Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 777
Обучение движениям: противоречия и пути решения
Статья научная
Рассматриваются основные противоречия при обучении движениям традиционными педагогическими методами. Разрешение этих противоречий видится автору в создании искусственной предметной среды, в которой выход на более высокие двигательные режимы обеспечиваются посредством различных по конструкции упругих рекуператоров энергии, воздействующих на биомеханические параметры движений, энергетические и функциональные системы организма. Показывается, что указанные биомеханические тренировочные приспособления позволяют усиливать прежде всего процессы рекуперации энергии в двигательных действиях спортсменов. Этим обеспечивается энергетический ресурс интенсификации двигательных режимов. Показано, что при таких средствах воздействия на спортсмена можно достигать рекордной для них результативности, что является конечной целью процесса спортивной подготовки.
Бесплатно
Статья научная
Представлен трехмерный метод определения численных величин и анализ мышечных сил и усилий в суставах при нагружении нижней челюсти. Экспериментальный протокол, гипотезы, запись и затем решение системы уравнений для статического равновесия нижней челюсти описаны и использованы с помощью данных, полученных у четырех добровольцев. Был сконструирован датчик для моделирования и регистрации силы кусания между двумя зубами, затем он был применен последовательно для двух резцов, двух премоляров и затем двух моляров. Рассечения были проведены для определения контактов между мыщелками нижней челюсти и височной костью, а также для определения мест прикрепления мышц, закрывающих челюсти. Направления мышечных сил были затем определены в морфологической системе координат. Магнитно-резонансная диагностика и электромиография были далее применены in vivo для оценки величин шести мышечных сил на каждой стороне лица. Решение системы уравнений, полученной для вычисления сил, передаваемых через суставные контакты, было проведено с помощью компьютера. Для идентичного нагружения, примененного последовательно в положениях 31, 34 и 36, на основе 12 показаний результаты показывают, что сагиттальные компоненты суставных сил сильно зависят от межзубного расстояния. В положении 31 вертикальная компонента умножается на 1,65, когда межрезцовое расстояние увеличивается от 5 до 15 миллиметров. Величины суставных сил сильно зависят от величины открытия рта и от направлений результирующих мышечных сил.
Бесплатно
Опорная реакция стоп у больных ахондроплазией после увеличения длины сегментов нижних конечностей
Статья научная
Обследовано пятнадцать пациентов с ахондроплазией с помощью компьютерного комплекса оценки опорных реакций стоп при ходьбе («ДиаСлед- Скан», г. Санкт-Петербург). Подографическое исследование после двухэтапного перекрестного удлинения сегментов нижних конечностей выявило равномерное увеличение вариабельности шага на обеих конечностях, нарушение плавности по нисходящей кривой заднего толчка по типу дополнительной балансировочной активности пальцами. На участке демпферного провала регистрировалась дополнительная волна различной степени выраженности, что коррелировало с патологией тазобедренного сустава. При оценке подограмм следует учитывать биомеханическую специфику функции разных мышечных групп. Cнижение показателей динамометрии мышц-разгибателей, образующих силовую часть локомоторной синергии, приводило к бόльшим изменениям при ходьбе, чем снижение силы мышц-сгибателей, в основном корректирующих движения.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты исследований влияния переменного магнитного поля на упругие свойства сферической оболочки, заполненной несжимаемой жидкостью. Для исследования вязкоупругих свойств объекта анализировалось отношение прогиба участка оболочки к ускорению, вызванное пневмоимпульсом. Измерения проводились с помощью полупроводникового лазерного автодина. В качестве жидкости использовались дистиллированная вода и препарат «Искусственная слеза». Проведено две серии экспериментальных исследований, каждая из которых включала два этапа. На первом этапе измерение автодинного сигнала было осуществлено на моделях, которые не подвергались воздействию переменного магнитного поля. На втором этапе модели испытывали воздействие переменного магнитного поля требуемой частоты в течение 60 мин. Аналогичные измерения были проведены на частотах магнитного поля в диапазоне 2-12 Гц с периодом 2 Гц. Отношение величины отклонения для ускорения оболочки до и после облучения на переменном магнитном поле определяли по частоте автодинного сигнала. Во второй серии экспериментов используют модели, заполненные препаратом «Искусственная слеза». Показано, что максимальное изменение величины отношения прогиба макета к ускорению наблюдается при частоте магнитного поля 10 Гц.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен численный анализ давления, нагружения и сжимающих напряжений в сферическом эндопротезе тазобедренного сустава человека, проведенный с учетом несимметричного стационарного движения синовиальной жидкости. В статье представлено упрощенное уравнение Рейнольдса для распределения давления в проблеме гидродинамической смазки для эндопротеза тазобедренного сустава. Новые элементы представленной статьи - это математические формулы для силы нагрузки и давления в сферической системе координат эндопротеза тазобедренного сустава. Данные параметры получены для переменной высоты зазора эндопротеза сустава и для переменной вязкости синовиальной жидкости. Наконец, получены сжимающие напряжения, возникающие между поверхностями сферического эндопротеза и тазобедренного сустава человека.
Бесплатно
Определение деформационно-прочностных свойств поддерживающего устройства желудочков сердца
Статья научная
Экспериментально изучены деформационно-прочностные свойства поддерживающего устройства желудочков сердца до и после стерилизации. Показана перспективность имплантата на основе трикотажа сетчатой структуры. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании имплантатов сердца для хирургического лечения аневризм желудочков.
Бесплатно
Определение жесткости костной ткани при поступательных перемещениях и поворотах корня зуба
Статья научная
В настоящей работе представлены результаты нахождения жесткостей костной ткани при поступательных перемещениях и поворотах корней зубов, возникающих при действии на зуб сосредоточенной силы или момента сил, с учетом атрофии костной ткани. В качестве примера представлены зависимости жесткостей от параметра, характеризующего атрофию костной ткани, для клыка и однокоренного премоляра.
Бесплатно
Статья научная
Проведен комплексный статистический (корреляционный, дискриминантный, факторный) анализ набора параметров - биомеханических характеристик корнеосклеральной оболочки глаза, гемодинамических показателей и периметрических индексов, определенных при обследовании 110 глаз, включая 69 глаз с различными стадиями первичной открытоугольной глаукомы (ПОУГ) и 41 глаз без офтальмопатологии. Выделены значимо коррелируемые параметры, характерные для конкретной стадии ПОУГ. Совокупность выявленных корреляций характеризует прогрессирующее глаукомное поражение как процесс, связанный с одновременным изменением биомеханики оболочек глаза и решетчатой пластинки, а также кровоснабжения сосудистой оболочки и сетчатки, что, по-видимому, лежит в основе постепенного ухудшения ее светочувствительности и изменений поля зрения. Обнаружено, что корреляции внутри групп пациентов с различными стадиями ПОУГ существенно меняются по мере прогрессирования глаукомного процесса и, возможно, отражают изменение вклада биомеханических и гемодинамических нарушений в развитие глаукомного поражения на соответствующем этапе его развития.
Бесплатно
Определение механических свойств артерий виллизиевого многоугольника
Статья научная
Проведены эксперименты на одноосное растяжение образцов артерий виллизиевого многоугольника в продольном и окружном направлениях. Данные экспериментов проанализированы с учетом полового диморфизма, возрастной и индивидуальной изменчивости. Выявлены существенные половые и возрастные различия деформативных и прочностных характеристик артерий. Получены параметры некоторых гиперупругих материалов, применяемых при моделировании стенок артерий.
Бесплатно
Статья научная
Моделирование элементов негомогенных сред является актуальным направлением при изучении композитных материалов и объектов биомеханики. Необходимость проведения исследований определяется недостаточной разработанностью методик описания механических параметров с учётом анизотропии материалов. В этом случае одним из направлений выступает применение цифрового прототипирования и методов численного моделирования. В области биомеханики применимость подходов к численному моделированию на основе данных с изображений коррелирует с клинической практикой, что обусловливается особенностями методов неразрушающего контроля и позволяет получать результаты, оказывающие влияние на качество проводимого лечения. В работе рассматривается метод восстановления механических свойств костной ткани на основе вычислительных и натурных экспериментов. Моделирование базировалось на методе конечных элементов и предполагало применение данных цифрового прототипа, полученного проведением компьютерной томографии. Восстановление расчётной области выполнялось фильтрацией исходной сетки относительно доли содержания материала. Представленный метод позволяет восстанавливать значения модуля упругости и касательных модулей ткани на основе линейности тензора упругих констант относительно модуля Юнга. В ходе работы было проведено моделирование костных органов свиней. Содержание животных и экспериментальные процедуры осуществлялись с соблюдением биоэтических норм. Физические испытания и численное моделирование выполнялось в условиях действия изгиба. Валидация полученного распределения значений напряжённо-деформированного состояния выполнялась по данным натурных экспериментов. Представленное решение показало слабую зависимость результатов (менее 1 %) относительно степени дискретизации расчётной области, что позволило проводить вычисления с применением меньшего количества конечных элементов, избегая применения ресурсоёмких методов восстановления геометрии образца. Полученные в рамках работы результаты соответствуют литературным данным и определяют истинные значения упругих констант костной ткани, применение которых в расчётах позволяет проводить оценку прочности элементов негомогенной структуры в условиях действия внешних нагрузок с учётом пространственного распределения материала.
Бесплатно
Статья научная
Ранее авторами в рамках линейной модели были даны оценки модулей упругости при различных стадиях атеросклероза, проанализированы особенности напряженно-деформированного состояния стенки сосуда в окрестности атероматозной бляшки. Был сделан вывод о необходимости изучения данного вопроса в нелинейной постановке с учетом конечных деформаций. В данной статье на основе аналитического решения, предложенного А.И. Лурье, для цилиндра из полулинейного материала Джона представлена методика определения параметров потенциала нелинейно сжимаемого материала, получены конкретные значения параметров потенциала для сонной артерии человека при различных стадиях атеросклероза.
Бесплатно
Определение параметров усилия при специальной силовой подготовке на тренажерах
Статья научная
Рассматривается характер изменения усилия в системе «спортсмен - тренажер» при ступенчатом изменении внешнего отягощения (перемещаемой массы). Получены зависимости «отягощение - усилие», определены граничные значения отягощения и граничное количество повторений при специальной силовой подготовке, эти данные позволили получить характеристические кривые «усилие - отягощение» для разных видов спорта.
Бесплатно
Определение силовых факторов, развиваемых ортодонтическим аппаратом для расширения верхней челюсти
Статья научная
В работе представлены результаты расчета силовых факторов, действующих на зуб со стороны стержня ортодонтического аппарата, предназначенного для расширения верхней челюсти. Выполнен численный расчет реактивных сил и моментов сил для двух случаев расположения стержня аппарата в различных плоскостях. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании конструкций ортодонтических аппаратов с учетом индивидуальных особенностей пациентов, а также для вычислений перемещений корня зуба и напряжений в периодонте и костной ткани, возникающих в ходе ортодонтического лечения.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты работы, направленной на разработку средств автоматизированной оценки схемы построения протезов голени и бедра. Даны таблицы характеристик основной стойки инвалидов с ампутационными дефектами нижних конечностей, которые могут применяться для контроля результатов протезирования на протезно-ортопедических предприятиях.
Бесплатно
Определение твердости хрусталика
Статья научная
При планировании лечения катаракты с использованием современных способов хирургического вмешательства важное значение приобретает информация о механических свойствах хрусталика. В данной работе проведен поиск in vivo наиболее информативного способа дооперационной оценки твердости ядра хрусталика. Исследовано 30 ядер катарактальных хрусталиков. Для обработки полученной информации использовался непараметрический статистический анализ. Перед операцией in vivo механические свойства ядра хрусталика (твёрдость) оценивались тремя различными косвенными методами: цвет, зрелость катаракты и относительная ультразвуковая плотность. После изъятия хрусталика оперативным путём твердость in vitro определялась механическим методом при помощи оригинального устройства. При этом твёрдость оценивалась по величине нагрузки (мН), вызывающей одинаковое погружение сферического тела в объект исследования без остаточной деформации. При сравнении косвенных данных и данных, полученных в результате прямых измерений, было обнаружено наличие умеренной отрицательной корреляционной связи твёрдости и зрелости катаракты (Spermen rank R = -0,4 (p R = 0,3 (p 0,05)) и умеренной отрицательной корреляции твёрдости и ультразвуковой плотности (Spermen rank R = -0,6 (р 0,05). Таким образом, исследования показали, что в силу различных причин при катарактогенезе изменения оптических свойств или зрелости катаракты не всегда сопровождаются соответствующими изменениями механических свойств хрусталика. При этом ультразвуковой метод оказался более надёжным при дооперационной оценке твёрдости ядра хрусталика.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается состояние равновесия нижней конечности в положении пациента лежа на спине. Конечность нагружена весом сегментов и дополнительными отягощениями и расположена горизонтально. Методом перемещений, применяемым в строительной механике для исследования статически неопределимых систем с односторонними связями и распространенным на проблемы биомеханики Г.Н. Колесниковым, определяются усилия в четырнадцати мышцах, участвующих в актах сгибания и разгибания бедра и голени, а также реакции суставных хрящей и коленной чашечки. Установлены величины мышечных сокращений и деформаций сжатия хрящей. Приводится оценка точности найденных мышечных усилий.
Бесплатно
Определение усилий, возникающих в жевательной системе человека
Статья научная
В работе представлена математическая модель, позволяющая определить силовые факторы, действующие на нижнюю челюсть человека при различных жевательных усилиях. Модель позволяет раскрыть статическую неопределённость жевательной системы человека при помощи методов оптимизации. В качестве критерия оптимизации предложена нелинейная (минимаксная) целевая функция. Нелинейная задача оптимизации сведена к последовательному итерационному решению линейных задач симплекс-методом. В результате получены зависимости мышечных сил и сопутствующих суставных реакций от силы кусания. Сопоставления результатов с аналогичными данными, полученными из ряда других работ, подтвердили надёжность предложенной модели. Также был проведён анализ чувствительности, который показал устойчивость модели к входным данным. В дальнейшем представленная модель могла бы быть использована при описании напряжённо-деформированного состояния нижней челюсти и в области протезирования.
Бесплатно
Статья научная
Изложены результаты теоретических и прикладных исследований, посвященных актуальной проблеме разработки высокоэффективных аналитико-экспериментальных методов для оценки физико-механических свойств биоматериалов и биоструктур на основе технологий наноиндентирования и атомно-силовой микроскопии. Представлен анализ реализации ряда механико-математических моделей, построенных для решения таких сложных проблем, как задача выбора/построения механико-математической модели, максимально приближенной к описанию естественного состояния рассматриваемой гетерогенной среды, задача, связанная с определением момента непосредственного контакта внедряемого индентора в объект и учет в методиках оценки физико-механических свойств биоструктур сил, проявляющихся на наномасштабном уровне (сил адгезии и др.). Предложены различные модификации упругих решений контактной механики, включая модели, построенные на основе интегродифференцирования дробного порядка. Результаты клинических испытаний содержат результаты исследования гемореологических модификаций, вызванных изменением физико-механических характеристик эритроцитов под влиянием ишемической болезни сердца, острого коронарного синдрома, и эффективности включения в комплексную терапию пациентов с острым коронарным синдромом ультрафиолетовой модификации крови и экстракорпоральной аутогемомагнитотерапии в основе технологий наноиндентирования и методологии обработки данных, полученных в данной работе.
Бесплатно
Определение функциональной зрелости контактного и дистракционного регенератакостей голени и плеча
Статья научная
Оценка зрелости костного регенерата производилась по темпу снижения скорости его кровоснабжения при функциональной нагрузке на конечность и по величине этой нагрузки, при которой происходилоускорение кровотока, связанное с достижением в тканях среднединамического давленияпросвета артерии. При лечении по методу Илизарова взрослых пациентов с закрытымипереломами костей плеча ( n = 20) микроподвижность отломков при аксиальной нагрузке на конечность10 кгссоставила 219±39 мкм, припереломах костей голени ( n = 30) - 71±18 мкм, после удлинения голени ( n =15) - 54±14 мкм. В процессе фиксации переносимость больными нагрузки на плечо возрастала с 5 до 15 кгс. В течение последующих периодов лечения микроподвижность костных фрагментов уменьшалась при уплотнении костной перестройки. Уровень уплотнения был выше на плечевой кости и ниже после удлинения конечностей у взрослых пациентов первой группы.Порог переносимости нагрузки определялсяв соответствии с появлением чувства дискомфорта у пациента и увеличением скорости кровотока. У пациентов с переломом большеберцовых костей порог переносимостивозрастал во время леченияс 20 до 40 кгс.В конце периода фиксации после удлинения конечности микроподвижность возрастала с 10 до 30-40 кгс. Выявлены принципиальные различия в динамике микроподвижности отломков кости и переносимости функциональной нагрузки при повреждениях плеча и голени.
Бесплатно
Статья научная
Грудное молоко является уникальным питанием для здоровья и развития новорожденных. Вместе с тем при грудном вскармливании в ряде случаев женщина по разным причинам в течение некоторого времени не может кормить ребенка, и, чтобы не прекратилась лактация, молоко должно сцеживаться. В настоящее время для сцеживания молока широкое распространение получили молоковыводящие аппараты различных конструкций. Однако параметры вакуумных стимулов, с помощью которых выводится молоко, остаются неоптимизированными. Был разработан метод, позволяющий сравнить количество молока, выведенного с помощью импульсов вакуума различной амплитуды. Молоко сцеживалось в течение одной сессии попеременно сериями импульсов вакуума различной амплитуды в два молокосборника у одной и той же женщины. Для того чтобы влияние рефлекторного повышения давления в протоковой системе железы на выведение молока было минимально, стимулы вакуума сгруппированы в следующие друг за другом две серии из 4 вакуумных импульсов с продолжительностью серии 4 с. Кроме того, для увеличения точности измерений, по окончании каждой серии импульсов вакуума был введен дополнительный импульс вакуума, с помощью которого создавался поток воздуха в направлении молокосборников, способствующий выведению остатков молока из подводящих путей в молокосборники. Было обнаружено, что для большинства кормящих женщин оптимальной амплитудой вакуума является значение около 190 мм рт. ст.
Бесплатно
