Механические свойства биологических тканей

К числу недостатков этого  метода следует отнести многоэтапный процесс измерения и наличие  погрешностей при контакте материалов с кожей на этапе создания негативной реплики.

В значительной мере этих недостатков  лишены ставшие популярные оптико-электронные  методы изучения микрорельефа кожи /69/. В работе /69/ для измерения микрорельефа использовался оптический щуп. Последний  представлял собой оптико-электронный  прибор, позволяющий измерять рельеф исследуемой поверхности оптическим излучением. Регистрация информации о рельефе поверхности исследуемого участка кожи осуществлялся поточечно  посредством механического сканирования. Разработанное устройство было использовано для изучения возрастных изменений  кожи. Результаты отдельных измерений  приведен на рис. 8. Из рисунка видно, что средняя величина рельефа  поверхности колеблется в пределах 10–30 мкм как вдоль морщины, так  и поперёк.

Эластические свойства сосудов 

Как указывалось ранее, артерии  и вены вносят лишь незначительный вклад в общее сопротивление  кровотоку, который осуществляется через сосудистое русло. Поэтому  мы обычно не придаем большого значения тому влиянию, которое оказывает  изменение их диаметра на кровоток через системные органы. В то же время эластические свойства артерий  и вен являются весьма важным фактором, влияющим на деятельность сердечно-сосудистой системы, так как эти сосуды могут  функционировать как резервуары, и в них могут быть накоплены  существенные количества крови.

Эластические свойства сосудов  или отделов сосудистой системы  часто характеризуются такой  величиной, как растяжимость (С), которая  отражает, насколько изменяется их объем (Д V) в ответ на определенное изменение трансмурального давления (АР):

Трансмуральное давление представляет собой разность между  внутренним и внешним давлением  на сосудистую стенку.

Эластические свойства вен  важны для их функции по депонированию  крови. Как видно по кривым зависимости  давления от объема на рис. 7–7, вены более  растяжимы, чем артерии. Так как  вены столь растяжимы, что даже небольшие  изменения периферического венозного  давления могут вызвать перемещение  существенного объема циркулирующей  крови в периферический венозный пул или из него. Переход в вертикаль  – нос положение тела, например, увеличивает венозное давление в  нижних конечностях и способствует накоплению крови (создание пула) в  этих сосудах, что соответствует  перемещению из точки А в точку  В на рис. 7–7.

К счастью, данный процесс  может быть уравновешен активным сужением вен. Пунктирная линия на рис. 7–7 отражает взаимозависимость между  венозным давлением и объемом, которая  отмечается при сужении вен в  результате сокращения гладкой мускулатуры  вен. В суженных венах объем крови  может соответствовать норме (точка  С) или даже быть ниже нормы (точка D), несмотря на более высокое, чем венозное давление. Сужение периферических вен  само по себе способно повышать периферическое венозное давление и перемещать кровь  из венозного резервуара.

Эластические свойства артерий  позволяют им функционировать в  качестве резервуара в промежутке между  сокращениями сердца. Артерии играют важную роль в превращении пульсирующего  потока крови, изгоняемого из сердца, в постоянный поток через сосудистое русло системных органов. С этой точки зрения, артерии выполняют  функцию буфера. В начале фазы быстрого изгнания объем артериальной крови  увеличивается, так как кровь  поступает в 1 аорту быстрее, чем  она проходит в просвет системных  артериол. Таким образом, часть той  работы, которую сердце выполняет  при выбросе крови, уходит на растяжение эластических стенок артерий. Ближе  к концу систолы и на протяжении диастолы, артериальный объем уменьшается, поскольку кровоток, выходящий из артерий, превышает кровоток, поступающий  в аорту. Находящаяся в растянутом состоянии артериальная стенка сокращается  и при этом утрачивает накопленную  потенциальную энергию. Данная энергия, перешедшая из одной формы в другую, и обеспечивает работу по продвижению  крови через периферическое сосудистое русло во время диастолы. Если бы артерии представляли собой жесткие  трубки, не способные аккумулировать энергию за счет эластического растяжения, артериальное давлением немедленно падало бы до нуля при окончании  процесса каждого сердечного выброса.

Физиология крови 

Кровь, лимфа, тканевая, спинномозговая, плевральная, суставная и другие жидкости образуют внутреннюю среду  организма. Внутренняя среда отличается относительным постоянством своего состава и физико-химических свойств, что создает оптимальные условия  для нормальной жизнедеятельности  клеток организма.

Впервые положение о постоянстве  внутренней среды организма сформулировал  более 100 лет тому назад физиолог Клод Бернар. Он пришел к заключению, что «постоянство внутренней среды  организма есть условие независимого существования», т.е. жизни, свободной  от резких колебаний внешней среды.

В 1929 г. Уолтер Кэннон ввел термин гомеостаз. В настоящее время  под гомеостазом понимают как  динамическое постоянство внутренней среды организма, так и регулирующие механизмы, которые обеспечивают это  состояние. Главная роль в поддержании  гомеостаза принадлежит крови. В 1939 г. Г.Ф. Ланг создал представление о  системе крови, в которую он включил  периферическую кровь, циркулирующую  по сосудам, органы кроветворения и  кроверазрушения, а также регулирующий нейрогуморальный аппарат.

Объем и физико-химические свойства крови 

Объем крови – общее  количество крови в организме  взрослого человека составляет в  среднем 6 – 8% от массы тела, что соответствует 5 – 6 л. Повышение общего объема крови  называют гиперволемией, уменьшение –  гиповолемией.

Относительная плотность  крови – 1,050 – 1.060 зависит в основном от количества эритроцитов. Относительная  плотность плазмы крови – 1.025 – 1.034, определяется концентрацией белков.

Вязкость крови – 5 усл. ед., плазмы – 1,7 – 2,2 усл. ед., если вязкость воды принять за 1. Обусловлена наличием в крови эритроцитов и в  меньшей степени белков плазмы.

Осмотическое давление крови  – сила, с которой растворитель переходит через полунепроницаемую  мембрану из менее в более концентрированный  раствор. Осмотическое давление крови  вычисляют криоскопическим методом  путем определения точки замерзания крови (депрессии), которая для нее  равна 0,56 – 0,58 С. Осмотическое давление крови в среднем составляет 7,6 атм. Оно обусловлено растворенными  в ней осмотически активными  веществами, главным образом неорганическими  электролитами, в значительно меньшей  степени – белками. Около 60% осмотического  давления создается солями натрия (NаСl).

Осмотическое давление определяет распределение воды между тканями  и клетками. Функции клеток организма  могут осуществляться лишь при относительной  стабильности осмотического давления. Если эритроциты поместить в солевой  раствор, имеющий осмотическое давление, одинаковое с кровью, они не изменяют свой объем. Такой раствор называют изотоническим, или физиологическим. Это может быть 0,85% раствор хлористого натрия. В растворе, осмотическое давление которого выше осмотического давления крови, эритроциты сморщиваются, так  как вода выходит из них в раствор. В растворе с более низким осмотическим давлением, чем давление крови, эритроциты набухают в результате перехода воды из раствора в клетку. Растворы с  более высоким осмотическим давлением, чем давление крови, называются гипертоническими, а имеющие более низкое давление – гипотоническими.

Онкотическое давление крови  – часть осмотического давления, создаваемого белками плазмы. Оно  равно 0,03 – 0,04 атм, или 25 – 30 мм рт. ст. Онкотическое давление в основном обусловлено  альбуминами. Вследствие малых размеров и высокой гидрофильности они  обладают выраженной способностью притягивать  к себе воду, за счет чего она удерживается в сосудистом русле, При снижении онкотического давления крови происходит выход воды из сосудов в интерстициальное пространство, что приводит к отеку  тканей.

Кислотно-основное состояние  крови (КОС). Активная реакция крови  обусловлена соотношением водородных и гидроксильных ионов. Для определения  активной реакции крови используют водородный показатель рН – концентрацию водородных ионов, которая выражается отрицательным десятичным логарифмом молярной концентрации ионов водорода. В норме рН – 7,36 (реакция слабоосновная); артериальной крови – 7,4; венозной – 7,35. При различных физиологических  состояниях рН крови может изменяться от 7,3 до 7,5. Активная реакция крови  является жесткой константой, обеспечивающей ферментативную деятельность. Крайние  пределы рН крови, совместимые с  жизнью, равны 7,0 – 7,8. Сдвиг реакции  в кислую сторону называется ацидозом, который обусловливается увеличением  в крови водородных ионов. Сдвиг  реакции крови в щелочную сторону  называется алкалозом. Это связано  с увеличением концентрации гидроксильных  ионов ОН и уменьшением концентрации водородных ионов.

В организме человека всегда имеются условия для сдвига активной реакции крови в сторону ацидоза  или алкалоза, которые могут привести к изменению рН крови. В клетках  тканей постоянно образуются кислые продукты. Накоплению кислых соединений способствует потребление белковой пищи. Напротив, при усиленном потреблении  растительной пищи в кровь поступают  основания. Поддержание постоянства  рН крови является важной физиологической  задачей и обеспечивается буферными  системами крови. К буферным системам крови относятся гемоглобиновая, карбонатная, фосфатная и белковая.

Буферные системы нейтрализуют значительную часть поступающих  в кровь кислот и щелочей, тем  самым препятствуя сдвигу активной реакции крови. В организме в  процессе метаболизма в большей  степени образуется кислых продуктов. Поэтому запасы щелочных веществ  в крови во много раз превышают  запасы кислых, Их рассматривают как  щелочной резерв крови.

Гемоглобиновая буферная система на 75% обеспечивает буферную емкость крови. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный  гемоглобин. Оксигемоглобин обычно бывает в виде калиевой соли. В капиллярах тканей в кровь поступает большое  количество кислых продуктов распада. Одновременно в тканевых капиллярах при диссоциации оксигемоглобина  происходит отдача кислорода и появление  большого количества щелочно реагирующих  солей гемоглобина, Последние взаимодействуют  с кислыми продуктами распада, например угольной кислотой. В результате образуются бикарбонаты и восстановленный  гемоглобин, В легочных капиллярах гемоглобин, отдавая ионы водорода, присоединяет кислород и становится сильной кислотой, которая связывает  ионы калия. Ионы водорода используются для образования угольной кислоты, в дальнейшем выделяющейся из легких в виде Н2О и СО2.

Карбонатная буферная система  по своей мощности занимает второе место. Она представлена угольной кислотой (Н2СО3) и бикарбонатом натрия или  калия (NaНСО3, КНСО3) в пропорции 1/20. Если в кровь поступает кислота, более  сильная, чем угольная, то в реакцию  вступает, например, бикарбонат натрия. Образуются нейтральная соль и слабодиссоциированная  угольная кислота. Угольная кислота  под действием карбоангидразы эритроцитов  распадается на Н2О и СО2, последний  выделяется легкими в окружающую среду. Если в кровь поступает  основание, то в реакцию вступает угольная кислота, образуя гидрокарбонат  натрия и воду. Избыток бикарбоната  натрия удаляется через почки. Бикарбонатный  буфер широко используется для коррекции  нарушений кислотно-основного состояния  организма.

Фосфатная буферная система  состоит из натрия дигидрофосфата (NаН2РО4) и натрия гидрофосфата (Nа2НРО4). Первое соединение обладает свойствами слабой кислоты и взаимодействует с поступившими в кровь щелочными продуктами. Второе соединение имеет свойства слабой щелочи и вступает в реакцию с более сильными кислотами.

Белковая буферная система  осуществляет роль нейтрализации кислот и щелочей благодаря амфотерным свойствам.: в кислой среде белки  плазмы ведут себя как основания, в основной – как кислоты.

Буферные системы имеются  и в тканях, что способствует поддержанию  рН тканей на относительно постоянном уровне. Главными буферами тканей являются белки и фосфаты.

Поддержание рН осуществляется также с помощью легких и почек. Через легкие удаляется избыток  углекислоты. Почки при ацидозе  выделяют больше кислого одноосновного  фосфата натрия, а при алкалозе – больше щелочных солей: двухосновного  фосфата натрия и бикарбоната  натрия.

Свертывающие механизмы 

Свертывание крови (гемокоагуляция) – это жизненно важная защитная реакция, направленная на сохранение крови  в сосудистой системе и предотвращающая  гибель организма от кровопотери  при травме сосудов.

Основные положения ферментативной теории свертывания крови были разработаны  А. Шмидтом более 100 лет назад.

В остановке кровотечения участвуют: сосуды, ткань, окружающая сосуды, физиологически активные вещества плазмы, форменные элементы крови, главная  роль принадлежит тромбоцитам. И  всем этим управляет нейрогуморальный регуляторный механизм.

Физиологически активные вещества, принимающие участие в  свертывании крови и находящиеся  в плазме, называются плазменными  факторами свертывания крови. Они  обозначаются римскими цифрами в  порядке их хронологического открытия. Некоторые из факторов имеют название, связанное с фамилией больного, у  которого впервые обнаружен дефицит  соответствующего фактора. К плазменным факторам свертывания крови относятся: Iф – фибриноген, IIф – протромбин, IIIф – тканевой тромбопластин, IVф  – ионы кальция, Vф – Ас-глобулин (ассеlеrаnсе – ускоряющий), или проакцелерин, VIф – исключен из номенклатуры, VIIф  – проконвертин, VIIIф – антигемофильный  глобулин А, IXф – антигемофильный  глобулин В, или фактор Кристмаса, Xф  – фактор Стюарта – Прауэра, XIф  – плазменный предшественник тромбопластина, или антигемофильный глобулин С, XIIф – контактный фактор, или фактор Хагемана, XIIIф – фибринстабилизирующий  фактор, или фибриназа, XIVф – фактор Флетчера (прокалликреин), XVф – фактор Фитцджеральда – Фложе (высокомолекулярный кининоген – ВМК).

Методы определения вязкости жидкостей 

Определение вязкости биологических  жидкостей и, особенно, вязкости крови  имеет существенное диагностическое  значение. Разнообразные приборы, применяемые  для этой цели называют вискозиметрами. Они подразделяются на два основных типа: капиллярные и ротационные.

В капиллярных вискозиметрах (вискозиметр Оствальда, Гесса) вязкость оценивается по объему жидкости, протекающему в единицу времени через капиллярную  трубку под действием перепада давлений. Зная геометрические параметры капилляра, величину вязкости ньютоновских жидкостей можно расчитать по уравнению Пуазейля.