3.Сили тертя і людський організм.
У тварин і людини створюючі суглоб кістки не дотикаються одна одну; вони покриті суглобовим хрящем, який виконує роль буфера між кістковими поверхнями. А по краях хряща прикріпляється синовіальна оболонка, в якій є рідина, що зменшує тертя між суглобовими поверхнями. Проблема тертя і зношування в суглобах вирішена природою на такому рівні, про який інженери, - трибологи можуть поки тільки мріяти. Щоденні навантаження, наприклад, в тазостегновому суглобі людини перевищують тисячу ньютонов при стрибках, а тертя і зношування практично відсутнє. В результаті безвідмовна робота протягом всього життя. Річ у тому, що суглобова рідина за своїм складом схожа з плазмою крові, але володіє більшою в'язкістю, ніж кров. Внутрішнє тертя суглобової рідини падає в сотні разів при різкому підвищенні швидкості. Крім того, якнайтонший шар цієї незвичайної речовини поводиться при стискуванні так само, як шар гуми. Тому тертя, що виникає при ковзанні в цьому специфічному середовищі, має вельми мало загального із знайомим рідким тертям. При ходьбі, рідина починає видавлюватися з капілярів хряща, підсилюючи змащувальну дію, і зменшуючи тертя. Суглобова рідина володіє незвичайною здатністю різко збільшувати в'язкість під тиском. У результаті процес витискування мастила з хряща автоматично регулюється під дією навантаження. Створена природою раціональна будова кісткової тканини та високоефективний механізм опору дії навантажень є основою для розробки нових композитних матеріалів, штучних замінників кісток, а також для скріплення уламків кісток при переломах.
З точки зору механіки суглоби є своєрідними підшипниками, у яких синовіальна рідина відіграє роль мастила, суглобні хрящі - несучих поверхонь, а субхондріальні структури несучих підкладок. Коефіцієнти суглобного тертя свідчать про те, що за нормальних умов витрата енергії на подолання тертя в суглобах порівняно невелика: для колінного суглоба - 0,014-0,024, для середнього пальця правої ноги - 0,0055. Колінний суглоб за відсутності пасивного натягу м'яза має коефіцієнт тертя - 0,006-0,010. Усереднений коефіцієнт тертя становить приблизно 0,003-0,024. Суглобні сумки багаті на чутливі нервові закінчення. Від них ми отримуємо інформацію про робочий та відновний стан суглобів і пов'язаних з ними кісток і м'язів. З'єднання кісток функціонують у дві фази: після робочого зусилля (ходьба, біг) настає відновна фаза, під час якої відновлюються речовини, витрачені на робоче зусилля. Витрачене суглобне мастило заміщається потоком свіжого, яке надходить через суглобні ворсинки. Речовина сухожилків і суглобних сумок, затрачена в момент зусиль, відновлюється завдяки синтезу протягом відновлювальної фази. Упродовж робочих зусиль відновлювальна фаза може не встигнути за руйнуючою. Результати дослідів свідчать, що за певних величин фізичного навантаження зменшується маса м'язів і скелета, тому відновлення зношених внаслідок інтенсивної роботи тканин відбувається з підвищеною швидкістю. Виявлено, що скелет і суглобний апарат, відновлюючись після робочих зусиль, які зумовили витрату скелетних тканин, синтезують специфічні речовини, що пришвидшують самовідновлення цілого опорно-рухового апарату. Експериментальне доведено, що пасивний еластичний натяг м'язів зменшується зі зростанням температури навколишнього середовища. Температура суглобів підвищується внаслідок інтенсивної праці. Інтенсивна фізична праця протягом дванадцяти місяців сприяє подвійному зростанню кількості синовіальної рідини в суглобах. Оскільки синовіальна рідина є мастилом для суглобів, можна вважати, що збільшення її кількості повинно сприяти зменшенню тертя в суглобах. Цікаво вирішується в живій природі інженерне завдання рівномірного прокачування рідин по трубах. У момент «робочого ходу» серця артерії пружно розширюються, накопичуючи енергію. Зате в проміжках між скороченнями серцевих м'язів скоплена в артеріях енергія проштовхує кров далі в дрібніші судини, забезпечуючи не тільки постійність швидкості руху, але і меншу витрату енергії. Пружність судин виникає завдяки присутності в артеріальних стінках особливої речовини еластину. Зниженню втрат на тертя сприяє також особливий, ламінарний, що нагадує, режим перебігу крові судинами.
