Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 925
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
Статья научная
Статья представляет методику и результаты расчетов пульсирующего течения кровеимитирующей жидкости в трех персонифицированных моделях проксимального анастомоза бедренной артерии после операции бедренно-подколенного шунтирования, проводимой с использованием синтетических протезов. Персонифицированные модели построены по данным компьютерной томографии и ультразвуковым измерениям расходной скорости кровотока в общей бедренной артерии и в шунте. Характеристики пульсирующего течения кровеимитирующей жидкости рассчитаны посредством численного решения трехмерных нестационарных уравнений Навье-Стокса. Сравнение расчетного поля скорости, полученными для одной из персонифицированных моделей с данными клинических измерений методом ультразвуковой высокоскоростной векторной визуализации (с применением технологии V Flow , реализованной в сканере Mindray ) показало удовлетворительное согласование результатов. Дается сопоставительный анализ структуры течения в двух персонифицированных моделях, построенных для второго пациента через один и семь месяцев после операции. Установлено, что обнаруженное через семь месяцев сужение проходных сечений сосудистого русла, обусловленное нарастание неоинтимы в общей бедренной артерии (непосредственно перед анастомозом) и на начальном участке шунта, привело к значительному росту градиентов скорости в потоке и осредненных по циклу сдвиговых напряжений на стенке в области анастомоза; при этом величина индекса колебаний напряжения трения на стенке по всей области анастомоза уменьшилась. Обнаружено также, что на расстоянии нескольких калибров от анастомоза в шунте формируется одновихревое слабо-закрученное течение, направление закрутки в котором определяется индивидуальной геометрией области анастомоза.
Бесплатно
Исследование структуры ходьбы больных детским церебральным параличом
Статья научная
Аннотация. Рассмотрены биомеханическая и иннервационная структура ходьбы больных с диплегической формой детского церебрального паралича. Установлены основные биомеханические особенности ходьбы: сокращение длительности переносной фазы, сгибательная установка нижних конечностей, ограничение движений в суставах, редукция и деформация кривых составляющих опорной реакции. Выявлен высокий уровень электрической активности мышц, измененный ЭМГ-профиль с пролонгированием активности из зоны М (максимальной активности) в зону У (умеренной активности) или в зону Н (низкоамплитудной активности). Дана биомеханическая и нейрофизиологическая интерпретация полученных фактов, согласно которой изменение кинематики и динамики ходьбы отражает действие патологических факторов, способствующих формированию неправильной позы тела больного, тогда как трансформация электрической активности мышц имеет преимущественно приспособительный характер.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты применения полупроводникового лазерного автодина для оценки упругих свойств глазного яблока на модели и in vivo. Оценка проводилась в результате определения параметров движения участка сферического упругого тела под действием пневмоимпульса. Неизвестные параметры движения были определены из решения обратной задачи, которая заключается в нахождении минимума функционала, определяемого как сумма квадратов отклонений экспериментальных и теоретических величин автодинного сигнала на различных временных интервалах. Полученные результаты позволили установить, что отношение величины прогиба и ускорения участка тела слабо зависит от давления пневмоимпульсов и расстояния от их источника до поверхности объекта исследований. Использование этой закономерности позволяет исключить ошибки измерений, связанные с непостоянством пневмодавления и расстояния до глаза, и тем самым повысить точность измерений внутриглазного давления с помощью полупроводникового автодина. Упругие свойства объекта определялись в результате анализа восстановленной функции движения участка сферического упругого тела. Для восстановления функции движения был использован метод, в котором функция движения объекта восстанавливается с помощью прямого и обратного вейвлет-преобразования на основе функции Гаусса. Анализ позволил показать связь упругости тела с внутренним давлением, измеренным по методу Маклакова. Значение модуля упругости определяли в результате механических испытаний на одноколонной универсальной испытательной машине. Показана возможность применения полупроводникового лазерного автодина для измерения упругих свойств глаза под действием пневмоимпульса, проведено сопоставление полученных результатов с величиной внутриглазного давления.
Бесплатно
Исследование упругих свойств стопы человека
Статья научная
Объектом исследования послужили механические характеристики стоп 175 юношей и 315 девушек Волгоградского государственного медицинского университета в возрасте 17-21 года, не имеющих какой-либо патологии опорно-двигательного аппарата. Целью работы явилось получение данных об упругих характеристиках стопы в естественных условиях у лиц обоего пола юношеского возраста. Исследование морфофункционального состояния стопы осуществлялось при помощи компьютерного плантографического комплекса и включало также системный анализ и графоаналитическую расшифровку цифрового изображения стопы. В зависимости от задаваемой нагрузки на стопу, равной 50 и 80% массы тела, проводилось сканирование подошвенной поверхности стопы и одновременно измерялась высота её продольного свода. Вычисляли коэффициенты деформации, упругости и Пуассона, а также модуль Юнга. В ходе проведенного исследования было выявлено, что наибольший коэффициент деформации у лиц обоего пола отмечен вдоль вертикальной оси стопы, а наименьший - вдоль ее сагиттальной оси. Наибольший коэффициент Пуассона у лиц обоего пола был вдоль фронтальной оси стопы, при этом его значение у девушек было больше по сравнению с юношами. Модуль Юнга был выше у юношей. Полученные данные об упругости стопы человека позволяют охарактеризовать ее амортизирующую функцию в норме и степень ее потери при различных деформациях. Разработанный программно-компьютерный комплекс и программная реализация диагностики анатомо-функциональных параметров позволяют проводить оценку упругости стопы человека. Показатели стопы (модуль Юнга, коэффициенты Пуассона, упругости и деформации) характеризуют ее рессорную функцию и способность сопротивляться действию нагрузок. Таким образом, для юношеского возраста выявлена половая дифференциация упругих специфичных характеристик стопы. Разработанный метод целесообразно использовать для исследования упругих свойств стопы у лиц различных возрастных групп, спортивных специализаций, а также у больных с различными заболеваниями стоп.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты исследований биомеханики микроциркуляции крови и транскапиллярного обмена, достигнутые неинвазивным лазерным высокочувствительным методом. Получены новые экспериментальные факты о перемещениях стенок микрососудов и связи их с сократительной деятельностью гладкомышечных элементов. Выявлено, что интенсивность сокращений мышечных клеток регулируется скоростью кровотока за счет специфического электрического взаимодействия движущихся эритроцитов со стенками микрососудов. Обнаруженная связь частоты колебаний стенок артериол и венул со скоростью кровотока в них и существующие противоречия в традиционных представлениях о транскапиллярном обмене позволили сформулировать новую концепцию о его механизмах, основанных на принципах биоэлектричества.
Бесплатно
Статья научная
Исследование физических свойств клеток играет ключевую роль в понимании механизмов канцерогенеза и метастазирования. В данной работе представлен комплексный подход к оценке онкостатуса и метастатического потенциала клеток молочной железы человека, основанный на сочетании методов количественной фазовой микроскопии, статистической термодинамики и машинного обучения. В качестве модельных объектов использовались нераковые клетки MCF10A, неагрессивные метастатические клетки MCF7 и агрессивные метастатические MDAMB231. Для каждого фенотипа были получены фазовые изображения и трекдиаграммы, на основе которых проведен морфометрический, мультифрактальный и механический анализ. Результаты выявили статистически значимые различия между группами клеток по ряду параметров. Установлено, что такие безразмерные характеристики, как фрактальная размерность контура и коэффициент асимметрии фазового изображения, являются эффективными диагностическими маркерами. Мультифрактальный анализ динамических сигналов позволил достоверно идентифицировать неагрессивные раковые клетки MCF7. Для анализа механического отклика использована статистикотермодинамическая модель, идентифицировавшая параметры, характеризующие деформационное поведение клеток под сдвиговой нагрузкой. Обнаружен «парадокс жесткости», заключающийся в немонотонной зависимости модуля сдвига от метастатического потенциала. Для его разрешения предложен интегральный индекс агрессивности, продемонстрировавший монотонное изменение от нормальных к высокоагрессивным клеткам. Дополнительно показана высокая эффективность сверточной нейронной сети в задаче классификации фазовых изображений с точностью выше 90%. Результаты подтверждают перспективность предложенного подхода для бесметочной диагностики рака на клеточном уровне.
Бесплатно
Исследование эффективности фазы действия толчковой ноги при толкании ядра
Статья научная
Целью данной работы является изучение механических аспектов толкания ядра в фазе действия толчковой ноги и оценка его эффективности. Исследования проводились на основе анализа двух выступлений Арси Харью (Arsi Harju) в Кирёскоски (Kyroskoski), результаты которых различались на 1,43м: 4 июля 1998г., 6 попыток, результат-20,90м; 22 июля 2000г., 6 попыток, результат-19,47м. На основе проведенных измерений [1-2] определены эффективность фазы действия толчковой ноги и определяющие её факторы. В работе сделан более точный анализ такого спортивного движения на основе полученного математическими методами уравнения траектории центра масс толкателя ядра. Вычисления, выполненные с помощью этого уравнения, показали увеличение как скорости движения центра масс, так и силы, действующей на него, в фазе отталкивания опорной ноги. Эффективность этой фазы оценивалась величинами скорости и силы. В основу исследований положены данные, опубликованные в отчетах [5, 7, 8].
Бесплатно
Итоги и перспективы использования методов биомеханики в детской стоматологии
Статья научная
Дается обзор работ в области биомеханического моделирования в стоматологии, проведенных сотрудниками кафедры детской стоматологии Пермской государственной медицинской академии и кафедры теоретической механики Пермского государственного технического университета. Жевательный аппарат человека рассматривается как многоблочная, полимодальная биомеханическая система. Особое внимание обращается на роль механического давления как важного фактора в процессе филогенеза и онтогенеза зубочелюстной системы. Анализируются биомеханические модели различных элементов системы в норме и при патологических процессах (лечение врожденной расщелины неба у детей, функции периодонта как двухфазной биомеханической системы, вопросы оптимального проектирования ортодонтического лечения зубочелюстных аномалий). В заключение обсуждаются перспективы исследования вопросов искусственного вскармливания детей, в частности, акта сосания как биомеханического процесса.
Бесплатно
К 70-летнему юбилею В.Ю. Столбова
Другой
Статья посвящена юбилею Валерия Юрьевича Столбова - доктора технических наук, профессора, лауреата премии Президента РФ, почетного работника высшего профессионального образования, лауреата Премии Пермского края в области технических наук, заведующего кафедрой вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского национального исследовательского политехнического университета, члена редколлегии «Российского журнала биомеханики» и главного редактора научного журнала «Прикладная математика и вопросы управления / Applied Mathematics and Control Sciences».
Бесплатно
К 70-летнему юбилею С.М. Бауэр
Другой
Статья посвящена юбилею Светланы Михайловны Бауэр - доктора физико-математических наук, почетного работника высшего образования, члена национального комитета по теоретической и прикладной механике Российской Федерации, Американского математического общества, научного совета по биомеханике Российской академии наук, профессора кафедры теоретической и прикладной механики математико-механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, члена редколлегий «Российского журнала биомеханики», журнала «Известия Саратовского университета», Серия «Математика. Механика. Информатика» и «Журнала Белорусского государственного университета. Математика. Информатика».
Бесплатно
К 75-летнему юбилею Л.Ю. Коссовича
Другой
Статья посвящена 75-летнему юбилею Леонида Юрьевича Коссовича - доктора физико-математических наук, профессора, лауреата государственной премии в области науки и техники, почетного работника высшего профессионального образования, заведующего кафедрой математической теории упругости и биомеханики Саратовского государственного университета, главного редактора журнала «Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия «Математика. Механика. Информатика», кавалера ордена дружбы, ордена Русской Православной Церкви святителя Макария Митрополита Московского III степени.
Бесплатно
К вопросу о деформации хрусталика глаза при аккомодации
Статья научная
Рассмотрена задача деформации капсулы хрусталика глаза при аккомодации с учетом влияния стекловидного тела. Получено изменение давления внутри капсулы хрусталика глаза при аккомодации.
Бесплатно
К вопросу о патомеханике внутрисуставных импрессионых переломов костей конечностей
Статья научная
Целью исследования было изучение прочностных свойств трабекулярной кости человека околосуставной локализации при одноосном сжатии. Исследовали образцы трупной кости мужского ( N = 24; 60,0%) и женского ( N = 16; 40,0%) полов, средний возраст - 39,5 ± 5,6 г. Аттестовали проксимальный отдел большеберцовой кости ( N = 40), дистального эпиметафиза лучевой кости ( N = 40) и пяточную кость ( N = 40). Применяли физический, морфометрический, морфологический методы, метод компьютерной томографии, метод сканирующей электронной микроскопии и метод статистического анализа. Образцы деформировались до максимального напряжения ~ 30%. Максимальное напряжение для пяточной кости в 2,06 раза превышало показатель для дистального эпиметафиза лучевой кости ( p = 0,012) и в 2,09 раза для проксимального отдела большеберцовой кости ( p = 0,025). Модуль Юнга пяточной кости в 2,2 раза превышал аналогичный показатель для дистального эпиметафиза лучевой кости ( p = 0,004) и в 2,7 раза для проксимального отдела большеберцовой кости ( p = 0,024). Для образцов дистального эпиметафиза лучевой кости значение физической плотности составило 0,936 ± 0,073; для проксимального отдела большеберцовой кости - 0,912 ± 0,097; для пяточной кости - 1,092 ± 0,092 г/мм3. Для образцов дистального эпиметафиза лучевой кости радиоденситометрическая плотность равна 204,9 ± 7,2 HU ( Hounsfield unit, единицы Хаунсфилда); для проксимального отдела большеберцовой кости - 256,0 ± 7,0; для пяточной кости - 318,0 ± 3,0 HU. Наблюдалось повышение механических свойств с увеличением физической ( r = 0,678 при p = 0,002) и радиоденситометрической ( r = 0,508 при p = 0,012) плотности. Импрессионная деформация, возникающая при внутрисуставных переломах, характеризует трабекулярную костную ткань как упруго-пластичный материал, разрушение которого не происходит даже после достижения деформации 30% и более от высоты изучаемого образца, при этом обратимая деформация находилась в пределах 3%. Модуль Юнга, максимальное напряжение, упругая деформация, радиоденситометрическая и физическая плотность трабекулярной костной ткани околосуставной локализации являются критериями биоэквивалентного выбора остеозамещающего материала для устранения структурного дефекта.
Бесплатно
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
