Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 914
Коэффициент Пуассона дентина как анизотропной среды с гексагональной симметрией
Статья научная
Коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации) играет важную роль в деформационном поведении материалов. Наравне с модулем Юнга он составляет две независимые и наиболее информативные материальные константы твердых тел. Для твердых тканей зуба (эмали и дентина) коэффициент Пуассона должен соответствовать коэффициенту Пуассона реставрационных материалов во избежание перенапряжений на границе разделов реставрационный материал ‒ эмаль и реставрационный материал ‒ дентин. Кроме того, величина коэффициента Пуассона влияет на деформационную прочность эмали и дентина, а именно трещиностойкость при возникновении в них напряженно-деформированного состояния. В данной работе впервые получена ориентационная зависимость коэффициента Пуассона дентина зубов на основе матриц упругих постоянных и коэффициентов податливости гексагональных кристаллов, какими являются кристаллы гидроксиапатита дентина. Результаты вычисления коэффициентов Пуассона дентина как кристаллической системы с гексагональной структурой представлены в виде таблиц и на диаграммах в полярной и декартовой системах координат. Также рассчитаны экстремальные (минимальный и максимальный) коэффициенты для соответствующих направлений продольной и поперечной деформаций в кристаллографической системе координат. Показано, что максимальное значение коэффициента Пуассона дентина (0,53) больше верхнего предела для коэффициента Пуассона изотропных материалов, в том числе известных реставрационных материалов, что в ряде случаев может снижать качество реставраций в микрообъемах. Отмечается, что аналогичный анализ может быть выполнен и для эмали зубов.
Бесплатно
Статья научная
Задача биомеханического моделирования диска височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС) человека в теории пороупругости требует проведения экспериментов по определению материальных констант, особенно коэффициента проницаемости в законе Дарси. Для проведения эксперимента вычленялись диски ВНЧС свиней, из которых на криогенном микротоме изготавливались срезы толщиной от 0,15 до 0,6 мм. Полученные образцы помещались в установку, разработанную и изготовленную авторами данной статьи. Через образцы пропускался раствор Хенкса. Измерялась масса раствора, протекшего через образец за некоторый промежуток времени. Эти значения использовались для определения коэффициента проницаемости. Проведены гистологические исследования испытанных и контрольных образцов. Эксперимент показал, что 1) ткани и структура диска не повреждаются за время проведения опыта (до двух суток); 2) при толщине образца, равной 0,15 мм, вещество, связывающее волокна (хондромукоид), вымывается, и коэффициент проницаемости увеличивается на пять порядков; 3) величина коэффициента проницаемости больше соответствующего коэффициента для гиалинового хряща и меньше, чем у диска коленного сустава.
Бесплатно
Коэффициенты продольной стабильности дентальных имплантатов
Статья научная
Вводится понятие продольной стабильности дентальных имплантатов. Известно, что прибор Osstell ISQ ( Implant Stability Quotient, Швеция) наряду с вынужденными колебаниями дентальных имплантатов, возникающими под действием поперечных нагрузок, может возбуждать продольные колебания и регистрировать их резонансную частоту. Цель работы - обоснование возможности использования коэффициентов продольной стабильности для оценки готовности дентальных имплантатов к функциональным нагрузкам, а также верификация методики их измерения с помощью прибора Osstell ISQ путем сравнения с соответствующими коэффициентами продольной жесткости, измеряемыми методом лазерного тестирования. По сравнению с традиционной предлагаемая методика обладает рядом преимуществ и позволяет создать новую, более совершенную базу для неинвазивного мониторинга процесса остеоинтеграции дентальных имплантатов. Например, использование модифицированных «магнитных заглушек» вместо магнитных штифтов ( SmartPeg ) позволяет проводить измерения коэффициентов продольной стабильности через слизистую оболочку альвеолярной кости, т.е. не раскрывая дентальный имплантат для дальнейшего использования как опору под несъемный зубной протез, а модифицированные «магнитные колпачки» дают возможность определять коэффициенты продольной стабильности мини-имплантатов со сферической головкой, используемых для дополнительной фиксации съемных зубных протезов при полном отсутствии зубов. Необходимо подчеркнуть, что традиционная методика Osstell ISQ не позволяет проводить измерения коэффициентов стабильности указанных мини-имплантатов. Введение коэффициентов продольной стабильности позволило построить простую теоретическую модель колебаний дентальных имплантатов, закрепленных в упругой и вязкоупругой среде, установить связь между коэффициентами продольной стабильности и продольной жесткости, дать оценку несущей способности дентальных имплантатов. Более того, при оценке их готовности к функциональным нагрузкам с помощью коэффициентов продольной стабильности рекомендации остаются прежними, так как отношение коэффициентов стабильности при продольных и поперечных нагрузках должно быть близко к единице.
Бесплатно
Критерии оптимизации специальных упражнений бегунов на средние дистанции
Статья научная
Цель работы состоит в оптимизации специальных упражнений бегунов на средние дистанции на основе анализа фазовых траекторий мышц нижних конечностей в координатах «относительная длина - скорость сокращения мышцы». Рассмотрены следующие упражнения, применяемые на практике для развития силовой выносливости спортсменов: бег в подъем, многоскоки с ноги на ногу, бег с прыжками на каждый третий шаг и многоскоки на одной ноге. Упражнения выполнялись тремя квалифицированными спортсменами на ровной поверхности, в подъем с углами 4, 8, 12º. Оптимальность упражнений определялась по соответствию формы фазовых траекторий и положению на них периодов активности мышц, а также средней амплитуде электромиограмм при беге с соревновательной скоростью и при выполнении специальных упражнений. Качественный анализ фазовых траекторий позволил выявить специальные упражнения, наиболее близкие к соревновательному упражнению и превышающие его по средней амплитуде электромиограмм, характеризующей развиваемое мышцей усилие. Для более точного количественного анализа фазовых траекторий в качестве критериев оптимизации специальных упражнений предложено использовать коэффициенты биомеханического соответствия, силового превышения и общей эффективности упражнения. В результате показано, что оптимальными средствами воздействия на мышцы задней поверхности бедра спортсмена служат бег и бег с прыжками на каждый третий шаг в подъем с углом 12°, на мышцы передней поверхности бедра - все рассмотренные прыжковые упражнения, на мышцы задней поверхности голени - прыжковые упражнения и бег в подъем с углом 12°, который также обеспечивает равномерное распределение нагрузки на основные группы мышц.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье впервые в России рассматривается проблема реабилитации пациентов с последствиями позвоночно-спинномозговой травмы посредством применения экзоскелета. Предложен новый метод реабилитации данного контингента больных - ходьба в экзоскелете, он позволяет значительно расширить контингент инвалидов, т.е. применять его у больных не только с парапарезами нижних конечностей, но и с полной нижней параплегией. С точки зрения авторов, одним из наиболее эффективных методов реабилитации таких больных является сочетание тренировки в экзоскелете с чрескожной электрической стимуляцией спинного мозга. Авторы выявили отличия биомеханической структуры ходьбы в экзоскелете у здоровых людей и пациентов с травмой спинного мозга, а также определили методику применения чрескожной электрической стимуляции спинного мозга в сочетании с тренировкой ходьбы в экзоскелете. После интенсивного курса тренировок в экзоскелете с чрескожной электрической стимуляцией спинного мозга у четырех из шести пациентов увеличилась болевая и тактильная чувствительность, все шесть пациентов отмечали появление парастезии в ногах ниже зоны анастезии, появление ощущения пассивного движения в суставах и «чувство опоры» при стоянии. Было выявлено, что после 10-дневного курса тренировки ходьбы в экзоскелете в сочетании с чрескожной электрической стимуляцией спинного мозга у больных отмечаются следующие положительные изменения: повышается устойчивость, увеличивается опорная и толчковая функции нижних конечностей, изменяется форма вертикальной составляющей Rz опорной реакции, уменьшается время опоры на костыли. При этом у 2 из 6 пациентов улучшение происходит во время первого пробного сеанса ходьбы в экзоскелете в сочетании с чрескожной электрической стимуляцией спинного мозга, в частности, изменение временной структуры шага (уменьшение длительности опорной и двуопорной фаз и увеличение длительности переносной фазы, уменьшение времени опоры на костыли), незначительное увеличение амплитуды переднего и заднего толчков. Можно полагать, что даже незначительные положительные изменения двигательных функций во время первого сеанса являются критериями благоприятных результатов и могут быть использованы для выявления реабилитационного потенциала, а в последующем и для реабилитационного прогноза.
Бесплатно
Статья научная
Задача анализа двигательной одаренности детей требует не только выбора релевантных тестов, но и разработки объективных критериев оценки. Существующие методы оценки двигательного потенциала часто ограничиваются субъективными наблюдениями или разрозненными параметрами, что не позволяет сформировать целостный профиль базовых моторных способностей ребенка. В качестве ключевого тестового движения предлагается использовать бег, так как это фундаментальный локомоторный акт, позволяющий интегрированно оценить универсальные скоростные и координационные качества. Разработана детерминированная биомеханическая модель бега, которая учитывает кинематические, динамические и электромиографические параметры. Модель структурирована по временным фазам бегового цикла и включает четыре уровня детализации: 1) уровень цикла; 2) уровень периодов полета и опоры; 3) уровень фаз отталкивания и торможения; 4) уровень ключевых моментов времени. Такой подход позволяет системно анализировать биомеханическую структуру движения. На основании разработанной модели предложены критерии оценки моторных способностей, позволяющие объективно оценить двигательную одаренность детей. Критерии включают 40 биомеханических параметров и отражают эффективность и экономическую целесообразность движений. Критерии эффективности (18 параметров) определяются как способствующие увеличению скорости бега, в то время как экономичность (22 параметров) подразумевает сокращение затрат энергии в процессе бега. Проведено экспериментальное исследование с участием 26 детей без специализированной беговой подготовки, средний возраст которых составил 10,33 ± 1,15 года. Анализ индивидуальных профилей, построенных на основе предложенных критериев оценки моторных способностей, позволил разделить участников на два характерных двигательных типа: «эффективный» – с доминированием скоростных характеристик (высокая средняя скорость ОЦТ, мощное отталкивание) и «экономичный» – с оптимальным энергораспределением (низкое вертикальное колебание ОЦТ, симметричная мышечная активность). Результаты позволяют построить многомерный профиль двигательной одаренности, что создает основу для объективного выявления индивидуальных траекторий физического развития и спортивной ориентации.
Бесплатно
Ксенобиотическая разгрузка организма человека средствами физической культуры
Статья научная
В результате проведенных фундаментально-прикладных исследований установлена возможность свинцово-хромо-никелевой разгрузки организма человека мышечными нагрузками, а также мышечно-тепловыми воздействиями, используемыми в экологически относительно чистом месте. Выявлены сопутствующие оздоровительные эффекты, выражающиеся в эффективном улучшении дыхательной функции крови, нормализующем повышении ее сниженных параметров, а также в росте показателей функционального состояния реабилитируемых. Эффект полученных результатов заключается в следующем. Излишки никеля и хрома в организме человека вызывают канцерогенез. Свинец является одним из сильных коканцерогенов, ускоряющих этот процесс. Накопление в организме человека хрома, никеля, свинца приводит к поломке микроэлементного гомеостаза. Внедрение в практику свинцово-хромо- никелевой разгрузки организма индивида защитит его от химического канцерогенеза, обусловленного этими металлами, улучшит состав крови и функциональное состояние человека.
Бесплатно
Статья научная
Описана история организации совместной лаборатории биомеханики Нижегородского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии и Института прикладной физики Российской академии наук. Приведены сведения о разработанных методах исследования опорно-двигательной системы человека, используемых в клинической и космической медицине.
Бесплатно
Лазерные автодинные измерения параметров движений барабанной перепонки
Статья научная
В работе по результатам измерений с помощью полупроводникового лазерного автодина нанометровых смещений иследованы механические свойства барабанной перепонки в норме и при патологических изменениях. По результатам измерений амплитудно-частотных характеристик колебаний барабанной перепонки показана возможность диагностирования нарушений передаточной функции в цепи «барабанная перепонка - слуховые косточки». Установлены различия между амплитудно-частотными зависимостям барабанной перепонки и графиками нарастания амплитуды колебаний барабанной перепонки в зависимости от уровня звукового давления при адгезивных процессах, при сенсоневральной тугоухости и в норме. Экспериментально установлено наличие продольного смещения барабанной перепонки на фоне вибраций, возбуждаемых периодическим звуковым воздействием. Установлено, что при увеличении интенсивности звукового воздействия на барабанную перепонку в спектре механических колебаний происходит появление субгармонических составляющих. Проведенные исследования позволяют установить условия возбуждения нормальных колебаний барабанной перепонки и порога адекватного восприятия звукового сигнала.
Бесплатно
Локализованные моды дисторсии в структуре двойной спирали ДНК
Статья научная
Так как реальные механизмы некоторых биологических процессов, включающие дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), до сих пор неизвестны, биологи уделяют все большее внимание структурным аспектам с целью выяснить действительные механизмы репликации (повторение процесса), транскрипции (первого этапа реализации генетической информации в клетке, результатом которого является биосинтез молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК) на матрице ДНК) и денатурации (процесса расщепления белковых молекул). В настоящей работе сделаны попытки на основе решения статистической задачи о поведении ансамбля дефектов предложить уравнение движения в виде специальной формы уравнения Гинзбурга-Ландау для параметров порядка, отражающего поведение локализованных дисторсий в структуре ДНК, и исследовать динамические свойства данной системы. Показано, что динамика локализованных мод дисторсии может быть связана с новым типом критических явлений - структурно-скейлинговыми переходами, которые характерны для неравновесных систем с «медленной динамикой». Установлен вид дополнительного параметра порядка для данных систем - структурный параметр скейлинга, который играет роль «эффективных температур» неравновесной системы. Проведенный анализ автомодельных решений выявил существование трех типов коллективных мод в ансамблях дефектов в соответствующих интервалах структурного параметра скейлинга. Показано соответствие характерных коллективных мод трем типам универсальных статистических распределений в суперстатистике неравновновесных систем с медленной динамикой. Обсуждается возможная связь динамики коллективных мод с механизмами транскрипции и репликации.
Бесплатно
Статья научная
Согласно предположению, генетически обусловленная функциональная несостоятельность вегетативных и сенсомоторных систем, регулирующих осевую жесткость и мобильность позвоночнодвигательных сегментов, проявляется как в охранительном поведении биомеханических функций позвоночника, так и в его сколиотических деформациях, угловые величины которых механически ограничивают избыточную мобильность его нестабильных отделов. Цель работы – установить характер локомоторных проявлений охранительного поведения биомеханических функций позвоночника у больных идиопатическим сколиозом и определить их причастность к патогенезу заболевания. Методом 3Dвидеоанализа походки проведена оценка локомоторного профиля и динамического баланса осевого скелета в трех плоскостях у 37 здоровых детей и подростков (11–18 лет), а также у 82 пациентов того же возраста с идиопатическими нарушениями биомеханики позвоночника, фенотипически проявляющимися С и Sобразными формами сколиоза II–IV степени по Чаклину. Установлено, что у больных локомоторное охранительное поведение биомеханических функций позвоночника, независимо от степени и формы сколиотических деформаций, проявилось в их статистически значимом снижении. Снижение величин, характеризующих динамические балансы осевого скелета, составило: в горизонтальной плоскости 34,3 %, во фронтальной – 26,0 %, в привычной скорости передвижения – 10,8 % и в суммарной мощности походки –13,8 %. Поскольку на регистрируемые биомеханические функции позвоночника угловые величины деформаций не оказывали значимого влияния, а стохастика их распределения приближалась к гауссову, – это свидетельствует об их преимущественно приспособительном поведении. Небезосновательно предположить, что онтогенетически обусловленный генетическими аномалиями и почти прижизненно не отслеживаемый инструментальными методами вегетативный и сенсомоторный патогенез осевого скелета фенотипически и морфологически проявляется в сколиотических деформациях позвоночника, а также в компенсаторном привлечении дополнительных сенсомоторных ресурсов. Дополнительные ресурсы также на более высоком уровне организации контролируют биомеханические функции позвоночника и осуществляются в постуральном и локомоторном охранительноприспособительном поведении.
Бесплатно
Магнитно-резонансные антропоморфные фантомы, имитирующие релаксационные свойства головного мозга
Статья научная
Физические фантомы – эталонные объекты, предназначенные для стандартизации протоколов сканирования, калибровки томографов, контроля качества изображений и отработки методов магнитнорезонансной томографии (МРТ) без участия пациентов. В настоящее время, помимо качественной визуализации, развиваются количественные методы МРТ. Для обеспечения единообразия интерпретации результатов, а также разработки новых методов сканирования и адаптации импульсных последовательностей необходимо использовать специализированные тестовые объекты – фантомы, имитирующие физиологически значимые времена релаксации. Антропоморфные физические фантомы служат надежным инструментом для разработки и исследования новых методов МРТ. Цель данного обзора – анализ литературы по существующим антропоморфным фантомам головного мозга с обобщением опыта исследователей по их изготовлению. Для обзора была проанализирована литература из двух баз данных: Google Scholar и PubMed. В обзор включены только антропоморфные физические фантомы МРТ из материалов с временами релаксации, близкими к тканям головного мозга, которые обычно включают несколько компонентов (Т1, Т2модификаторов). Краткая сравнительная характеристика описанных в обзоре фантомов обобщена в таблице с указанием имитируемых тканей и времен релаксации, материалов изготовления и области применения. Вопрос о создании фантомов головного мозга детей и плодов, чьи релаксационные характеристики и анатомия отличаются от взрослых, остается нерешенным. Информация о возможностях и методах изготовления антропоморфных фантомов для МРТ поможет специалистам в области медицинской визуализации, биохимии и биомеханики решить актуальную мультидисциплинарную практическую задачу их моделирования и использования в преклинических исследованиях.
Бесплатно
Математическая модель влияния дыхания подогретой кислородно-гелиевой смесью на тепломассообмен
Статья научная
Разработана математическая модель тепломассопереноса в дыхательных путях человека. Проведен теоретический анализ влияния дыхания кислородно-гелиевыми газовыми смесями на тепломассообмен. Во время дыхания подогретыми газовыми смесями кровоток и теплопроводность стенок бронхов оказываются достаточными для быстрого выравнивания температуры стенки, поэтому тепломассообмен можно описывать стационарной моделью. Показано, что при дыхании подогретыми смесями кислородно-гелиевая смесь быстрее остывает, но лучше увлажняется, чем воздух, из-за больших коэффициентов тепло- и массопереноса. Испарение воды с поверхности слизистой оболочки приводит к тому, что тепло передается от стенки в газ даже при дыхании подогретыми смесями. Уменьшение испарения, например, из-за частичного высыхания слизистой оболочки, приводит к передаче тепла от кислородно-гелиевой смеси в стенку верхних дыхательных путей.
Бесплатно
Математическая модель движения верхней части тела водителя при резком торможении
Статья научная
В работе рассмотрена математическая модель движения верхней части тела водителя при лобовом столкновении автомобиля с препятствием. Верхняя часть тела водителя моделируется системой четырёх неоднородных стержней, связанных между собой шарнирами, которые моделируют суставы. Предполагается, что четвёртый сегмент жестко скреплён с головой. Параметры стержней, в частности положение их центров масс, взяты из антропометрической литературы. Упругие свойства суставов и действие мышц сгибателей-разгибателей моделировались с помощью спиральных пружин определённой жесткости. Рассмотренная механическая система имеет четыре степени свободы. Предполагалось, что верхняя часть тела водителя совершает плоскопараллельное движение, а корпус автомобиля движется поступательно равнозамедленно. Ускорение указывалось в долях ускорения свободного падения. В основу решения положены дифференциальные уравнения Лагранжа второго рода, которые были разрешены относительно старших производных. Решение произведено численно методом Рунге–Кутты. Ограничением на движение тела водителя является рулевая колонка. Получены зависимости углов отклонения сегментов тела от вертикали, их угловых скоростей и угловых ускорений от времени. Построены графики этих зависимостей. Результаты решения показывают, что поведение верхней части тела водителя в основном совпадает с поведением, наблюдаемым при видеосъёмке краш-тестов на первом этапе столкновения: от момента начала удара до полной остановки корпуса автомобиля. Обратный отброс корпуса водителя в данной работе не рассматривался. Результаты также показывают, что при лобовом столкновении автомобиля не наблюдается «хлыстового» движения сегмента голова – шея. Проведено сравнение результатов данной работы с данными других авторов. Показано, что результаты практически идентичны.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается феноменологическая модель, описывающая возникающие при регенерации костной мозоли процессы диффузии, пролиферации, дифференциации и апоптоза основных типов клеток и тканевых структур под воздействием биохимических и механических факторов роста. Дополнительно к традиционно рассматриваемым четырем типам клеток (мезенхимальные стволовые клетки, фибробласты, хондроциты и остеобласты) и трем типам тканей (фиброзная, хрящевая и костная) в математическую модель включены кровеносные сосуды как четвертый тип ткани. В рамках принятой одномерной модели кость рассматривается как цилиндр с постоянным поперечным сечением, при этом явно выделяется зона повреждения. Все характеристики кости усредняются по поперечному сечению и изменяются только по длине кости. Основная система восьми дифференциальных уравнений в частных производных совместно с соответствующими граничными и начальными условиями описывает изменение концентраций указанных выше восьми типов клеток и тканей во времени для всех поперечных сечений кости. Вводится новый вид коэффициентов системы, определяющих миграцию клеток, взаимодействие и преобразование рассматриваемых типов клеток и тканей, в виде линейных комбинаций временно-зависимых функций, описывающих механические и биохимические факторы роста. Излагается план численного решения начально-краевой задачи для основной системы уравнений. Математическая модель дает возможность изучать процесс восстановления поврежденных костных элементов опорно-двигательного аппарата человека с целью нахождения оптимальных параметров стимулирования и медикаментозного воздействия на поврежденные ткани для их скорейшего и устойчивого заживления.
Бесплатно
Статья научная
Сахарный диабет - это группа хронических метаболических нарушений, характеризующихся повышенным уровнем сахара в крови. В связи с быстрым ростом числа пациентов с сахарным диабетом резко возрастает и частота осложнений. В настоящее время для оценки микроциркуляторной перфузии и выявления ранней дисфункции диабетической микроангиопатии применяются неинвазивные экспериментальные методы. Поскольку функция микроциркуляции предполагает несколько взаимосвязанных процессов, зависящих от большого количества параметров, схожие клинические проявления нарушения микроциркуляции могут быть вызваны различными изменениями, которые зачастую невозможно определить, используя только экспериментальные данные. Математическое моделирование является перспективным инструментом для преодоления вышеупомянутых проблем и улучшения экспериментальных методов. Данная работа посвящена разработке математической модели, позволяющей прогнозировать реперфузионный синдром у пациентов с сахарным диабетом. Модель микроциркуляции может позволить оценить другие параметры (гидравлическую проводимость капиллярной стенки и онкотическое давление) путем сравнения с измерениями скорости фильтрации с помощью капилляроскопии. Используя представленную математическую модель, можно предложить возможный способ объяснения того, почему реваскуляризация может вызвать обострение синдрома диабетической стопы.
Бесплатно
Математическая модель морфогенетического цикла бактерий рода Rhodococcus
Статья научная
Построена вероятностная математическая (компьютерная) модель морфогенетического цикла актинобактерий рода Rhodococcus, учитывающая рост, искривление, деление и ветвление клеток. Результаты расчетов по этой модели, в частности, имитации микрофотографий клеточных колоний, сопоставлены с экспериментальными данными, при этом имеется хорошее совпадение теории и эксперимента.
Бесплатно
Математическая модель процесса биодеструкции парацетамола как открытой системы
Статья научная
Разработана математическая модель процесса биодеструкции парацетамола с учетом особенностей открытой системы. Модель представляет собой четыре кинетических уравнения, два из них решены аналитически, остальные - численно. В виде линейной зависимости от времени определены коэффициенты k1 и k2 - «константы» скорости реакций биокаталитического окисления парацетамола и его первичного метаболита n-аминофенола соответственно. При этом расчетные данные согласуются с опытными, полученными в процессе биодеструкции парацетамола свободными и иммобилизованными клетками родококков. Математическая модель позволяет прогнозировать поведение исходного субстрата и продуктов его разложения при заданной схеме реакций и известных константах скоростей, а также окончание процесса биодеструкции парацетамола по убыли n-аминофенола.
Бесплатно
Математическая модель распространения дыхательных шумов в респираторном тракте
Статья научная
Понимание физических процессов образования и распространения дыхательных шумов в воздушных путях легкого, различие этих процессов у здоровых и больных может облегчить определение критериев компьютерной диагностики, основанной на анализе дыхательных шумов. Математическое моделирование возникновения и распространения дыхательных шумов в легких можно разделить на две части: моделирование анатомической структуры воздушных путей и моделирование их функционирования, физических процессов, протекающих в воздушных путях и связанных с течением воздуха. Представлены результаты аналогового моделирования изменения амплитудно-частотной характеристики дыхательных шумов, вызванного синдромом бронхиальной обструкции при бронхиальной астме. Для преодоления ряда трудностей при анализе дыхательных шумов авторы использовали аналоговое моделирование, при котором рассмотрение воздушных потоков в воздухоносных путях легкого заменяется изучением электрических процессов. Предложенное аналоговое моделирование показало, что усиление дыхательных шумов в характерном для бронхиальной астмы частотном диапазоне связано с сужением дыхательных путей. Это усиление, если использовать электротехническую аналогию, носит резонансный характер. С помощью предложенной модели рассчитали частотную зависимость отношения давления на выходе (давление у рта) к давлению на входе (альвеолярное давление) здорового и больного с бронхообструктивным синдромом при бронхиальной астме. Рассматриваемый подход позволяет относительно легко учитывать большое количество элементов респираторного тракта и моделировать изменения этих шумов, вызванные различными легочными заболеваниями. Предложенная математическая модель может помочь в разработке более точной компьютерной диагностики при анализе дыхательных шумов, а ее совместное применение с другими моделями позволит лучше понять процессы в легком.
Бесплатно
Математическая модель растущей растительной ткани как трехфазной деформируемой среды
Статья научная
Методами механики многофазных сред получена континуальная математическая модель растущей растительной ткани. Предполагается, что среда состоит из трех фаз: твердой деформируемой (материал клеточных стенок) и двух жидких (внутриклеточной и внеклеточной), в которых растворен обобщенный химический компонент. Учитывается массообмен между фазами. Принимается во внимание существенное различие в характерном размере клеток и пор, заполненных внеклеточной жидкостью. Уравнения, описывающие перемещение внутриклеточной жидкости и распределенного в ней компонента, содержат слагаемые, связанные с присутствием распределенных осмотических барьеров. Рассмотрены гипотезы, позволяющие замыкать полученную систему уравнений.
Бесплатно
