2.2 Механические свойства мышц.

Двигательная деятельность и множество физиологических процессов происходит при помощи мышечной ткани, в состав которой входят сократительные структуры.

Мышцы состоят из мышечных волокон, которые окружены соединительной тканью, состоящей из волокон белков коллагена и эластина. В связи с этим, мышцы обладают упругими и вязкими свойствами подобно полимерам. Белок эластина обладает очень высокой эластичностью, он может растягиваться на 200-300 %. Коллаген имеет меньшую способность к растяжению, чем эластин, однако его больший модуль упругости обеспечивает большую прочность.

Z

тонкие линии - актин; толстые линии - миозин.

Рис. 2.2

Сократительными элементами в мышечном волокне являются миофибриллы. Они состоят из протофибрилл, которые представляют удлиненные молекулы (нити) белков актина и миозина. Эти нити-белки расположены чередующимися участками и соединены так, что концы нитей одного белка входят в промежутки между концами нитей другого белка, подобно, «сплетенным пальцам» (рис.2.2). Нити актина скреплены между собой перепончатыми дисками Z. В ненапряженном состоянии мышцы между концами нитей имеются промежутки I и H. При сокращении мышцы, концы нитей продвигаются в глубь и промежутки укорачиваются, при этом длина нитей не изменяется.

Сокращение мышц происходит либо под действием нервных импульсов, либо под действием химических стимуляторов. Сокращения мышц делятся на изотоническое и изометрическое. Сокращение, при котором мышца, изменяя свою длину, развивает постоянное усилие (=const), называется изотоническим (движение конечности или части тела). Сокращение, при котором мышца развивает усилие при неизмененной длине, т.е. без перемещения ее точек прикрепления называется изометрическим. Такое сокращение обеспечивает возможность удерживать предметы и орудия труда. Естественные сокращения в организме не бывают чисто изотоническими, т.к. даже поднимая постоянный груз, мышца изменяет свое напряжение, вследствие реальной нагрузки.

С

Рис.2.4

ила, развиваемая мышцей при максимальном сокращении, прямо пропорциональна количеству мышечных волокон, входящих в состав данной мышцы. Кроме того, она зависит от ряда физиологических условий (возраст, тренировка, питание, степень утомления и т.д.). Абсолютной мышечной силой (а.м.с.) называется сила, приходящаяся на 1 см² общего поперечного сечения мышечных волокон,образующих мышцу. Например, для икроножной мышцы она составляет 60 Н/см², для двуглавой мышцы плеча - 110 Н/см², трехглавой – 170 Н/см².

2.3 Механические свойства стенки кровеносных сосудов.

Стенки кровеносных сосудов состоят из трех концентрических слоев: внутренний, средней и внешней сосудистой оболочки. Прочностные и деформационные свойства стенок кровеносных сосудов обуславливаются, главным образом, механическими свойствами средней сосудистой оболочки, которая состоит из коллагена, эластина и гладких мышечных волокон. Как известно, эластин обуславливает эластичность, а коллаген – прочность стенок кровеносных сосудов. Гладкие мышечные волокна осуществляют активное поведение кровеносных сосудов, так как в результате их сокращения изменяется диаметр соответствующего кровеносного сосуда и механические свойства сосудистой стенки в целом. За счет этого достигается оптимальное распределение и регулирование кровеносного потока.

Количественная связь между параметрами кровеносного сосуда и давлением крови определяется уравнением Ламе:

 , (2.1)

где r – внутренний радиус сосуда, h – толщина стенки сосуда,  - механическое напряжение, возникающее в сосудистой стенке при избыточном внутреннем давлении крови p.

Из этого уравнения следует прямо пропорциональная зависимость между радиусом сосуда и напряжением в стенке сосуда. Радиус аорты больше в 10³ раз радиуса капилляра, поэтому в стенках аорты возникает очень большое напряжение.

Содержание компонентов сосудистой ткани изменяется по ходу кровеносной системы: отношение эластина к коллагену в общей сонной артерии 2  1, а в бедренной 1 : 2. Обладая высоким модулем упругости и прочностью, коллаген и эластин предотвращают рарыв стенок кровеносных сосудов. С удалением от сердца увеличивается доля гладких мышечных волокон; в артериолах они являются основной составляющей сосудистой ткани. Значит, крупные сосуды обладают упругими и вязкими свойствами.

Характерным для всех кровеносных сосудов является свойство криволинейной ортотропии, которое заключается в том, что механические свойства сосудов в радиальном, осевом, кольцевом направлениеях различны.