Программа курса в МГТУ-2008 (Электронные лекции)

Программа курса «Биомеханика»

Лектор - д.т.н. А.И. Дьяченко

1. Реологические свойства биологических тканей

Общие представления о напряжениях и деформациях в биотканях. Тензор напряжений, тензор деформаций. Законы сохранения для многофазной сплошной среды. Энергия деформации. Определяющие соотношения в тензорной форме. Реологические диаграммы.

Реология крови. Скорость сдвига и напряжение сдвига. Коэффициенты вязкости. Течение Куэтта. Ротационный и капиллярный вискозиметры. Ньютоновская, вязкопластическая, псевдопластическая, дилатантная жидкости. Уравнение Кессона, его ограничения. Тиксотропия. Эффект Фареуса-Линдквиста.

Общие реологические свойства мягких тканей, релаксация, ползучесть, гистерезис, анизотропия. Тело Гука, Фойхта, Максвелла, Кельвина. Модули Юнга, объемного сжатия, сдвига, коэффициент Пуассона. Временные эффекты. Свойства коллагена и эластина.

Примеры реологических свойств: кость, сухожилие, хрящ, мышца, кожа, легочная ткань, сосуды и бронхи. Прочность биологических тканей.

2. Физические процессы в системе дыхания

Строение и объемы легких. Модель симметричного дихотомического ветвления. Конвективный и диффузионный массоперенос. Движение воздуха в воздухоносных путях.

Механика дыхания. Кривая объем-давление. Колебательные процессы в системе дыхания. Метод вынужденных колебаний. Механический импеданс дыхательного тракта. Акустические свойства легких.

Ограничение потока во время форсированного выдоха.

Методы исследования механики дыхания. Легочные объемы, измеряемые методами флоуметрии. Флоуметрия на основе трубок Флейша и Лилли, другие методы измерения дыхательного потока.

Метод плетизмографии всего тела, его применение для измерения ФОЕ. Измерение сопротивления дыхательных путей методами вынужденных колебаний и прерывания потока.

3. Физические процессы в системе кровообращения

Давление и кровоток в артериях. Действие гравитации. Модель упругого резервуара

Трехмерные уравнения (неразрывности и импульса – Навье-Стокса). Уравнения для линейного, невязкого варианта. Распространение пульсовой волны. Вывод формулы Моэнса-Кортевега. Нелинейные эффекты. Число Рейнольдса, число Уомерслея. Кровоток в спадающихся сосудах. Метод измерения давления крови по звукам Короткова, аналогия с ударной волной в газе.

Механика стационарного потока в спадающихся сосудах. Запирание потока. Зависимость потока от давлений в общем виде. Спадение сосудов в легких и легочное кровообращение. Характерные параметры, скорости в венах.

4. Массообмен

Газообмен в легких млекопитающих. Уравнения стационарного идеального газообмена. Динамика газообмена. Газообмен у птиц и рыб. Противоточные системы.

Литература

1. Каро К., Т. Педли, 3. Шротер, У. Сид. Механика кровоообращения // М., Мир, 1981,624 с.

2. Уэст Дж. Физиология дыхания. Основы. // М., Мир, 1988, 200 с.

3. Бегун П.И., Шукейло Ю.А. Биомеханика: Учебник для вузов. – СПб.: Политехника, 2000 – 463 с.

4. Парашин В.Б., Иткин Г.П. Биомеханика кровообращения // М.: МГТУ, 2005.

5. Регирер С.А. Лекции по биологической механике // М., МГУ, 1980, 144 с.

6. Шмидт-Ниельсен. Физиология животных. Приспособление и среда // Т. 1, 2. М., Мир, 1982, 800 с.

Примечание:

На экзамене требуется знание вопросов "Реология крови" и «Механика костной ткани» в расширенном объеме, в соответствии с лекциями проф. С.И. Щукина.

2