Николаев Г.А., Лощилов В.И. - Ультразвуковая технология в хирургии, страница 5

В некоторых случаях сведения, приведенные разными авторами, несколько противоречивы и не всегда достаточно научно объективны. Все это объясняется тем, что механические свойства костных тканей зависят от очень большого числа переменных, которые не всегда могут быть учтены. 23 Получен ряд интересных зависимостей деформаций модуля упругости при одноосной и плоской деформациях. Модуль упругости при одноосном нагружении кости часто меняется незначительно. В момент разрушения ткани его величина лишь на 5 — 5,5э~ меньше по сравнению с его величиной в начале нагруження. При плоскостной деформации это уменьшение модуля упругости при разрушении достигает 22% от первоначального значения. Рядом экспериментов была подтверждена анизотропия свойств модуля упругости в зависимости от направления выреза образца.

Биохимический анализ коста подтвердил неоднородность ее химического состава. Некоторые зоны характеризуются минимальным содержанием фосфора, в других содержание фосфора повышено. В иных зонах содержится значительное содержание коллагена или аминокислот. Повышение фосфора несколько снижает модуль упругости. Увеличение коллагена способствует росту поперечного сокращения при продольном разрыве. В большей степени уменьшается динамический модуль упругости.

И. В. Кнетс делает интересное предположение о том, что неоднородные механические и деформативные свойства по объему диафиза полезны человеку при выполнении биологических функций в статическом и динамическом состоянии. Свойства кости адаптированы к изменению концентрации напряжений при нагружении. Им установлено положение, что наибольшая деформация в кости имеет место в передней угловой зоне.

В задних межугловых зонах локализуются максимальные усилия. Максимальная прочность в латеральиых направлениях имеет место также в угловых зонах сечения. Наиболее высокая прочность тканей при кручении обнаружена в большеберцовой кости, именно там, где касательные напряжения при расчетных нагрузках максимальны. И.

В, Кнетс показал также, что основным фактором, определяющим сопротивление разрушения компактной костной ткани, является величина деформации. Установлено, что в тех угловых зонах поперечного сечения костей, в которых основные механические свойства имеют оптимальные значения, распределение биохимических элементов наиболее равномерно. Логарифмический декремент свободных колебаний прочных тканей является важной характеристикой материала. Затухание собственных колебаний определяется соотношением: 1„= 1,е — и', (3) где 1. — величина первоначальной амплитуды свободных колебаний; 1„ — величина и-й амплитуды; 1( — логарифмический декремент; 1 — время, соответствующее 1-му, 2-му и т.

д. колебаниям. Чем больше величина К, тем интенсивнее процесс затухания. Изменение логарифмического декремента является следствием структурных изменений тканей. По данным И. В. Кнетса, декремент изгибных колебаний с возрастом от 35 лет и выше постепенно повышается. Установлено также„что с возрастом увеличивается содержание аргинина и уменьшается количество оксипролина.

Исследования свойств костных тканей, проведенные И. В. Кнетсом по широкой программе, хорошо обработаны статистичесгш, выполнены с учетом анизотропии бнотканей и ряда других параметров и с методических позиций заслуживают одобрения. Однако часть полученных результатов приходится рассматривать с чисто эмпирических позиций„так как теоретические обоснования в ряде случаев не даны н, по-видимому, в дальнейшем найти их будет трудно. Тем не менее многостороннее освещение малоизученных вопросов И. В. Кнетсом представляет, конечно, существенную ценность. В НИИ травматологии и ортопедии (г. Горький]' производился комплекс исследований костей черепа.

Изучались механические свойства костей, консервированных при Т= — 25' и — 35'С при кратковременном и продолжительном их хранении до 2 лет. Предел прочности замороженных костей черепа составлял 40 —:200 кгс/см'. Длительность хранения не вызывала понижения прочности. Напротив, при длительном хра. пении костных тканей величина разрушающих напряжений несколько возрастала. Влияние возраста установить оказалось невозможным„все эксперименты проводилнсь на умерших в возрасте до 40 лет.

Относительная деформация при испытаниях, как и разрушающие напряжения, изменялась в пределах 10 — 30г/е. При определении относительных деформаций не удалось установить закономерности влияния консервации на показатели. Испытания подтвердили, что кости свода черепа являются материалом прочным и пластичным. Опыты по определению прочности костей свода при ударных нагружениях были проведены и в 1 Московском медицинском институте им.

М. И. Сеченова (проф. А. П. Громов). При этом были установлены появления повреждений прн ударе по черепной коробке прн площадях, равных 3,6 мм' 121,30». В этой серии экспериментов удар наносился в лобной области черепа. В этой зоне возникало повышенное давление, с противоположной удару стороны — пониженное. Однако повреждений мозжечка не наблюдалось, имели место ушибы в разных частях, появлялись ушибы в различных отделах лобных долей, однако разрушения не имели место. Во второй серии экспериментов череп разгерметизировали.

Просверливали отверстия. Хотя образования противодавлений не было, повреждения имели тот же характер, что и в первой серии испытаний. Па основе обеих серий опытов установлено, что чем меньше толщина костей в области крыши глазницы, тем интенсивнее повреждение. Следует полагать, что это происходит вследствие большей деформативностн тонкостенных тканей. В детском возрасте кости черепа и межкостпые хрящевые перегородки тормозят распространение деформации.

Ушибы мозга встречаются значительно реже. Для изучения механизма распространения деформаций перед научным коллективом была поставлена задача построения модели основания черепа, которую можно рассматривать как пространственную шарнирную систему стержней. Модель была составлена из 7 двухшарнирпых арок. При ударах с различных позиций входили в работу те или другие системы. Напряженное состояние костной ткани изучалось постановкой на испытуемом образце тензометров. Таблица 3 Со~ротивленне удару мозговой чешуи новорожденных Серия ебраацеа Параметр 3-я 2-» 3-я 0,55 — 1,20 1,4 — 2,1 3,0 — 4,4 9,5 — 22,0 7,3 — 18,3 Толщина обрззнз, мм Работа деформздии нри рлзрушении, кгс см/см Ударная вязкость, кгс.см/сма 5,0 — 9,5 19,4 — 30,3 5,5 — 13,5 13,0 — 21,4 В костях черепа, не имеющих губчатого вещества (крыша глазницы, большие крылья основной кости), при ударах появлялись последействугощие вибрации.

При толщине крыши глазницы, большей или равной 0,2 см, вибрации почти не возникали. Деформации при уларе имели один знак. При толщине костей глазницы 0,03 см ва осциллограмме обнаруживались перемещения обоих знаков, т. е. вибрация сопровождалась эффектом «хлопказ. При этом крыша глазницы создавала жесткий удар по базальным отделам лобных долей. Эксперименты подтвердили, что посмертные повреждения человеческого мозга локализуются в области лобных н височных долей и что кавитационные явления, образующиеся при ударах„также сказываются на понигкении несущей способности черепа. Комплексные испытания по сопротивлению удару лобной кости новорожденных, взятые у трупов, проводились в Кубанском медицинском институте км. Красной Армии в Ростове-на-Дону [901, При испытании первой серии изучали образцы без надкостницы и твердой оболочки.

Во второй серии испытаний использовали образцы тех же размеров с надкостннцей и твердой оболочкой. В третьей серии испытания производились над образцами, разрушаемыми уларом на копре Шарив. Работа деформации прп разрушении на удар костной ткани определялась в зависимости от содержания коллагеновых волокон и твердости лобной кости. С увеличением толщины чешуи поднимается сопротивление ударным нагружением. Средняя энергия разрушения образца кости при наличии кожного покрова Ба го о уо пгс/сна го Предел прочности.

Возраст атсуеан Предел пречаести, «гс!сЮ Возраст женщины иуичииы 34,6ш 13 52,8~ 12,4 79,2~ 12,1 87,1ж 13,5 66,2лс14,0 66,2~5 !4,0 56,5ж 10,6 2 мсс 3 — 11 лет 12 — 17» 18 — 23 года 24 — 35 лет 36 — 45» 46 — 60» старше 60» 34,4 д8 5!л.8,5 5!сс8,5 71,2~ 11,2 63ж 10,5 63,0-Е 10, 5 63,0+10,5 44, ЗЛ-15,3 2 мес 3 — 14 лет 15 — 23 года 24 — 35 лет . 36 — 45» 46 — 60» старше 60 лет 29 возрастает на 37о1з по сравнению с его отсутствием.

Установлено, что прочность мозговой чешуи новорожденных, определяемая при ударе, в большой степени зависит от свойств коллагеновых волокон (табл. 3). В Орехова-Зуевском педагогическом институте были проведены исследования по определению прочности позвонков человека на сжатие. Исследования проводились в зависимости от пола, возраста индивидуума, типа позвонка [2]. Результаты приведены на рис. 5, по которым можно сделать следующие выводы.

асуры г ва га о м го го оп 50 Бо уо го а л'гс/сиз ао го го со уо Бо уп Бо Е га а га гп эа га 50 »о уа га 5 лгс/сггг 20 0 уп гп го зо 50 БО уо 00 аазрасг, гады с 4»ис. 5, Кривые предела прочности тел отдельных позвонков человеки с учетом пола. а — ХП грудной псзисногг 6 — ! повсничиый; в — П псчсиячный; г — ГП поясничный.

Сплошная линия — лица иужсиего пола, прерывистая — жевеиоге. Прочность всех видов позвонков крайне невысока по сравнению с другими костными тканямн и составляет 60 — 80 кгс/смт. Отсутствует существенная разница в прочности мужских и женских позвонков. В детском и отроческом возрасте прочность женских позвонков несколько выше мужских, после 20 лет положение изменяется на обратное. В младенческом 41 отроческом возрасте прочность незначительна, она растет в возрасте 20 лет, далее монотонно снижается.