Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела

Вязкоупругость. Хотя соединительные ткани существуют в теле во многих видах, все они имеют одно общее свойство, называемое вязкоупругостью. Поведение вязкоупругих материалов представляет собой сочетание свойств упругости (эластичности) и вязкости. Упругость — это способность материала возвращаться к исходному состоянию после деформации (изменения размеров, например длины или формы), при условии прекращения деформирующего воздействия. Когда материал растягивают, совершается определенная работа, и его энергия увеличивается. Эластичный (упругий) материал запасает эту энергию и хранит ее таким образом, что может моментально вернуться к исходным размерам после прекращения действия силы растяжения. Термин «упругость» подразумевает, что изменение длины, или деформация, прямо пропорциональны прилагаемым силам или нагрузкам. Вязкость — это способность материала ослаблять действия сил смещения. Когда сила действует на вязкий материал, ткани показывают свои свойства, зависимые от времени и быстродействия.

Временные характеристики: крип (ползучая деформация) и напряжение-расслабление. Вязкоупругие материалы способны подвергаться деформации под действием сил растяжения или сжатия и возвращаться к исходному состоянию после прекращения действия этих сил. Однако в нормальных условиях возвращение к исходному состоянию не происходит мгновенно. Вязкоупругие материалы, в отличие от чисто упругих, обладают определенными временными (зависимыми от времени) свойствами. Иными словами, вязкоупругие материалы чувствительны к продолжительности действия силы. Если вязкоупругий материал подвергается действию постоянной нагрузки растяжения или сжатия, он вначале реагирует быстрой деформацией, а затем продолжает деформироваться в течение всего времени действия нагрузки (это могут быть часы, дни и даже месяцы).

Деформация ткани продолжается, пока не будет достигнуто состояние равновесия, и нагрузка уравновешивается. Этот феномен называется крип (ползучая деформация), и в различных материалах происходит за счет разных механизмов (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Крип связки или сухожилия в ответ на постоянную нагрузку. Сухожилие или связка сначала быстро деформируется, что видно на участке кривой (a), а затем продолжает деформироваться медленнее (b)

В кости, на микроскопическом уровне, крип при сжимании связан с проскальзыванием пластинок в остеоны (гаверсова система) и током интерстициальной жидкости. В гиалиновых суставных хрящах, на которые действуют компрессионные силы, крип связан с постепенной потерей жидкости тканью. В связках и сухожилиях крип связан с движением длинных цепочек ГАГ в твердой матрице. В целом чем продолжительнее действие силы, тем больше деформация. Увеличение величины нагрузки ведет к увеличению скорости крипа. В некоторых тканях ускорение крипа наблюдается после довольно длительного времени. Изменения температуры также влияют на скорость крипа. Высокие температуры увеличивают его скорость, а низкие — уменьшают. Теоретически, если кто-то захочет растянуть структуру из соединительной ткани, ему нужно нагреть ее и применять большую нагрузку в течение длительного времени — это точно вызовет крип.

Напряжение — расслабление происходит, когда вязкоупругий материал подвергается постоянной деформации. Вначале он реагирует быстрым начальным напряжением, которое со временем уменьшается, вплоть до достижения равновесия, т. е. момента, когда напряжение равно нулю.

Свойства быстродействия. На разные скорости действия нагрузки вязкоупругие материалы реагируют по-разному. Если нагрузка подается быстро, они дают большее сопротивление деформации, чем в случае медленной нагрузки. В целом, чем выше скорость нагрузки и продолжительнее действие силы, тем больше деформация. Вязкоупругие материалы не запасают энергию, которая передается им при деформации, действующей силой, и, таким образом, такая энергия не может участвовать в восстановлении. Если сила действует, а затем прекращает действие, некоторое количество энергии, возникающей при растягивании или сжимании материала, может рассеиваться (теряться) в виде тепла и, таким образом, материал не может вернуться к исходным размерам. Потеря энергии (разница между потраченной и возвращенной энергией) называется гистерезисом. Гистерезис характерен для вязкоупругих материалов в случае воздействия и последующего прекращения нагрузки (рис. 15.2).

Рис. 15.2.Гистерезис (разница между затраченной и восстановленной энергией):