Физико-механические свойства биологических тканей – С. Д. Арутюнов

Представлены исследования физико-механических свойств тканей органов на основании литературных и собственных опытных и расчетных данных.

Описаны результаты измерения упругих модулей и нанотвердости интактной эмали и эмали с кариесом, а также исследования нанотвердости эмали зубов после охлаждения до сверхнизких температур (4,2 К). Анализируются отношение H/E и вязкость разрушения эмали и дентина в сравнении с другими материалами. Визуализирована матрица упругих постоянных дентина и эмали. Рассмотрены упругие модули, параметры упругой анизотропии и коэффициент Пуассона дентина и эмали как анизотропных сред гексагональной сингонии. Возможность такого подхода объясняется данными о морфологии твердых тканей зуба как биокомпозита с коллагеновой матрицей и минеральной составляющей в виде кристаллов апатитов. В рамках этой модели установлено, что коэффициент Пуассона дентина в некоторых направлениях выше теоретического предела 0,5 для изотропных материалов, в том числе композиционных, что может сказываться на качестве реставраций. Также установлено, что минимальные значения коэффициента Пуассона дентина и эмали больше нуля, то есть и дентин, и эмаль не являются ауксетиками – материалами с отрицательным коэффициентом Пуассона. Приведены данные по упругим свойствам и прочности околозубных тканей, периодонтальной связки и слизистой оболочки рта, а также кристаллов гидроксиапатита. Исследовано влияние пищевой диеты (напитков, молока и молочных продуктов, сыра, сахара и сладостей) и средств гигиены на твердость и шероховатость зубной эмали. Выполнено сравнение твердости эмали зубов человека и различных видов животных (растительноядных, плотоядных и морских). Установлено, что физико-механические свойства зубной эмали человека уникальны: они занимают достойное место на диаграмме «твердость – модуль упругости» биоминералов и других материалов, а по механическим характеристикам превосходят соответствующие показатели эмали зубов акул, ядовитых клыков кобры – самых опасных змей на земле и не уступают по твердости эмали клыков крыс – одних из наиболее живучих млекопитающих на планете и гиен с мощнейшими челюстями и невероятной жестокостью. Приведены начальные сведения из механики.

Описаны параметры механических свойств тканей ушной раковины и биосовместимых силиконов для протезирования, сердечной мышцы, желчных протоков, урогенитальных тканей, отделов желудочно-кишечного тракта человека и животных. Результаты испытаний сопоставлены с гиперупругими моделями современной механики деформируемых тел.

Книга предназначена студентам стоматологических и лечебных факультетов, ординаторам, аспирантам и слушателям факультетов после дипломного образования медицинских вузов. Также она может быть полезна научным работникам институтов, преподавателям медицинской и биологической физики, нормальной и патологической физиологии.