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#124 腱のバイオメカニクス

腱のバイオメカニクスについてまとめられているサイトを発見したのでご紹介しておきます。

www.physio-pedia.com


以下勉強用に(一部)まとめてみました
※間違えている可能性が大いにあるので、詳細は上記のリンクを見てください

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・腱の力学的特性(非線形弾性)

腱の構造と組成は、3つの異なる領域からなる応力-ひずみ曲線に反映された、腱のユニークな力学的な振る舞いを可能にしています。

Toe region(つま先領域):最大2%の歪み(ストレイン)までの腱に機械的に負荷をかけることにより、腱線維の「伸び」または「圧着解除」が起こる場所です。つま先領域の傾きが直線的ではないため、この領域が非線形応力/ひずみ曲線の原因となります。

Linear region(線形領域):コラーゲン線維が引張機械的負荷の方向に伸張中の腱のストレインの生理学的な上限です。腱は、コラーゲン三重らせんの分子間滑走により、直線的に変形します。ストレインが4%未満の場合、腱は負荷が解除されたときに元の長さに戻るので、この部分は弾性と可逆性があり、曲線の傾きはヤング率を表します。

Yield and failure region(陥落(?)および損傷領域):腱がその生理的限界を超えて伸び、コラーゲン線維間の分子内架橋が損傷する場所です。微小な損傷が蓄積し続けると、剛性が低下し、腱が故障し始め、不可逆的な塑性変形を引き起こします。腱が元の長さの8~10%を超えて伸びると、肉眼で見えるくらい(macroscopic)の損傷が起こります。


・腱の力学的特性(粘弾性)


腱は粘弾性特性を有しており、その力学的振る舞いは力学的なストレイン速度に依存します。 つまり、腱の応力とストレインの関係は一定ではなく、変位や荷重時間に依存します。 粘弾性物質は、低いストレイン速度では変形しやすくなりますが、高いストレイン速度では変形しにくくなります。したがって、低ストレイン率では腱はより多くの力学的エネルギーを吸収する傾向がありますが、力学的負荷に対してはあまり効果的ではありません。しかし、高ストレイン率では腱は硬くなり、大きな筋肉負荷を骨に伝達するのに有効です。

腱の粘弾性体には大きく分けて3つの特徴があります。

1. クリープ

一定荷重下で変形量が増加を示します。
これは、通常の弾性体がどれだけ荷重をかけても伸びないのとは対照的です。

2. ストレスの緩和

腱に作用する応力は、一定の変形で最終的に減少することを示します。

3. ヒステリシスとエネルギー散逸

粘弾性体に負荷をかけるときとと負荷を下げるときでは、曲線が異なる軌道を描きます。
この2つの曲線の差は、負荷時に失われるエネルギー量を表しています。
載荷と荷降ろしを数回繰り返すと、異なる曲線が得られる。
しかし、10回ほど繰り返すと、ヒステリシスの量も少なくなり、応力-ひずみ曲線が再現性のあるものになります。

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Yield and failureは陥落及び損傷であっているのだろうか。