Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела - [93]
Модуль Юнга, или модуль упругости материала при нагрузке сжатия или растяжения, характеризуется наклоном кривой в промежутке между точками A и B (см. рис. 15.6). Значение жесткости можно найти, разделив нагрузку на деформацию в любой точке диапазона упругости. Модуль упругости определяет механическое поведение материала и является мерой его жесткости (сопротивления, оказываемого материалом внешней нагрузке).
Модуль = Напряжение (нагрузка)/деформация
Модуль Юнга = (F/A)/ΔL/L>0)
Если первая часть графика представляет собой прямую линию, деформация прямо пропорциональна способности материала к сопротивлению нагрузке (см. рис. 15.6). Если угол наклона кривой крутой, и модуль упругости высокий, то этот материал обладает высокой жесткостью. Если подъем, кривой идет постепенно, и значение модуля упругости невелико, то и жесткость материала незначительна. У корковой кости — высокий модуль упругости, а у подкожного жира — низкий.
Любой тип материала обладает уникальной кривой, так на рис. 15.7 представлена типичная кривая для сухожилий и связок конечностей при действии нагрузки с постоянной скоростью.
Рис. 15.7. Кривая нагрузки/деформации для сухожилия или связки:
>0-A — область подошвы кривой; A-В — область упругости; B-C — область диапазона пластичности; D — конечная точка разрыва
Первая область кривой 0-A называется подошвенной областью. Для связок и сухожилий эта область характеризуется выпрямлением завитков коллагена в состоянии покоя. В этой зоне минимальное усилие вызывает максимальную деформацию (удлинение). Подошвенная область — это зона, в которой исследователь проводит клиническое тестирование целостности связки при помощи растягивающего усилия.
Подошвенная область также представляет собой провисание сухожилия (слабину), которое должно быть выбрано мышцей, прежде, чем она сможет воздействовать через это сухожилие на кость. Вторая линейная область кривой A-B является областью упругости, в которой удлинение (деформация) имеет относительно линейную связь с напряжением. Жесткость, или сопротивление деформации в этой области увеличивается, поэтому для того, чтобы вызвать удлинение, требуется большее усилие. Однако в пределах этой области связка или сухожилие, если убрать нагрузку, возвращаются к размерам, которые они имели до создания напряжения, поскольку в силу вязкоупругости структур, возврат является функцией времени. Эта область показывает тот тип напряжения и деформации, который наблюдается при нормальном физиологическом движении. В третьей области B-C происходит последовательное разрушение волокон коллагена, и связка (сухожилие) теряет способность вернуться к исходной форме. Пластичность можно рассматривать как вариант микроскопического разрыва. При выходе за пределы диапазона пластичности, в точке D начинаются явные разрывы или макроразрывы ткани. В случае с сухожилием или связкой повреждение может произойти в середине структуры, по причине разрушения и разрывов волокон соединительной ткани, это и будет разрывом связки. Если повреждение происходит в виде отрыва костного прикрепления связки или сухожилия, это называют отрывом. Если происходит разрушение костной ткани, оно называется переломом.
Каждый вид соединительной ткани может до разрушения выдерживать различную степень деформации. Эта степень различна не только для разных видов соединительной ткани, но может варьировать даже внутри одного типа. В целом связки могут выдерживать большую деформацию, чем хрящи, а хрящи — большую деформацию, чем кости.
Кость. Кривые «напряжение-деформация» кости демонстрируют, что корковая кость жестче губчатой (трабекулярной) кости, соответственно, корковая кость может выдерживать большее напряжение, но меньшую деформацию. Когда корковая кость испытывает нагрузку сжатия, сила продольных отделов кости является наибольшей. В бедренной кости модуль упругости продольных отделов в два раза превышает значение модуля поперечных отделов. Компрессионная нагрузка и деформация, которую может выдерживать корковая кость, выше, чем напряжение и деформация растяжения. Иначе говоря, кость выдерживает сжатие лучше, чем растяжение.
Применение сильных нагрузок в течение короткого времени или небольших, но продолжительных нагрузок, вызывает высокое напряжение и деформацию. Как и корковой кости, сопротивление сжатию у трабекулярной кости выше, чем сопротивление растяжению, однако модуль упругости при нагрузках растяжения выше, чем при сжатии. Физиологическая реакция трабекулярной кости на увеличение нагрузки — гипертрофия. Если нагрузка снижена или отсутствует, трабекулы уменьшаются и, как следствие, теряют способность обеспечивать опору. Действие скорости, частоты, продолжительности и типа нагрузки выражается в том, что повторные нагрузки (частое повторение при небольшой нагрузке или редкое повторение, но при высоких нагрузках) могут вызывать постоянную деформацию и приводить к повреждению кости. Деформация по типу крипа происходит тогда, когда на ткань воздействуют повторными нагрузками во время, когда материал подвержен именно крипу.
