Badanie histerezy mechanicznej ścięgien wieprzowych

• Autorzy: Liber-Kneć A. , Łagan S.

Warianty tytułu

EN

Mechanical hysteresis tests for porcine tendons

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Ścięgna mogą być czasowo lub trwale uszkodzone w warunkach nadmiernego obciążenia lub obciążenia przyłożonego z dużą szybkością. Z punktu widzenia decyzji chirurga istotnym jest przewidywanie intensywności uszkodzeń ścięgien. Można to zrobić poprzez określenie i zrozumienie odpowiedzi mechanicznej i rodzajów uszkodzeń ścięgien pod wpływem działania obciążenia. Jedną z ważnych cech ścięgien jest histereza mechaniczna, która określa zdolność ścięgna do rozpraszania energii, co oznacza, że napięcie mięśni nie jest w pełni przenoszone na szkielet. Badania przeprowadzono w celu określenia histerezy mechanicznej w modelu ścięgien wieprzowych w warunkach cyklicznego obciążenia w próbie quasi-statycznego rozciągania. Wykonano dziesięć cykli obciążenia- -odciążenia w teście quasi-statycznego rozciągania dla trzech poziomów maksymalnego obciążenia: 50 N, 100 N i 150 N. Dla każdego poziomu obciążenia zarejestrowano trzy pętle histerezy (pierwszą, piątą, dziesiątą) i na ich podstawie obliczono wartości energii dyssypacji i histerezy mechanicznej. Średnie wartości energii rozpraszania wyniosły 4,4 ±0,7 mJ, 19,7 ±3,7 mJ, 23,9 ±3,9 mJ odpowiednio dla poziomów obciążenia 50, 100 i 150 N. Między piątym a dziesiątym cyklem, dla których zaobserwowano stabilizację energii rozproszonej, wartości te wynosiły od 22 do 32%, co stanowiło połowę wartości histerezy dla pierwszego cyklu. Zaobserwowano wpływ zastosowanych obciążeń na wartości, zarówno energii dyssypacji, jak i energii zwróconej. Wpływu tego nie zaobserwowano na wartość histerezy mechanicznej.

EN

Tendons may be temporarily or permanently damaged under conditions of excessive high-rate loading. It is important for surgery decisions to predict the intensity of tendons injures. It can be done by the determination and understanding of the mechanical response and the failure modes of tendons under loading. One of the important issues concerned with tendons is mechanical hysteresis, demonstrating the ability of the tendon to dissipate energy, which indicates that the muscular tension is not fully transmitted to the skeleton. The aim of the study was to determine mechanical hysteresis of porcine tendons model under cyclic loading in the quasi-static tensile test. Repeated ten loading-unloading cycles in the quasi-linear tensile test were made for three levels of the maximal load: 50 N, 100 N and 150 N. Three hysteresis loops for each level of load were registered (1st, 5th, 10th) and used for calculation the values of energy dissipation and mechanical hysteresis. The mean values of energy dissipation were 4.4 ±0.7 mJ, 19.7 ±3.7 mJ, 23.9 ±3.9 mJ for load levels 50, 100 and 150 N, respectively. Between fifth and tenth cycle for which the stabilization of the mechanical hysteresis was observed, its values were between 22 and 32%, what was about half of the hysteresis value for the first cycle. The influence of the applied loads on the values of both the energy of dissipation and the returned energy can be seen but the value of mechanical hysteresis is independent of load levels.

Słowa kluczowe

PL

histereza mechaniczna; ścięgno wieprzowe; energia dyssypacji; lepkosprężystość

EN

mechanical hysteresis; porcine tendon; energy of dissipation; viscoelasticity

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 20, no. 139
• Strony: 26--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., wykr.

Twórcy

autor

Liber-Kneć A.

• Zakład Mechaniki Doświadczalnej i Biomechaniki, Instytut Mechaniki Stosowanej, Politechnika Krakowska, al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków

autor

Łagan S.

• Zakład Mechaniki Doświadczalnej i Biomechaniki, Instytut Mechaniki Stosowanej, Politechnika Krakowska, al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków

Bibliografia

• [1] Cheng M., Chen W., Weerasooriya T.: Mechanical behavior of bovine tendon with stress-softening and loading-rate effects. Advances in Theoretical and Applied Mechanics 2(2) (2009) 59-74.
• [2] Maganaris C.N., Narici M.V., Almekinders L.C., Maffulli N.:Biomechanics of the Achilles Tendon, Springer (2007) 17-24.
• [3] Finni T., Peltonen J., Stenroth L., Cronin N.J.: Viewpoint: On the hysteresis in the human Achilles tendon. Journal of Applied Physiology 114 (2003) 515-517.
• [4] Maganaris C.N., Paul J.P.: Hysteresis measurements in intact human tendon. Journal of Biomechanics 33 (2000) 1723-1727.
• [5] Foure A., Nordez A., Cornu C.: Plyometric training effects on Achilles tendon stiffness and dissipative properties. Journal of Applied Physiology 109 (2010) 849-854.
• [6] Janjic N., Ninkovic S., Harhaji V., Stankovic M., Savic D., Milankov M.: Biomechanical properties of porcine tendon, ICET-2013, paper no. T.1-1.9, 1-4.
• [7] Shadwick R.E.: Elastic energy storage in tendons: mechanical differences related to function and age. Journal of Applied Physiology 68(3) (1990) 1033-1040.
• [8] Eliasson P., Fahlgren A., Pasternak B., Aspenberg P.: Unloaded rat Achilles tendons continue to grow, but lose viscoelasticity. Journal of Applied Physiology 103 (2007) 459-463.
• [9] Maffulli N., Renstrom P., Leadbetter W.B.: Tendon Injures. Basic Science and Clinical Medicine, Springer (2005) 14-21.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).