Механічні властивості кістки

Кістка є твердим тілом, для якого основними властивостями є міцність і пружність.
Міцність – це здатність протистояти зовнішній руйнує силі. Кількісно міцність визначається межею міцності і залежить від макро- і мікроскопічною конструкції і складу кісткової тканини. Що стосується макроскопічної конструкції, то кожна кістка має специфічну форму, що дозволяє витримувати найбільше навантаження в певній частині скелета.
Внутрішня конструкція кістки, як уже було сказано раніше, також складна. Остеон (або гаверсових система) – це порожниста циліндрична трубка, стінки якої побудовані з безлічі пластин. Відомо, що в архітектурних спорудах порожнисті колони (трубчасті) мають більшу міцність на одиницю маси, ніж цільні. Отже, вже тільки остеон конструкція кістки передбачає високий ступінь міцності кістки. Групи остеонов, розташовуючись по лініях найбільших навантажень, формують кісткові перекладини губчастої речовини і кісткові пластинки компактної речовини. Необхідно враховувати, що в місцях найбільших навантажень кісткові перекладини розташовуються дугоподібно (арочно). Арочні системи разом з трубчастими відносяться до числа найбільш міцних. Арочний принцип будови перекладин губчастої речовини характерний для проксимального епіфіза стегнової кістки, для губчастої речовини п’яткової кістки.
На міцність суттєво впливає і склад кістки. При декальцінаціі істотно знижується межа міцності на стиск, розтяг і скручування, в результаті чого кістка легко згинається, стискається і скручується. При підвищенні вмісту кальцію кістка стає крихкою.
Міцність кістки у здорової дорослої людини більше, ніж міцність деяких будівельних матеріалів, вона така ж, як у чавуну. Дослідження з вивчення міцності проводилися ще в минулому столітті. За даними П. Ф. Лесгафта, стегнова кістка людини при розтягуванні витримувала навантаження 5500 Н / см2, при стисненні – 7787 Н / см2. Великогомілкова кістка витримувала навантаження при стисненні 1650 Н / см2, що може зрівнятися з вантажем, що дорівнює масі тіл більш ніж 20 осіб. Зазначені цифри свідчать про високий ступінь резервних можливостей кісток по відношенню до різних навантажень. Зміна трубчастої структури кістки (як макро-, так і мікроскопічною) знижує її механічну міцність. Наприклад, після зрощення переломів трубчасту будову порушується, міцність кісток істотно зменшується. Пружність – це властивість повертати вихідну форму після припинення дії зовнішнього середовища. Пружність кістки дорівнює пружності твердих порід дерева. Вона так само, як і міцність, залежить від макро-мікроскопічної конструкції та хімічного складу кістки.
Таким чином, механічні властивості кістки – міцність і пружність – обумовлені оптимальною комбінацією містяться в ній органічних і неорганічних речовин.

Посилання на основну публікацію