ISSN:
0933-5137
Keywords:
Chemistry
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Polymer and Materials Science
Source:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
Description / Table of Contents:
Tissue Elasticity and Biomechanical Interaction of Vascular Components. Many contributions have been made on the mechanical behaviour of soft biological tissues. Relatively small, however, is the knowledge of the biomechanical interaction of their components. Vascular tissues show a highly nonlinear load-deformation response which in their passive state depends on the three following, major wall components: elastic and collagen fibres and groundsubstance, a nonfibrous matrix. With increasing pressure, namely, blood vessels lose their distensibility, collagen and elastic fibres becoming straight and form a strong wall reinforcement which keeps the vessel from being blown out at higher intraluminal pressures.In order to better understand the material properties of the vessel wall and the interaction of these vascular components a continuum mechanical model is developed. Based on thermodynamical considerations reasonably approaching the physiological situation, constitutive equations are derived by which the amounts of stresses contributed by these components as well as the deformation energy stored by them, can be determined. Of particular significance, thereby, are the distribution densities and distribution functions of the fibres becoming and having become aligned during the vascular dilatation. These functions were determined from uniaxial tensile tests performed with electronic tensile testing machines using quasi pure fibre structures histologically corresponding. As specimen human tendons were taken for the evaluation of the collagen and ligaments from the neck of cattle for the evaluation of the elastic fibres' mechanisms. When simulating the pressure-radii response of an aortic segment on a computer using these data the results definitely show that the contribution of elastic and collagen fibres to the vessel mechanics is considerable already at mean physiological pressures and by far prevailing at higher ones.The present investigations are a necessary step forward in the biomechanics and materials research of vessels and, hence finally, in the research of the circulatory system.
Notes:
Viele Beiträge über das mechanische Verhalten weicher biologischer Gewebe sind bisher erschienen. Relativ klein ist jedoch unser Wissen über das biomechanische Zusammenspiel ihrer Bausteine. Vaskuläre Gewebe zeigen ein hochgradig nichtlineares Last-Deformations-Verhalten, das passiv mechanisch von ihren drei hauptsächlichen Wandkomponenten abhängt, nämlich elastischen und kollagenen Fasern sowie der Grundsubstanz, einer nichtfibrösen Matrix. Mit zunehmendem Druck verlieren nämlich Blutgefäße ihre Dehnbarkeit, weil sich die elastischen und kollagenen Fasern dann straffen. In diesem Zustand bilden sie dann eine starke Wandbewehrung und schützen so das Gefäß vor Aneurysmen bei höheren Blutdrücken.Um die Materialeigenschaften der Gefäßwand und das Zusammenspiel der vaskulären Komponenten auch qualitativ erfassen zu können, wird ein kontinuumsmechanisches Modell vorgestellt. Ausgehend von thermodynamischen Überlegungen, die die physiologische Situation sinnvoll erfassen, wird ein Materialgesetz entwickelt, mit dem die Spannungsbeiträge der einzelnen Komponenten sowie die von ihnen gespeicherte Deformationsenergie ermittelt werden kann. Hierbei sind die Verteilungsdichten und -funktionen der während einer vaskulären Dilatation anspringenden und angesprungenen Fasern von fundamentaler Bedeutung. Diese wurden an histologisch ähnlichen, quasi reinen Faserstrukturen aus Zugversuchen bestimmt, die mit elektronischen Zugprüfmaschinen durchgeführt wurden. Fur die Ermittlung des kollagenen Mechanismus wurden menschliche Sehnen, für die Ermittlung des elastischen Mechanismus Nackenbänder von Rindern als Prüflinge verwandt.Die Simulation des Druck-Radien-Verhaltens eines Aortensegmentes auf einem Computer unter Benutzung dieser experimentellen Ergebnisse beweist, daß der Beitrag der elastischen und kollagenen Fasern zum gefäßmechanischen Verhalten schon bei mittleren physiologischen Drücken beträchtlich sein kann und bei höheren Drücken bei weitem überwiegt.Die vorliegenden Untersuchungen sind ein notwendiger Schritt vorwärts in der Biomechanik und Materialkunde der Gefäße und damit schließlich in der Kreislaufforschung.
Additional Material:
10 Ill.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/mawe.19760070806
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