Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 914
Исследование индивидуального эксплуатационного ресурса эндопротеза тазобедренного сустава
Статья научная
В большинстве клинических случаев эксплуатационная долговечность эндопротеза тазобедренного сустава ограничена физиологическими изменениями в костной ткани, сопровождающимися потерей стабильности фиксации имплантата в костном ложе. Задача долговечности самой конструкции эндопротеза считается решенной, однако существующие стандарты тестирования прочности и изностостойкости имплантата гарантируют его безотказность лишь в ограниченном промежутке времени. Возможности современного диагностического оборудования позволяют определить индивидуальные физиологические нагрузки на тазобедренный сустав и обеспечить контроль за индивидуальным эксплуатационным ресурсом искусственного сустава. Для определения реальных значений параметров эксплуатационных нагрузок на искусственный сустав было проведено экспериментальное исследование параметров физической активности двух пациентов с установленным эндопротезом тазобедренного сустава. После операции пациенты прошли курс послеоперационной реабилитации, вышли на работу и эксплуатировали эндопротез в режиме естественного распорядка дня и выполнения своих профессиональных обязанностей. Проведенное исследование показало, что «гарантированный» эксплуатационный ресурс эндопротеза ограничен сроком в 2-5 лет. Предложенный алгоритм определения индивидуальных функциональных нагрузок на искусственный сустав может быть использован при выработке стратегии послеоперационного ведения больного, планирования сроков ревизионного вмешательства, а также при разработке и внедрении персонализированных протоколов доклинических испытаний имплантатов.
Бесплатно
Статья научная
Разрыв аневризмы головного может привести к внутричерепному кровотечению и, как результат, стать причиной инвалидизации или смерти. Одним из ключевых факторов, влияющих на динамику кровотока в сосуде, является изменение сердечного ритма, которое происходит при физической активности. Подобные изменения существенно влияют на скорость кровотока и характер течения, что сказывается на состоянии аневризмы. В статье представлены результаты численного моделирования динамики кровотока в больших аневризмах при физической активности и в состоянии покоя. Исследование проводилось на основе четырёх реальных моделей церебральных сосудов с аневризмой, полученных из данных ангиографии реальных пациентов, а также четырёх синтетических моделях на одинаковом сердечном цикле. Проанализировано изменение линий тока в куполе аневризмы, поскольку в этой области наблюдается значительное изменение гемодинамики кровотока при изменении граничных условий. Результаты моделирования демонстрируют, что при физической активности максимальная площадь вихря внутри купола увеличивается, что свидетельствует о повышенной нагрузке на стенки сосуда в данном состоянии. Были получены распределения полей скорости, давлений на стенке сосуда, пристеночные касательные напряжения и индекс колебаний пристеночных касательных напряжений для выбранных случаев. При физической активности давление на стенки сосуда в некоторых случаях возрастает в 4 раза при небольших изменениях пристеночных касательных напряжений. При этом увеличение пристеночных касательных напряжений в другой модели не сопровождается значительным изменением давления. Анализ результатов позволил сделать вывод, что геометрия купола играет важную роль в определении характера кровотока. Определены закономерности в характере течения, зависящие от геометрии сосуда и аневризмы. Это подчёркивает необходимость учета индивидуальных анатомических особенностей сосудов при оценке состояния аневризмы.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен экспериментальный метод определения упругих свойств зубной эмали и ее разрушения с помощью микроиндентирования. Предложен метод обработки экспериментальных данных, при котором исключается большой разброс, связанный с неровностью исследуемой поверхности на микроуровне и существованием пленок инородного материала на поверхности зуба. Исследован эффект зависимости механических свойств от силы внедрения индентора в образец. Проведена серия экспериментов по нахождению отличий в механических свойствах здоровой и пораженной кариесом зубной эмали. Обнаружен эффект различного времени разрушения зубной эмали под действием постоянной силы в здоровой и в кариозной областях.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлена упругопластическая модель для изучения механического неупругого поведения трабекулярной кости. Вязкоупругий отклик ткани определяется с помощью линейной вязкоупругой модели. Упругопластическая модель с законом упрочнения используется для описания отклика ткани после предела упругости. При минимизации разности между результатами модели и экспериментальными данными находятся параметры, входящие в определяющее соотношение. В качестве экспериментальных данных используются результаты испытаний на костных образцах животных. Нахождение вязких параметров проводится с использованием данных экспериментов на сжатие при ползучести и пластичности с постоянной скоростью деформации. Для нахождения параметров пластичности проводились монотонные испытания на сжатие при уровне деформаций выше предела текучести. На диаграммах показаны графики, полученные по модели, и экспериментальные данные, что может служить оценкой надежности проведенного анализа.
Бесплатно
Исследование микроформовки SS316L как материала для биомедицинских применений
Статья научная
Процесс придания плоским металлическим листам необходимой формы без каких-либо изъянов называется производством листового проката. В настоящее время в связи с популярностью миниатюризации во многих отраслях промышленности растет спрос на микроизделия и микроустройства. Метод производства, известный как микроформовка, позволяет создавать миниатюрные компоненты для различных инженерных целей. Микроформовка применяется в различных областях, включая автомобильную, биомедицинскую и аэрокосмическую технику. Если в процессе микроформовки толщина листового материала соответствует его длине, то поведение при деформировании отличается от ожидаемого для макроскопического листового материала. Способность материала к формообразованию является одним из важнейших процессов, а одним из важнейших параметров, определяющих формуемость материала, является кривая предельного формообразования или, как ее еще называют, диаграмма предельного формообразования. Целью данного исследования является построение предельной кривой формования для конкретного биоматериала с помощью численного моделирования и эксперимента. Для определения предельных кривых формования в настоящем исследовании проведен контролируемый эксперимент с тонким листом SS316L толщиной 60 мкм с различными углами относительно направлений прокатки (0°, 45°, 90°). В соответствии со стандартом ASTM-2218-14 испытание Накаджимы на микродеформацию проводится на образце с одноосной, одноосной промежуточной, плоской, двухосной промежуточной и двухосной траекториями деформации для измерения предельных деформаций. Предельная диаграмма для SS316L формируется с помощью численного программного обеспечения Simufact Forming V15 , после чего полученные результаты сравниваются с результатами испытания по методу Накаджимы. Сравнение экспериментального метода с численным моделированием показало хорошее соответствие. Было выявлено, что кривые предела формирования ( FLC ), полученные с помощью численного моделирования являются безопасными, а также на 5%-12% меньше, чем в экспериментальном методе. Для изучения физики формирования листа также проводятся микроструктурные исследования испытуемого объекта до и после формования. Микроструктурные исследования объясняют поведение материала в процессе формообразования.
Бесплатно
Статья научная
Целью статьи является анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) съемного пластиночного иммедиат-протеза с напечатанным зубным рядом из полиметилметакрилата (ПММА) и базисом из полиэтилентерефталата (ПЭТ) при многофакторных условиях нагружения на основе принципов математического моделирования. При математическом моделировании НДС использовали программное обеспечение Comsol Multiphysics 5,6 ( Comsol Inc. , США), что предоставило числовые данные для аналитической интерпретации. Рассматривали плоскую 2 D -биомеханическую модель, состоящую из напечатанного монолитного зубного ряда и связывающего слоя из ПММА, базиса из ПЭТ, слизистой оболочки протезного поля и костной ткани челюсти. Определены поля напряжений по Мизесу ( VM ) и деформаций под действием нормальной, наклонной и касательной нагрузок (до 500 Н), локализация их максимальных значений и средняя величина внутри протезной конструкции и вне её (слизистой оболочке и костной ткани). Максимальные значения VM в слизистой оболочке сопоставлены с величиной болевого порога на основе известных литературных данных по алгезиометрии слизистой оболочки рта. Выполнена оценка критической длины микротрещины (КДМ) по Гриффитсу, которая ведет к образованию магистральной трещины с последующим хрупким разрушением конструкции. Методом фазового поля вычислена вероятность трещинообразования в рассмотренной модели ортопедической конструкции под действием статической нагрузки. Показано, что поломки при использовании иммедиат-протезов с напечатанными зубами из ПММА и базисом из ПЭТ могут быть обусловлены эффектом перегрузки областей базиса и вызваны процессом деформации внутри протезной конструкции. Максимальные напряжения в элементах протеза при нормальной нагрузке составили 5,8 МПа, при тангенциальной - 79 МПа, деформации - 0,01 и 0,47 мм соответственно. Величина болевого порога слизистой оболочки рта (0,35 МПа) не достигается при нормальных усилиях (0°), однако возникает при наклонных нагрузках (45°) выше 230 Н и касательных (90°) 170 Н. Коэффициент неоднородности НДС модели съемного пластиночного иммедиат-протеза 8,6. Критическая длина микротрещины по Гриффитсу l крит = 1,9…2,7 мкм. Методом фазового поля Comsol Multiphysics установлено, что вероятность образования крупной трещины в базисе протеза составила 6·10-3; 0,35; 0,73 % для нормальной, наклонной и сдвиговой нагрузки 500 Н, что является достаточным значением для эксплуатации съемных пластиночных протезов с напечатанными зубами из ПММА и базисом из ПЭТ в течение гарантийного срока эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Востребованной задачей современной стоматологии является дентальная имплантация с одномоментным временным протезированием. В работе методом конечных элементов исследовалась сложная конструкция, включающая фиксированную индивидуальную перфорированную титановую сетку с четырьмя опорамиабатментами посредством винтов на нижней челюсти и фиксированным на этих опорах мостовидным несъемным зубным протезом. Рассматривалось несколько вариантов закрепления сетки с вертикальной нагрузкой 100 Н и такой же под углом 45о с язычной стороны на окклюзионную поверхность одного, двух и нескольких зубов. Ввиду сложности геометрии всей конструкции задача была разбита на 3 этапа решения. На первом этапе решалась задача только с одной титановой сеткой (для проверки возможности использования меньшего количества винтов), на втором этапе – титановая сетка с фиксированным зубным протезом, и на третьем этапе – вся конструкция, включая винты, которыми сетка с протезом фиксируется к челюстной кости. В результате численного решения контактной задачи было определено минимальное количество винтов (для меньшего травмирования пациентов) и получено распределение перемещений и напряжений по Мизесу всех составляющих частей конструкции. Основной задачей было определение максимальных перемещений верхней поверхности сетки, которые получились незначительными во всех вариантах, что важно для предотвращения давления на помещенный внутрь сетки остеопластический материал, замещающий утраченную костную ткань. Максимальные значения напряжений в кортикальной и губчатой костях оказались значительно ниже их предела прочности, поэтому деструкции в них не возникнет как в первом, так и во втором вариантах.
Бесплатно
Исследование напряженно-деформированного состояния эндопротезированного тазобедренного сустава
Статья научная
В статье представлен обзор результатов исследований, выполненных авторами за последние пять лет по актуальной проблеме биомеханики - эндопротезированию тазобедренного сустава. Исследовано пространственное линейно-упругое напряженно-деформированное состояние тазобедренного сустава с установленным металлическим эндопротезом. Биомеханическая модель учитывает анизотропию и неоднородность упругих характеристик элементов конструкции кость- эндопротез. Определены нагрузки на тазобедренный сустав при ходьбе. Рассчитано напряженно-деформированное состояние костной ткани в наиболее нагруженные фазы шага. Проведен анализ влияния конструкции эндопротеза на распределение нагрузки в костной ткани.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются модели стоматологических имплантатов цилиндрической, конусной, цилиндрической обратно-конусной и конусной обратно-конусной формы, установленные в центральную часть верхней челюсти. Модель челюсти выполнена в соответствии с размерами трёхмерного томографического снимка челюсти пациента. Исследуется напряжённо-деформированное состояние кортикальной и губчатой костей в зависимости от формы имплантата, а также степени минерализации кости. Рассматривается изотропная модель материала кости при нормальной и критической степени минерализации, которая зависит от возраста пациента. По результатам исследования установлено, что при критической минерализации кости использование обратно-конусной формы имплантатов существенно снижает напряжения не только в губчатой, но и в кортикальной кости, а также в имплантате.
Бесплатно
Исследование нелинейных динамических режимов нативной ДНК методами математического моделирования
Статья научная
Одной из основных проблем нелинейной динамики ДНК является идентификация физических механизмов, отвечающих за механические особенности её поведения. В качестве одного из таких механизмов может выступать образование и взаимодействие открытых состояний в структуре ДНК. В работе обсуждается математическая модель нативной ДНК, позволяющая описать её термодинамические и кинетические свойства с учетом коллективного поведения ансамбля открытых состояний. Вводятся понятие микроскопического открытого состояния в ДНК и ассоциированный с ним параметр - вектор смещения азотистых оснований. Путем осреднения векторов смещений оснований по ансамблю состояний определяется термодинамическая переменная, соответствующая представительному участку ДНК. Согласно статистической модели в приближении самосогласованного поля выводится структурный параметр термализации системы. Данный параметр отражает статистическую автомодельность в поведении ансамбля открытых состояний. Устанавливаются закономерности «критичности» для различных диапазонов структурного параметра и предлагается феноменологическое представление свободной энергии в рамках подхода Гинзбурга-Ландау. Выполнено численное моделирование динамики нативной ДНК для различных диапазонов структурного параметра, позволившее установить типы автомодельных решений и соответствующие им коллективные моды открытых состояний. Показано, что последние имеют природу конечно-амплитудных флуктуаций в виде мод бризерного и автосолитонного типа, а также диссипативных структур обострения. Проведено исследование чувствительности модели к начальным условиям, в ходе которого установлено влияние нелинейности, заложенной в модель, на результаты моделирования. Обсуждаются ограничения и перспективы использования предложенного в работе подхода к математичсекому моделированию нативной ДНК.
Бесплатно
Статья научная
Целью работы является исследование фазового перехода при термической денатурации ДНК методом количественного анализа рекуррентных диаграмм, являющегося наиболее современным и эффективным подходом для анализа сложных систем. Для достижения цели реализуется нелинейная динамическая модель процесса денатурации ДНК, основанная на подходе Пейрара - Бишопа - Доксуа, которая позволяет определять состояние пар оснований ДНК в произвольный момент времени. Далее проводится моделирование динамики ДНК при различных температурах, исследуется эволюция растяжения водородных связей при нагревании ДНК. Для анализа полученных результатов используется метод количественного анализа рекуррентных диаграмм, которые позволяют судить о характере протекающих в системе процессов и представляют особый интерес применительно к изучению нелинейной динамики ДНК, в частности фазовых переходов, поскольку на основе их анализа можно выявить состояния повторения и замирания (ламинарности), совершение экстремальных событий, наличие скрытой периодичности и цикличности. С помощью данного метода анализа производится расчет количественных мер в окне, сдвигаемом вдоль главной диагонали рекуррентной диаграммы. Данные меры количественно определяют мелкомасштабные структуры рекуррентной диаграммы. При расчетах выявляются наиболее чувствительные к анализу исследуемого процесса меры, с помощью которых определяются предвестники фазового перехода.
Бесплатно
Статья научная
Переупаковка клеток играет ключевую роль в развитии эпителиальных тканей, их регенерации и адаптации к механическим воздействиям. В данной работе представлен комплексный анализ процессов переупаковки клеток в эпителиальных тканях, проведённый с использованием усовершенствованной математической модели эволюции эпителиальной ткани. Модель является дискретной, в основе которой используется вершинная модель. Также модель включает описание ключевых процессов, таких как деление клеток, интеркаляция, хемомеханическое взаимодействие и перераспределение химических сигналов, что позволяет учитывать влияние механических и химических факторов при морфогенезе эпителия. Основное внимание уделено процессам переупаковки клеток при одноосном растяжении ткани. Проведено методическое исследование поведения системы при различных значениях параметра интеркаляции клеток. Численное моделирование позволило выявить закономерности в изменении морфологии тканей при воздействии механических нагрузок. Основным результатам является то, что определён приемлемый параметр интеркаляции, при котором достигается оптимальная динамика клеток, обеспечивающая минимизацию локальных напряжений и восстановление нормальной структуры ткани. В этом случае процессы интеркаляции эффективны, что позволяет ткани равномерно перераспределять нагрузку. Результаты моделирования подтверждают, что переупаковка клеток способствует поддержанию механической устойчивости тканей и их нормальному развитию. Полученные данные могут быть полезны для изучения морфогенеза, процессов регенерации тканей и онкогенеза, а также для разработки терапевтических подходов к лечению заболеваний, связанных с нарушением механических свойств эпителиальной ткани. Предложенная математическая модель успешно описывает динамику переупаковки клеток и её влияние на механические свойства эпителиальных тканей. Работа открывает перспективы для дальнейших исследований по моделированию сложных биологических процессов в многоклеточных системах.
Бесплатно
Статья научная
Представлен комплексный анализ процессов переупаковки клеток в эпителиальных тканях, проведённый с использованием усовершенствованной математической модели эволюции эпителиальной ткани. Модель является дискретной, в основе которой используется вершинная математическая модель. В представленной в работе математической модели учтены ключевые процессы реальных тканей, такие как деление клеток, интеркаляция, хемомеханическое взаимодействие и перераспределение химических сигналов. Это позволяет учитывать влияние механических и химических факторов при морфогенезе эпителия. В исследовании основное внимание уделено процессам переупаковки клеток в различных условиях, а именно: при срастании клеточной массы, развивающейся в другой ткани; развитии эпителиальной ткани в условиях упругих и твёрдых границ; развитии эпителиальной ткани при неравномерном процессе деления и интеркаляции и при миграции клетки в ткани. Проведено комплексное численное моделирование, позволившее выявить закономерности морфогенетических преобразований эпителиальных структур. Установлены критические параметры интеркаляции, обеспечивающие оптимальное перераспределение механических напряжений при срастании тканей. Также установлено, что ключевым фактором в описываемой динамике является не столько изменение энергетического ландшафта, сколько уровень локальной подвижности клеток на границе двух тканей. Выявлены принципиальные различия в распределении касательных напряжений при росте ткани в условиях жестких и упругих границ. Качественное сравнение полученных нами результатов с разультатами клинических исследований, доступных в литературе, даёт удовлетворительную оценку согласия. Показано, что режимы клеточного деления (активация и ингибирование) существенно влияют на энергетический баланс системы. Выявлено, что в условиях ингибирования деления клеток, отсутствует процесс релаксации ткани, непосредственно связанный с делением клеток, что приводит к постепенному накаплению механических напряжений. Это в свою оцередь может иметь последствия для её морфогенеза, устойчивости и отклика на внешние воздействия. Также сравнительный анализ выявил характерные особенности амебоидного и мезенхимального типов миграции клеток. Полученные результаты имеют значение для понимания фундаментальных механизмов морфогенеза, регенерации тканей и развития патологических процессов, а также могут быть использованы в тканевой инженерии и разработке терапевтических подходов.
Бесплатно
Исследование прочности эндопротеза тазобедренного сустава из полимерного материала
Статья научная
Разработка индивидуализированных конструкций имплантатов в кратчайшие сроки является актуальной проблемой персонализированной медицины, что обусловливает применение передовых цифровых технологий в биомедицине. Несмотря на приемлемые результаты по эндопротезированию тазобедренного сустава, все еще существует ряд серьезных проблем, требующих дальнейшего изучения конструкции и материалов персонализированных имплантатов. В частности, при исследовании поведения системы при функциональных нагрузках возникает ряд вопросов, касающихся корректного задания нагрузок, которые учитывали бы взаимосвязь мышц и суставов, и выбора материала имплантата, который мог бы обеспечивать долгосрочную биосовместимость с живым организмом человека без длительной замены. В рамках решения проблемы были рассмотрены особенности создания персонализированных математических моделей на основе данных компьютерной томографии пациента, полученных из ФГБУ «НМИЦ травматологии и ортопедии имени Р.Р. Вредена» (Санкт-Петербург). Была разработана реалистичная конечно-элементная модель таза и исследовано напряженно-деформированное состояние костей таза и имплантатов при моделировании первичной и повторной операции эндопротезирования тазобедренного сустава. В ходе работы была проведена серия расчетов, отличающихся способами фиксации полимерного имплантата, а также проанализирована возможность применения персонализированной конструкции эндопротеза из полимерного материала.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время биоспеклы успешно применяются для изучения процессов, происходящих на поверхности и внутри различных биологических объектов: фруктов, овощей, зерен, кожи и сетчатки глаза пациента. Ранее были разработаны методика и установка для определения метаболической активности клеточных культур Vero, Л-41 и ЛЭЧ методом динамической спекл-интерферометрии. Параметрами, характеризующими активность клеток, являлись усредненное по времени цифровое значение интенсивности излучения в пикселе телекамеры и коэффициент корреляции двух спекловых изображений η. Получены хорошо воспроизводимые результаты при исследовании клеточных культур, зараженных вирусом простого герпеса первого типа. В данной статье рассмотрена оптическая методика, позволяющая по коэффициенту корреляции фрагмента спекловых изображений определять среднеквадратическое отклонение разности оптических путей волн σ u в малой области отдельной клетки либо в группе клеток. Объектом исследования являлась клеточная культура Л-41 в виде монослоя клеток на стеклянной подложке, помещенной в кювету с питательной средой. Кювету освещали излучением от лазерного модуля через матовый рассеиватель, спекловое изображение клеток формировали с оптическим увеличением, равным 11. Величину σ u использовали в качестве параметра, характеризующего активность физико-химических процессов в клетках. Показано, что в процессе увеличения температуры Т от 26 до 37 °C в течение часа имеют место значительные флуктуации величины σ u в пространстве и во времени. При стабилизации температуры в течение 30 минут флуктуации практически прекращаются, а при изменении температуры на десятые доли градуcов наблюдается хорошая корреляция между σ u и Т.
Бесплатно
Статья научная
В опытах с использованием цельной крови и суспензий эритроцитов с разной концентрацией клеток (от 20 до 55%) было изучено влияние гематокрита (Hct) на текучесть крови и ее транспортный потенциал. Получены уравнения, удовлетворительно описывающие влияние изменений концентраций эритроцитов на текучесть крови и показывающие степень ее неньютоновости в этих условиях. Показано, что при низкой (Hct = 20%) и при высокой концентрации эритроцитов (Hct = 55%) клеточная суспензия проявляет при течении неньютоновские свойства и это течение хорошо описывается уравнением жидкости степенного закона. При исследовании крови с разной вязкостью плазмы было показано, что вклад последней в текучесть цельной крови был меньше, чем гематокрита (Hct = 43%) и составил 27%. Анализ влияния гематокрита и вязкости плазмы на текучесть крови и ее транспортные возможности показал, что наилучшим транспортным потенциалом обладала кровь при ее относительно низкой вязкости, со средней величиной гематокрита (43,5%), низкой вязкостью плазмы (1,72 мПа∙с) и хорошей деформируемостью эритроцитов. При моделировании разной вязкости суспензионной среды применением растворов декстрана 70 (в концентрации 1, 2 и 3%), было подтверждено, что наибольшим транспортным потенциалом обладает суспензия эритроцитов с самой низкой вязкостью среды (1% декстран). Течение суспензий с низкой, средней и относительно высокой вязкостью удовлетворительно описывается уравнением жидкости степенного закона с высокой степенью достоверности аппроксимации экспериментальных данных (99%). Установлено, что с повышением вязкости суспензионной среды увеличивается эффективность потоковой деформации эритроцитов.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты экспериментальных исследований адгезионной прочности при статической нагрузке на разрыв стоматологических цементных соединений индивидуального фрезерованного трансдентального имплантата с твердыми тканями корня зуба. Образцы представляли собой композицию, составленную из конструкции конической формы (аналог трансдентального имплантата, изготовленного из титанового сплава и диоксида циркония), установленной в канал культи естественного зуба и фиксированного в нем цементной склейкой. Эксперименты проводились на ранее удаленных 78 зубах с резецированной верхушкой корня. В результате исследования были определены цементы, обеспечивающие наибольшую адгезионную прочность соединения «индивидуальный трансдентальный имплантат - стоматологический цемент - культя удалённого зуба» в образце. Для внутрикорневой фиксации имплантатов из титанового сплава рекомендован композитный цемент Multilink-N , а для имплантатов из диоксида циркония - стеклоиономерный цемент Fuji -1. На втором этапе исследовалось влияние искусственно сформированной шероховатости поверхности имплантата на адгезионные свойства цементного соединения «имплантат - зуб». С этой целью перед проведением экспериментов по вытягиванию штифтов поверхности в образцах были подвергнуты пескоструйной обработке гранулами оксида алюминия размером частиц 50; 150; 250 мкм. Для фиксации были использованы цементы, показавшие наиболее высокие адгезионные характеристики на предыдущем этапе. Оказалось, что увеличение размера шероховатости в диапазоне 50-250 мкм улучшает адгезионные параметры цементного соединения «имплантат - зуб» для всех испытанных цементов. Наличие шероховатости имплантатов позволяет выдерживать значительно бόльшую нагрузку по сравнению с гладким имплантатом, а увеличение значения шероховатости поверхности имплантата с 50 до 250 мкм также существенно (почти в 2,5 раза) повышает нагрузку.
Бесплатно
Статья научная
Подошвенное давление - важнейший биомеханический параметр для оценки и моделирования условий послеоперационного лечения пациентов с деформацией первого луча стопы. Современная хирургия стопы предполагает раннюю активизацию пациента после операции. Универсальность и надежность такого подхода после хирургической коррекции вальгусной деформации первого пальца стопы вызывает сомнения. В связи с этим проводятся исследования, позволяющие определить количественные параметры подошвенного давления в обычных условиях и при использовании послеоперационной обуви, используемой для его снижения в переднем отделе стопы. Установлена взаимосвязь тонуса икроножной мышцы с подошвенным давлением в переднем отделе стопы. Не проводилось исследований, определяющих влияние тонуса икроножной мышцы на эффективность разгрузки переднего отдела стопы при помощи послеоперационной обуви. Экспериментально изучено подошвенное давление, в том числе с учетом влияния тонуса икроножной мышцы. Разработан и апробирован экспериментальный стенд: с его помощью исследовано распределение давления под стопой у 26 здоровых лиц в положении стоя на платформе и в послеоперационной обуви. Проведена количественная оценка тонуса икроножной мышцы у тех же испытуемых. Сопоставлены подошвенное давление у лиц в послеоперационной обуви и амплитуда тыльного сгибания голеностопного сустава при выпрямленном и согнутом под углом 90 градусов коленном суставе. Средняя величина снижения нагрузки в послеоперационной обуви составила 57%, медиана 60%. Измерение тонуса икроножной мышцы можно применять для предсказания того, уменьшится ли нагрузка на передний отдел стопы при применении специальной обуви. В качестве критерия нужно использовать угол тыльного сгибания стопы: если он превышает 10 градусов, велика вероятность снижения нагрузки на передний отдел. Для показателя тыльной дорсифлексии стопы, измеренной в выпрямленном состоянии коленного сустава, вероятность прогноза эффективности послеоперационной обуви составляет 79%. Аналогичная вероятность при использовании в качестве критерия прогноза амплитуды тыльного сгибания стопы, измеренной при согнутом под углом 90 градусов коленном суставе, оказалась равной 66%.
Бесплатно
Исследование сжимаемости брюшного содержимого
Статья научная
Создание биомеханической модели брюшной полости, позволяющей прогнозировать величину внутрибрюшного давления при различных физиологических и патологических состояниях, является актуальной задачей. Разработка такой модели тесно связана с природой внутрибрюшного давления. В научной литературе можно встретить работы, в которых утверждается, что брюшную полость можно представить как контейнер, наполненный несжимаемой жидкостью. Однако степень сжимаемости брюшного содержимого до сих пор не изучена. Представленная работа посвящена экспериментальному исследованию, в котором сделана попытка определения величины сжатия объема полости живота при сокращении мышц переднебоковой брюшной стенки (брюшного пресса). В качестве исходных данных использовались компьютерные томограммы брюшной полости испытуемого в расслабленном состоянии и при сокращении брюшного пресса. В дальнейшем эти томографические изображения анализировались с помощью приложения, созданного в программной среде пакета Matlab. Обработка экспериментальных данных выявила уменьшение объема брюшного пространства испытуемого всего на 2 %. Полученный результат позволяет сделать вывод о том, что содержимое брюшной полости можно считать несжимаемым. Это доказывает справедливость ранее упомянутого утверждения о том, что в качестве модели брюшной полости человека можно рассматривать контейнер, наполненный несжимаемой жидкостью.
Бесплатно
Статья научная
Ген ATXN2 играет ключевую роль в патогенезе нейродегенеративных заболеваний, таких как спиноцеребеллярная атаксия 2-го типа (СЦА2). Экспансия тринуклеотидных повторов в гене приводит к образованию аномального белка с удлиненным участком полиглутамина, который оказывает токсическое действие на нейроны и приводит к их гибели. В результате нарушается функционирование мозжечка и других структур центральной нервной системы, что проявляется прогрессирующим ухудшением координации движений и другими неврологическими симптомами. Открытым вопросом остается понимание молекулярных ос-нов нейродегенеративных процессов, вызываемых мутациями в гене ATXN2, а также влияние внешних факторов на развитие заболеваний. В связи с этим, целью исследования яв-лялось изучение влияния внешней среды на стабильность полиглутаминового тракта (polyQ) в гене ATXN2 при наличии CAA-прерывания. Для расчетов использовали угловую модель ДНК, которая рассматривает молекулу как систему взаимосвязанных маятников, что позволяет учитывать влияние вязкости среды на динамику открытых состояний (ОС) в ДНК. Исследование проводили при значениях вязкости (λ = 0,9; 1,0; 1,1) и длинах CAG-тракта (от 35 до 55 повторов). Результаты показали, что вязкость среды оказывает значительное влияние на стабильность polyQ-тракта, особенно при длине CAG-повторов более 40. Увеличение вязкости (λ = 1,1) способствовало снижению количества дополнительных зон ОС, что указывает на её стабилизирующую роль. Напротив, снижение вязкости (λ = 0,9) увеличивало вероятность образования ОС, усугубляя нестабильность тракта. Установлено, что CAA-вставки в polyQ-тракте оказывают влияние на образование дополни-тельных зон ОС и стабильность CAG тракта в зависимости от их локализации. Результаты проведенной работы служат предпосылками для понимания механизмов регуляции структурной устойчивости белков, связанных с нейродегенеративными заболеваниями. Полученные результаты могут способствовать разработке более эффективных терапевтических стратегий, направленных на стабилизацию аномальных polyQ-тракта, что потенциально за-медлит прогрессирование таких заболеваний, как спиноцеребеллярная атаксия и других полиглютаминовых патологий.
Бесплатно
