Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 870
Статья научная
Предложена градация нарушений пропульсивной активности сердца и сосудистого русла, основанных на количественном и качественном изменении параметров биомеханики кровообращения. В исследование включены данные анализа и интерпретации биомеханических параметров сердечно-сосудистой системы 130 человек, среди которых практически здоровые люди и лица с наиболее распространенными факторами риска развития атеросклероза. При помощи инструментальных методов исследования у обследуемых изучены показатели биомеханики сердца, магистральных артерий, малого и большого кругов кровообращения. В статье рассматривается проблематика градации степеней компенсации нарушений биомеханики кровообращения. Путем анализа и интерпретации результатов комплексного инструментального исследования биомеханических показателей сердечно-сосудистой системы у лиц с основными факторами риска атеросклероза автором введены понятия «компенсации», «субкомпенсации» и «декомпенсации» биомеханики кровообращения, определены их критерии. Подчеркнута необходимость выделения степеней нарушения компенсации биомеханики кровообращения и использования данной периодики последовательного ухудшения функционирования сердечно-сосудистой системы для прогнозирования дальнейшего развития заболевания, раннего отбора пациентов для углубленного изучения состояния их кардиоваскулярного аппарата и решения вопроса о возможной коррекции нарушений биомеханических свойств сердца и сосудов. Проведенный анализ биомеханических показателей всех отделов сердечно-сосудистой системы позволил определить градацию степеней компенсации биомеханики кровообращения. Подход к классификации количественных нарушений биомеханических параметров кровообращения, предлагаемый в данной статье, позволит облегчить процесс анализа результатов, получаемых в процессе математической обработки кривых апекскардиограмм, сфигмограмм и реограмм и интерпретации нарушений биомеханики сердечно-сосудистой системы.
Бесплатно
К вопросу об эквивалентной электрической схеме большого круга кровообращения
Статья научная
Рассмотрена уточненная электрическая эквивалентная схема кровеносной системы большого круга кровообращения. Показано, что по параметрам кровеносной системы можно вычислить величину систолического и диастолического давления. Установлено, что в предложенной модели среднее давление практически не отличается от среднего давления, рассчитываемого по общепринятой методике. Показано влияние каждого параметра кровеносной системы на изменение артериального давления. На основании полученного выражения для временной зависимости артериального давления на участке систолы при неизменной скорости кровотока рассчитана временная зависимость артериального давления при переменной скорости кровотока.
Бесплатно
К вопросу построения упакованной конфигурации оболочки баллона системы доставки коронарных стентов
Статья научная
Разработан новый численно-аналитический метод построения упакованной конфигурации инфляционного баллона, использующий спирали Архимеда в качестве функций, аппроксимирующих профиль поперечного сечения. Предложенный метод реализован в консольном приложении под Windows , что позволяет в кратчайшие сроки создавать модели баллонов разных типоразмеров и типов укладки. Показана работоспособность созданного алгоритма на примере решения двух тестовых задач. Получена хорошая корреляция результатов моделирования с экспериментальными данными. Построение упакованных конфигураций инфляционных баллонов проводилось на основе созданного программного модуля.
Бесплатно
К задаче определения взаимной ориентации блока акселерометров и тела системы видеоанализа
Статья научная
Обсуждается два алгоритма определения матрицы относительной ориентации инерциального блока и тела системы видеоанализа. Решение этой задачи необходимо для дальнейшей совместной обработки данных этих сенсоров в биомеханических исследованиях. В частности, оно требуется для определения ускорения движущегося объекта в условиях гравитации по показаниям трехкомпонентного акселерометра и системы видеоанализа. В этом случае для вычитания из показаний акселерометра составляющих, порожденных силой тяжести, можно использовать данные о местной вертикали хорошо откалиброванной системы видеоанализа. Оба алгоритма используют измерения, полученные для статических положений, отличающихся ориентацией приборных осей относительно гравитационной вертикали, и одновременно позволяют оценивать систематические ошибки акселерометров. Первый алгоритм предполагает ортогональность приборных осей инерциального блока и не учитывает погрешности в информации о масштабных коэффициентах акселерометров. Алгоритм использует соотношения, линеаризованные в окрестности априорных оценок искомых величин. Второй алгоритм не использует априорную информацию об осях приборного трехгранника. В этом случае проводится повторная калибровка блока акселерометров, и помимо нулей и масштабных коэффициентов определяются углы неортогональности инструментальных осей блока. Непосредственным результатом его работы является матрица, которая позволяет определять проекции кажущегося ускорения на координатные оси, связанные с телом системы видеоанализа. Алгоритмы опробованы на экспериментальных данных. Критерием сравнения являлась разность оценок, полученных по различным выборкам измерений. Обработка результатов пробного эксперимента показала, что для неточных микроэлектромеханических систем второй алгоритм дает более устойчивые результаты.
Бесплатно
К оценке деформативности решетчатой пластинки глаза
Статья научная
Рассмотрено несколько задач о деформировании круглой упругой пластинки переменной жесткости с различными граничными условиями, в том числе и при наличии упругого опирания, характеризующегося двумя коэффициентами упругости. На основе вариационного принципа Лагранжа для пластинки был сформулирован и решен численно с помощью метода Ритца ряд вспомогательных задач, не содержащих искомых коэффициентов; получено представление прогиба как дробно-рациональной функции от этих коэффициентов. На основе измерения прогиба в нескольких точках решена обратная задача их отыскания из системы нелинейных алгебраических уравнений. Также была поставлена и решена задача о восстановлении трех параметров: коэффициентов упругости заделки и распределенной нагрузки, связанной с внутриглазным давлением. Проведен ряд вычислительных экспериментов, показавших хорошую точность реконструкции параметров. Выяснено, как характер изменения жесткости пластинки влияет на точки ее перегиба. В рамках исследования также была рассмотрена задача об оценке влияния этих коэффициентов на реконструкцию давления; установлено, что неучет упругости заделки ведет к существенным ошибкам в определении амплитуды нагрузки.
Бесплатно
Статья научная
Методом оптической компьютерной топографии исследованы позные стереотипы адаптации туловища к разновысокости ног у 35 больных до и после оперативной коррекции односторонних укорочений. Установлено, что такой сложноорганизованный многопараметровый предмет изучения, как осанка тела имеет большое число степеней свободы, очень динамичен во времени и зависит от целого ряда внешних и внутренних обстоятельств. В частности, обнаружено, что адаптационные стратегии стереотипов осанки на уровне кинематических элементов туловища определяются не только величиной разновысокости ног, но и зависят от геометрических характеристик физиологической кривизны позвоночника, продолжительности стояния, давности заболевания, срока после лечения и т.д. Поскольку в условиях реального обследования не удается учесть и половины из установленного перечня обстоятельств, формирующих текущий стереотип осанки, процедуры постурального контроля остаются неэффективными, а методы постуральной диагностики не востребованными. Для формирования базовой системы критериев стереотипы осанки должны оцениваться с одновременным контролем вегетативных функций, с использованием принципов обратной связи и при увеличении продолжительности мониторирования.
Бесплатно
К фазовому анализу ходьбы и некоторых ритмических движений человека
Статья научная
В статье приведены материалы по исследованию ходьбы человека по горизонтальной поверхности и по лестнице вверх и вниз, а также при ритмических движениях на велоэргометре. Описана и проанализирована фазовая биомеханическая структура этих двигательных актов, установлена роль основных групп мышц разгибателей и сгибателей в осуществлении локомоторных и ритмических движений. Выявлены существенные различия в деятельности мышц- антагонистов при ходьбе (силовая функция мышц-разгибателей и корректирующая функция мышц-сгибателей).
Бесплатно
Калориметрическое и спектрофотометрическое исследование комплексных липосом содержащих кальций
Статья научная
Проведено калориметрическое и спектрофотометрическое исследование липосом с добавлением кальция и без него, полученных с помощью двух фосфолипидов (дипальмитоилфосфатидилхолин ( DPPC ) и 1-пальмитоил-2-линолеоил-фосфатид ( DPPA )). Липосомы размером 200 нм были приготовлены по новой технологии. В качестве кальцийсодержащих молекул был использован CaCO3, который в медицине применяется как кальциевая добавка или как препарат от повышенной кислотности желудка. Липосомы были приготовлены в воде и в 20%-ном глицериновом растворе. Как калориметрические, так и спектрофотометрические эксперименты показали, что приготовленные по новой технологии кальцийсодержащие молекулы инкорпорируются в структурах липосом, что предоставляет возможность их использования в лечебных целях. Также необходимо отметить, что в таких липосомах кальций размещается в больших количествах и его попадание в кровоток не вызывает побочных эффектов. В работе была показана структура и термостабильность комплексных липосом. Полученные в ходе экспериментов кальцийсодержащие наночастицы могут быть как униламеллярными, так и мультиламеллярными. Их состояние зависит от типа фосфолипида и от среды, в которой липосомы получены. Липосомы, приготовленные в воде и в глицерине на основе DPPC фосфолипида, получились мультиламеллярными. Липосомы без добавки кальция, приготовленные основе DPPA фосфолипида в воде, получились униламеллярными, а с кальцием - мультиламеллярными. Липосомы, приготовленные на основе DPPA фосфолипида в глицерине, не зависимо от наличия в них кальция, получились мультиламеллярными. Кальцийсодержащие липосомы при успешном испытании на животных можно будет рекомендовать для людей, страдающих гиперкальциемией.
Бесплатно
Кинезин: механика молекулярного мотора
Статья научная
Молекулярные наномоторы обеспечивают самые разные механизмы биологической подвижности. Одним из наиболее распространенных и перспективных для изучения является кинезин - белок, служащий, в частности, для внутриклеточной транспортировки «грузов» вдоль особых молекулярных нитей - микротрубочек, образованных белком тубулином. Взаимодействуя с тубулином, он принимает участие в делении клетки, разборке микротрубочек, движении жгутиков и ресничек. Кинезин по структуре моторного домена и биохимическому циклу во многом схож с другим моторным белком - миозином, играющим важнейшую роль в мышечном сокращении. Энергию для работы обоих моторов доставляет реакция гидролиза АТФ. С другой стороны, кинезин имеет также существенные отличия от миозина в общем строении и фазах биомеханического взаимодействия. В наши дни установлено, как именно кинезин связывается с тубулином, как обеспечивается его последовательное и длительное (процессивное) движение по микротрубочкам, какую силу и скорость он развивает на расстояниях, измеряемых тысячами его одиночных шагов. В то же время многие вопросы, относящиеся к механике кинезинового мотора, еще находятся в процессе обсуждения - детали передачи информации от одной глобулярной головы к другой, существование промежуточных состояний биомеханического цикла, природа обратных шагов кинезина. Для выяснения этих и других деталей и дальнейшего анализа проводят биомеханические исследования, строят математические модели, в которых применяют методы механики сплошной среды, теоретической механики, математической статистики. Настоящий обзор имеет целью собрать в одной статье актуальные сведения о кинезине и его взаимодействии с тубулином и представить их в контексте современной биомеханики.
Бесплатно
Статья научная
На основе рассматриваемых в теоретической механике моделей в статье делается попытка построить кинематическую модель плоского движения коленного сустава и, в частности, ответить на вопрос, сколько степеней свободы имеет коленный сустав человека. Принимается, что движение с интересующей нас кинематической точки зрения можно рассматривать как движение одного твердого тела, бедра, по поверхности другого твердого тела, большеберцовой кости. Передняя и задняя крестообразные связки из-за своей нерастяжимости накладывают дополнительные ограничения на движение.
Бесплатно
Кинематические и динамические параметры финальной стадии метания копья
Статья научная
Метание копья характеризуется созданием значительного динамического усилия в плечевом поясе в процессе движения. Возникновение чрезмерных усилий в суставах звеньев тела, осуществляющих выполнение данного спортивного упражнения, зачастую является травмирующим. Актуальным направлением тренировочной и соревновательной деятельности является согласование и рационализация движений в соответствии с принципом бионической адекватности системы (в данном случае «метатель-копье»), что обеспечивает максимальную эффективность выполняемого упражнения при отсутствии травмирующего действия нагрузок и перемещений. Биомеханический анализ финальной стадии метания копья выполнен на основании 659 видеозаписей соревновательных попыток. Представлены результаты измерения угловых перемещений звеньев тела относительно друг друга и общего центра масс тела в различных узловых элементах движения. В работе применялся метод позных ориентиров движений, позволивший выделить пусковые и конечные движения, а также ряд мультипликационных положений. Прогнозирование изменений положения звеньев тела с учётом моментов и радиусов инерции звеньев относительно общего центра масс тела метателя дает возможность принять профилактические меры для предотвращения отклонений от заданной оптимальной траектории движений частей тела. Определение диапазонов угловых положений в суставах звеньев тела способствует также достижению высоких спортивных результатов.
Бесплатно
Статья научная
На основе продолжительных исследований создан биогидродинамический метод, который используется для анализа технической подготовленности элитных пловцов женского и мужского пола. Этот метод позволил количественно определить реальные внутрицикловые значения тотальной и эффективной продвигающих сил, генерируемых движителями пловца. Внутрицикловые изменения мгновенной поступательной скорости, равной скорости центра масс тела человека, взаимосвязаны с определенными фазами цикла движений и объясняются разницей мгновенных значений эффективной продвигающей силы (Fp(e.)(t)) и силы лобового гидродинамического сопротивления (Fr(f.d.)(t)). У элитных пловцов зарегистрированы высокие значения коэффициента пропульсивной эффективности (ep = 0,626-0,837).
Бесплатно
Статья научная
Целью данного исследования является выявление степени искривления поясничного отдела позвоночника у беременных женщин в разные триместры беременности. Помимо этого выявляются уровни болей в пояснице на различных стадиях беременности и проявления дисбаланса по некоторым кинематическим переменным в цикле ходьбы. Для достижения цели исследования был применен описательный подход к 24 здоровым пациенткам. Исследователи использовали две линейки для измерения степени искривления поясничного отдела позвоночника и анкетирование для количественной оценки уровня боли в пояснице и нарушения дисбаланса. Использовались две камеры для съемки пациентов во время ходьбы по беговой дорожке: одну камеру поставили сбоку (60 кадров в секунду), а другую - спереди (50 кадров в секунду). Кроме того, результаты исследования показали, что степень искривления поясничного отдела позвоночника, боли в пояснице и дисбаланс увеличиваются при переходе к следующему триместру беременности. Результаты также продемонстрировали уменьшение длины и скорости шага при ходьбе, увеличение времени двойного и индивидуального армирования.
Бесплатно
Кинематический и силовой анализ соревновательных упражнений при беге с препятствиями
Статья научная
Оптимизация тренировочных нагрузок во многом определяется биомеханическими возможностями спортсмена, включая энергоэффективность организма, скорость и точность воспроизведения планируемых действий и т.д. В работе проведен кинематический и силовой анализ соревновательного упражнения «Преодоление 100-метровой полосы с препятствиями» с оценкой усилия в ахилловом сухожилии на различных участках дистанции. Полученные данные позволяют определить параметры адресной тренировочной нагрузки, прогнозировать состояние связок и мышц спортсмена при выполнении сложно-координационных действий и обеспечить профилактику травматизма.
Бесплатно
Кинетика биодеструкции лекарственных средств - производных фенола, изохинолина и карбоновых кислот
Статья научная
Процессы биодеструкции при утилизации лекарственных средств − производных ароматических и гетероароматических соединений как исходных субстратов описываются кинетическими уравнениями первого порядка с переменной константой реакции, из которых с учетом предельно допустимых концентраций (ПДК) лекарственных веществ и продуктов их разложения получено выражение для времени окончания процесса. Кинетическое моделирование, параллельное во времени проводимым экспериментам, позволяет оптимизировать планирование исследований по биодеструкции новых объектов, сократить эксперимент путем замены части опытов теоретическим прогнозом и определить время окончания процесса утилизации. Предложен критерий и показана сходимость кинетических кривых с увеличением количества обработанных проб культуральной жидкости.
Бесплатно
Кинетическая модель процесса иммобилизации бактериальных клеток на твердом носителе
Статья научная
Разработана кинетическая модель процесса иммобилизации бактерий рода Rhodococcus на твердом носителе, представляющем собой гидрофобизованные хвойные опилки. Полученные в рамках модели теоретические результаты согласуются с экспериментальными данными по адсорбционной иммобилизации клеток родококков в различных гидродинамических условиях, т.е. при заданных значениях круговой частоты движения платформы орбитального шейкера. На основании разработанной модели рассчитаны основные кинетические параметры процесса иммобилизации бактериальных клеток и определено оптимальное значение круговой частоты.
Бесплатно
Кинетическая схема процесса биодеструкции парацетамола с истекшим сроком годности
Статья научная
Разработана кинетическая схема процесса биодеструкции парацетамола с истекшим сроком годности на основе использования клеток родококков. Даны кинетические уравнения и значения констант скорости реакции биокаталитического окисления парацетамола. Достигнуто совпадение результатов, полученных по теоретическим кинетическим уравнениям, с экспериментальными данными, добытыми при проведении процесса биодеструкции парацетамола в различных условиях.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено обобщение классической SIR -модели распространения инфекций. Обобщение моделей проведено по двум направлениям: 1) с учетом тестирования (мониторинг), которое проводится на практике во всех странах, за счет расширения SIR -модели путем включения модели наблюдения; 2) с учетом отсутствия достоверной информации о состоянии контингента людей (распространение заболеваний моделируется случайными процессами (рандомизация), статистика которых определяется алгоритмами оценивания Калмана-Бьюси). Полученная модель математически является более корректной, устойчивой, что позволяет получать более достоверные оценки процессов инфицирования. Модель оценивания, полученная за счет расширения, описывается уравнениями, соответствующими методу регуляризации при решении некорректных задач. Полученная система уравнений одновременно с оценкой состояния позволяет находить погрешность оценивания. Для оценивания процесса инфицирования, когда количество выздоровевших, умерших в целом мало по сравнению с числом подверженных инфицированию и инфицированных, используется обобщающая модель Лотки-Вольтерра естественного течения эпидемического процесса. На основе полученной модели рассмотрено решение эталонных задач. Получено решение для оптимальной оценки и её погрешности на начальной стадии инфицирования, когда можно считать, что наблюдаемое число инфицированных линейно растёт в зависимости от времени, а погрешность оценивания в начальный момент времени велика относительно числа действительно инфицированных. Получение достоверных наблюдений является основой для принятия эффективных решений по борьбе с эпидемией. Разработанная модель отражает существующую на практике неопределенность в оценивании уровня эпидемического состояния контингента. Рассмотрена эталонная задача, когда оценка числа инфицированных является функцией, которая изменяется в зависимости от времени, хотя в действительности число инфицированных во времени остается постоянным (стационарное состояние). Таким образом, в рамках модели описывается эффект псевдоэпидемии, который может существовать в контингенте с постоянным суммарным числом всех групп.
Бесплатно
Кинетические уравнения перестройки трабекулярной костной ткани в пространстве Ильюшина
Статья научная
В конце XIX века Wolff отметил, что кость здорового человека или животного адаптируется к тем нагрузкам, которым подвергается. Известно, что в трабекулярной костной ткани механизм адаптации реализуется посредством выстраивания трабекул (костных балок) вдоль линий действия главных напряжений. При достижении трабекулярной тканью оптимальной структуры для определенной нагрузки в локальной области кость переходит в состояние равновесия (гомеостаза). В своих работах Cowin предложил описывать положение трабекул в каждый момент времени главными направлениями тензора структуры, отыскиваемыми из решения системы предложенных им кинетических уравнений для каждой компоненты тензора структуры. К сожалению, в настоящее время невозможно экспериментально проследить эволюцию тензора структуры in vivo , т.е. получить возможность оценить значения констант кинетических уравнений. В работе предлагается кинетическое уравнение, построенное в девиаторном пространстве Ильюшина, напрямую отражающее закон Wolff . Уравнение имеет одну материальную константу. Кинетическое уравнение согласовано с определяющим соотношением Cowin , что позволило определить не только векторные, но и скалярные свойства тензора структуры. Проведенная верификация предложенных уравнений на примере перестройки структуры для задачи всестороннего сжатия показала хорошую точность выполнения закона Wolff .
Бесплатно
Класс кинетически моделируемых биомеханических случайных процессов
Статья научная
Биомеханические процессы, связанные с биологическими системами и человеческим организмом, в силу множества факторов, определяющих их развитие со временем, являются, по сути, случайными. Просматривается класс кинетически моделируемых биомеханических случайных процессов. Особенностью класса является определенная монотонность при возрастании или убывании определяющего процесс параметра и наличие современных методов его регистрации, что позволяет произвести кинетическое моделирование реализаций случайного процесса. В результате нестационарный случайный процесс сводится к неслучайной функции системы двух случайных величин вместо системы бесконечного числа случайных величин в известном методе канонического разложения В.С. Пугачева. Для процессов, моделируемых кинетическими уравнениями первого порядка с линейно изменяющейся «константой» реакции, получены аналитические зависимости математического ожидания и дисперсии от времени. При выборе скорости биодеструкции в качестве определяющего параметра для нового восприятия процесса также оказалось возможным определение числовых характеристик в виде аналитических зависимостей от времени. Для углубленного вероятностного анализа таких нестационарных случайных процессов в работе предлагается ввести гипотезу о нормальном законе распределения определяющего процесс параметра для каждого фиксированного момента времени, для чего необходимо воспринимать текущее время в качестве параметра. Конечно, желательно подкрепить эту гипотезу хотя бы информацией об одинаковых пределах уменьшения–увеличения активности актинобактерий на момент начала процесса биодеструкции лекарственного средства. Предложенный подход позволяет значительно упростить и сделать прозрачным статистический анализ таких процессов in vitro, а также получить новый метод биомеханического сопровождения конкретных реализаций in vivo.
Бесплатно
