Научно Обоснованное - Наращивание Костей: Возможные Способы Укрепления Скелета?

Хотя вопрос на этом сайте задавался неоднократно. Практически все они сводятся к следующему: «Используйте углеродные нанотрубки!»

Несмотря на то, что УНТ действительно обладают впечатляющими свойствами материала и могут производиться организмом, проблема в том, что, хотя УНТ обладают отличной упругой прочностью, кость очень редко растягивается до предела разрушения, в то время как обычно причиной являются силы сжатия и сдвига. кости для дробления. Силы, которые CNT не могут предотвратить или оптимизировать.

Так что это оставляет нас в некотором затруднительном положении. Какой материал мы можем использовать для укрепления скелета, который не сделает его более хрупким, чем раньше (железные/керамические матрицы) или в конечном итоге ненужным (пример выше)?

Требования к этому вопросу.

• Цифры были бы весьма воодушевлены, чтобы поддержать ответ.
• Не обязательно иметь биологическую природу, но мы будем очень признательны.
• Должны быть представлены плюсы и минусы решения.

#научно обоснованная #биология #скелеты

Углеродные волокна, такие как УНТ, также обладают отличными эластичными свойствами, однако их также используют для сопротивления силам сдвига, например. в рамах и компонентах автомобильных гонок. Как это делается?

Правильная намотка волокна с ориентацией может обеспечить желаемое поведение при ожидаемых нагрузках. Примените тот же трюк к своим костям, и вы получите очень легкие и в то же время очень прочные кости.

Даже если сделать кости абсолютно неразрушимыми, живучесть такого человека особо не изменится.

Многие повреждения, которые мы получаем при травмах, не связаны с переломом костей. Небольшие травмы, такие как сухожилия и хрящи, останутся точно такими же, и время заживления часто хуже, чем фактическая фракция.

Большие травмы, которые, несмотря ни на что, вызывают переломы, например, падение с высоты, также вызывают сомнения, если они будут менее разрушительными, если кости не сломаются. Перелом кости рассеивает часть энергии удара и делает расположение и ориентацию частей тела приемлемыми. В частности кровеносные сосуды и нервы – их путь проходит возле кости. Если кость сломается, то при условии, что осколки кости не порежут нервы и кровеносные сосуды, это позволит кровеносным сосудам и нервам оставаться связанными с остальным телом. Учтена деформация этого типа. Если после падения кости не сломаются, то энергия будет потрачена на разрушение связок сухожилий, хрящей, нервов и сосудов в суставе. Все они гораздо ценнее кости. Отсутствие любого из них делает конечность совершенно бесполезной, так как они редко заживают.

Хотел бы я иметь неразрушимые кости? Нет. Другие системы своего тела я ценю не меньше, если не больше, чем кости. Кости легче заменить или исправить, чем хрящи, сухожилия, кровеносные сосуды или нервы.

Кость

Углеродные нанотрубки хороши и все такое. Но многие ли из нас на самом деле ВИДЕЛИ углеродную нанотрубку?

С другой стороны, мы все знакомы с костями, поскольку они составляют 15% массы нашего тела. Укрепите кости, сделав их толще за счет большего количества костей. Более толстая кость – более прочная кость.

Неразрушимые скелеты — это перебор. Если вы упадете с орбиты или вас собьет грузовик, ваши внутренние органы разрушатся и вы умрете. Неповрежденный скелет не поможет.

Использование биологического материала — это здорово, поскольку он позволяет костям самовосстанавливаться. Искусственные материалы будут подвергаться тепловому и химическому разложению, которое невозможно будет восстановить. Эта углеродная нанотрубка расширяется на 0,3% каждый день, а затем сжимается каждую ночь. У этого существа образуются микротрещины, и организм не имеет возможности их восстановить.

Нормальные кости тоже подвержены этому давлению, но организм уже знает, как восстанавливать кости. Толстая кость, крепкая кость.

Даже если кости настолько прочны, что их невозможно разрушить при обычном риске смерти, если кожа, мышцы и другие органы не будут улучшены, ваш улучшенный скелет не будет очень полезен.

Кожа, мышцы и жир мягкие, поэтому потребуется мягкий, очень прочный и жесткий материал (лучше стали). Они также защитят органы пищеварительной системы, которые кости не могут защитить.

Биостекло. Это реальный тип стекла, который превращается в кость при воздействии условий in vivo (по сути, оно частично растворимо и частично состоит из кальция и фосфата, поэтому организм легко окостеневает).

Он не только прочнее кости, но и при правильной установке даже место соединения между ним и настоящей костью намного прочнее настоящей кости.

https://en.wikipedia.org/wiki/Bioactive_glass

CNT.

Когда мы молоды, наши кости в основном состоят из эластина, который делает кости гибкими. Из-за этого детям будет сложнее сломать кости, поскольку они будут сильнее сгибаться. Это не идеально для организма, поэтому с возрастом в него добавляется больше кальция для лучшего сочетания жесткости и эластичности.

Затем, когда вы становитесь старше, эластин исчезает и остается много кальция. Это тот момент, когда он становится хрупким, когда эластичность теряется.

CNT были бы великолепны, их эластичность помогает поглощать удары и снижает вероятность поломки. Даже в случае поломки УНТ могут помочь кости оставаться прикрепленной, что облегчает ее сохранение и заживление. Кроме того, если такие УНТ предварительно нагружены под нагрузкой, их вполне можно использовать для обеспечения жесткости и стабильности. Возможно, может быть даже создана система, которая определяет, разрушен ли кальций под ней, и активирует что-то, что накручивает струны УНТ, чтобы придать им жесткость, сталкивать сломанные части вместе и оказывать экстренную поддержку.

Вот почему меня всегда раздражает, когда говорят, что у суперсолдат, таких как спартанцы Halo, «почти неломкие кости». Как будто они пытаются их убить, а не сделать лучше. Потребуется промежуточное решение: кость ломается, но имеет одно твердое ядро, которое все еще может частично функционировать как опора для тела.

*оно увеличивает выживаемость, но не гарантирует ее. В условиях правильного угла и чрезмерной силы осколки кости могут прорвать тело. «Чрезмерная сила» является ключевым моментом. Сомнительно, была бы лучше в таких обстоятельствах неломкая кость, которая передает больше силы на жизненно важные органы.

Вы можете сделать кости более плотными (иметь меньше пустот внутри) и сделать их намного прочнее и устойчивее к сжатию. В реальной жизни существуют люди с мутацией, которая делает их кости в 8 раз плотнее обычных, и это делает их кости намного прочнее обычных костей. Эта мутация была обнаружена после того, как мужчина с этой мутацией пережил тяжелую автокатастрофу без каких-либо переломов костей.

Материалы с хорошей прочностью на разрыв, такие как УНТ, определенно могут защитить кости от разрушения. Таким образом, можно сделать кости еще прочнее, заменив часть коллагена или эластина в костях материалом с хорошей прочностью на разрыв, который можно производить биологическим путем, например, паутинным шелком, который очень прочен и на самом деле считается, что его можно использовать в высокопрочных композитах.. Я знаю, что CNT прочнее паучьего шелка, но я знаю, что паучий шелк можно производить и разлагать биологически, и это важно, если вы хотите, чтобы кости оставались крепкими в течение длительного времени, не теряя при этом прочности.

Металл слишком прозаичен?

http://www.animalmedicalandsurgical.com/fractures-of-humerus-radiusulna-femur-and-tibia/

У металла есть преимущества. Это сильно. Это длится долго. Технология зрелая. Он может удерживать кость в нужном положении, чтобы кость могла зажить. Это дешево. Он биосовместим.

На фото: ремонт с помощью стального стержня, пластины и винтов. И скобы.

Или вы можете использовать титан. Или тантал!