хирургов. М., 1978, с. 81—82.

11. Шульман X. М. Хирургическое лечение остеохондроза позвоночника с одномо­ ментным эндопротезированием межпозвонковых дисков быстроотвердевающим полиме­ ром. — В кн.: Биомеханика. Рига, 1975, с. 63—68.

Казанский государственный медицинский институт

Поступило в

редакцию

27.12.78

им. С. В. Курашова

 

 

 

Орехово-Зиевский педагогический институт

Механика композитных материалов,

 

1979,

№ 3, с.

541—544

УДК 611.11:539.2

Ю. А. Хорошков

РОЛЬ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ В ФОРМИРОВАНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОЛЛАГЕНОВОГО ВОЛОКНА*

Среди многих аспектов изучения соединительной ткани заслуживает внимания во­ прос о взаимосвязи структуры и механических свойств коллагеновых волокон с учетом опорно-механических функций данных образований. Весьма важным является получение сведений о роли углеводно-белковых комплексов в организации структуры коллагенового волокна и формировании его механических свойств. Эти сведения представляют сущест­ венный интерес для понимания механизмов изменений структуры и свойств коллагено­ вых волокон при системных заболеваниях соединительной ткани и при старении орга­ низма. Наряду с этим данные о конструктивных особенностях коллагенового волокна, обеспечивающих его высокие прочностные свойства и надежность по отношению к раз­ личным механическим воздействиям, могут быть полезны при создании композиционных материалов.

В связи с этим проведено изучение конструкции коллагенового волокна, а также роли углеводно-белковых комплексов в организации структуры данного образования. При решении поставленных задач использована сканирующая электронная микроскопия в сочетании с направленным ферментативным воздействием на углеводно-белковые комплексы коллагенового волокна.

Объектом исследования служили фасция и ахиллово сухожилие человека, получен­ ные во время аутопсий в пределах 24 ч после смерти, наступившей в результате травмы. Часть образцов фасции и сухожилия фиксировали в 10% растворе формалина, pH 7,0. Другие обрабатывали ферментом проторизином в течение 18 ч при t= 37° С. Проторизин обладает амилолитической, а также незначительной протеолитической активностью и не оказывает влияния на коллаген1- 2. Полученные препараты погружали в жидкий азот, высушивали в вакууме, напыляли медью и просматривали в сканирующем микроскопе «Стереоскан».

Проведенное исследование показало, что обработка фасции и сухожилия проторизи­ ном приводит к исчезновению характерных морфологических признаков коллагеновых волокон. Волокнистая соединительная ткань фасции и сухожилия утрачивает присущие ей органоспецифические особенности. На месте коллагеновых волокон выявляется гус­ тая, почти однородная сеть анастомозирующих волоконец толщиной 0,1—0,3 мкм (рис. 1—б). На отдельных участках препаратов с незначительной дезорганизацией структуры коллагенового волокна, вызванной ферментативной обработкой, волоконца имеют плотную упаковку. Наряду с этим в составе коллагеновых волокон выявляются более крупные волокнистые элементы диаметром около 0,6 мкм (рис. 2). Их внутренняя

Доклад, представленный па II Всесоюзную конференцию по проблемам биомеханики (Рига, ап­ рель 1979 г.).

544