Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 937
Статья научная
Данная статья содержит аналитические и численные расчеты давления и нагрузки при гидродинамической смазке зазора в тазобедренном суставе человека в условиях неизотермического нестационарного периодического движения. Рассмотрена динамика колебаний с различными частотами и амплитудами головки бедра, вертлужной впадины и синовиальной жидкости. Принята во внимание шероховатость суставных поверхностей. Измерения поверхностей хрящей выполнены с помощью лазерного датчика. Предполагается, что сферическая головка бедра в тазобедренном суставе человека совершает движения в двух направлениях - окружном и меридиональном. Течение синовиальной жидкости описывается уравнениями сохранения импульса и уравнением непрерывности. Численные расчеты выполнены в пакете Mathcad 11 Professional Program с использованием метода конечных разностей. Этот метод обеспечивает устойчивость численного решения уравнений в частных производных и дает правильные значения давления и нагрузки в тазобедренном суставе человека.
Бесплатно
Некоторые случаи силовой нагрузки в тазобедренном суставе человека при периодическом движении
Статья научная
В статье описаны численные вычисления распределения давления и силовой нагруженности при гидродинамическом периодическом смазывании в тазобедренном суставе человека с использованием синовиальной жидкости с неньютоновскими свойствами, описываемыми моделью Ривлина-Эриксена. При численных вычислениях предполагается, что головка тазобедренного сустава совершает вращательное движение в окружном и меридиональном направлениях. Кроме того, головка сустава и вертлужная впадина также совершают колебания. Течение синовиальной жидкости в зазоре тазобедренного сустава описывается с помощью уравнений сохранения количества движения, уравнения неразрывности и энергетического соотношения. Численное вычисление гидродинамического давления и нагруженности проведены в программе MathLab 7.1 с помощью метода конечных разностей. Численный анализ показывает изменения в значениях нагруженности в тазобедренном суставе человека для различных частот возмущений и для различных значений коэффициента псевдовязкости.
Бесплатно
Некоторые философские аспекты современного развития медицины и физической культуры
Статья научная
Приводится обсуждение некоторых философских аспектов медицины и физической культуры в современных условиях. Отмечается, что физическая культура является специализированной формой.культуры человека. Описывается предмет нового научного направления - кинезиологии. Обсуждается связь кинезиологии с биомеханикой и кинезитерапией. Даны некоторые сведения об основоположнике научной биомеханики в России Н.А. Бернштейне.
Бесплатно
Статья научная
Исследовано динамическое поведение образцов сердечной мышцы в пассивном состоянии при периодической и ступенчатой нагрузке. При теоретическом описании использовалась часть из идентифицированных реологических двумерных моделей, предложенных нами ранее для анализа статических кривых «сила-деформация» миокарда. Вязкие свойства миокарда моделировали введением демпферов, включенных параллельно некоторым первичным элементам модели. Сравнение теоретических кривых с экспериментальными кривыми гистерезиса «сила-деформация», полученными нами на образцах миокарда морских свинок и кошек, позволило получить оценки не только упругих модулей составляющих элементов, как в статическом случае, но и соответствующих коэффициентов вязкости. Установлено, что по форме кривой гистерезиса можно сделать заключение о том, вязкость каких элементов преобладает в сердечном волокне. Впервые получены теоретические зависимости скорости релаксации первичных элементов, обладающих различной вязкостью, при заданной нагрузке в виде периодической или ступенчатой функции времени.
Бесплатно
Статья научная
Для характеризации биологических тканей широко применяются различные модификации метода вдавливания индентора. Непосредственно измеряемыми величинами являются жесткость, наблюдаемая при фиксированной силе давления или при фиксированной глубине вдавливания, кривая сила -вдавливание либо кривая деформация - время, наблюдаемая при ступенчатом задании фиксированной нагрузки. Подобные измерения используются для оценки упругих свойств тканей в различных условиях и позволяют получить ряд интересных результатов. Так, установлено, что эти свойства являются весьма информативным показателем хода регенерации мышечной ткани после пересадки, что они отражают динамику силовых показателей мышц при воздействии на организм человека невесомости, развитие утомления мышц и др. Нелинейный характер деформирования биологических тканей индентором существенно усложняет их характеризацию, так как делает невозможным определение единого объективного количественного параметра, определяющего их свойства. Так, например, жесткость, определяемая при фиксированных условиях, оказывается высокочувствительной к выбору этих условий. Целью работы являлось изучение возможностей определения набора объективных характеристик нелинейных упругих свойств биотканей в экспериментах по вдавливанию в них цилиндрического индентора с плоским основанием. В экспериментах на тканях бицепса и предплечья человека показана возможность преобразования регистрируемых кривых сила - вдавливание в кривые номинальное напряжение -номинальная деформация, слабо зависящие от диаметра использованного индентора. Аппроксимация этих кривых позволяет определить набор линейных и нелинейных модулей упругости тканей. Найдены модули упругости тканей предплечья в расслабленном состоянии, в напряженном состоянии и в состоянии модельного отека. Обнаружена более высокая чувствительность нелинейных модулей к состоянию тканей и показана возможность различения состояний ткани по набору ее модулей упругости.
Бесплатно
Неосесимметричная математическая модель анатомии левого желудочка сердца
Статья научная
Приведена математическая модель, описывающая форму и поле направлений мышечных волокон в левом желудочке сердца. Желудочек составлен из поверхностей, моделирующих мышечные слои, с построенными на них кривыми – мышечными волокнами. Касательные к этим кривым формируют поле направлений волокон. Волокна построены как образы хорд некоторого полукруга, параллельных его диаметру. Для задания формы левого желудочка использована специальная система координат, в ней границы желудочка являются координатными поверхностями. Предложено аналитически заданное отображение точек полукруга в точки в специальной системе координат. Модель соотнесена с концепцией единой миокардиальной ленты Торрента-Гуаспа и с идеей вложенных поверхностей Петтигрю. По экспериментальным данным диффузионно-тензорной магнитно-резонансной томографии были построены модели двух конкретных левых желудочков: здоровой собаки и здорового взрослого человека. Исходными данными для моделей послужили лишь сведения о форме стенок желудочков. В локальной системе координат, связанной с меридиональным сечением желудочка, были вычислены два угла наклона волокон: угол истинного наклона волокна и винтовой угол. Эти же углы были найдены из данных диффузионно-тензорной магнитно-резонансной томографии, было проведено их сравнение с модельными углами. Приведены графики этих углов и показано, что модель адекватно воспроизвела ход волокон в большинстве участков стенки желудочка. На основе предложенной математической модели можно построить вычислительную сетку, которая позволит решать задачи расчета электрофизиологической и механической активности левого желудочка в норме и при патологии. В вышеупомянутой специальной системе координат соответствующая численная схема будет записана в прямоугольной области, а граничные условия будут записываться особенно просто. Изменением параметров модели легко можно задать общее или региональное утолщение стенки желудочка, а также изменение его формы, например на более сферическую, что характерно для некоторых заболеваний сердца.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время существуют различные современные технологии, позволяющие изучать корреляты развития профессионально важных качеств спортсменов. Одной из таких технологий, активно использующихся в спортивной практике, является технология отслеживания движения глаз, или окулография ( еye-tracking ). В статье показано применение окулографии в тестировании спортсменов-единоборцев с помощью демонстрации виртуальной среды в шлеме HTC Vive Pro Eye . Одной из существенных проблем при использовании, встроенных в шлем окулографов становится их низкая частота дискретизации и возможные потери зрачка в процессе работы. Для борьбы с этими эффектами можно применять фильтрацию, в том числе фильтр Калмана и аналоги. Для решения задачи оценивания с использованием данных фильтров обычно требуется наличие адекватной математической модели в пространстве состояний. Обычно по экспериментальным данным входных и выходных сигналов строится параметрическая либо непараметрическая модель рассматриваемой системы. В случае наличия информации об уравнениях модели задача обычно сводится к идентификации параметров системы. Далеко не всегда удается дать адекватное математическое описание процессов, происходящих в системе, либо сама система может представляться «черным ящиком». К подобным системам можно отнести и глазодвигательную систему. В таких случаях применима непараметрическая идентификация, то есть идентификация динамики системы. В данной работе предлагается идентифицировать динамику системы, используя дифференциальные нейронные сети. Они обладают хорошими аппроксимирующими свойствами для нелинейных систем. Стандартная сигмоидальная функция активации была заменена на функцию активации Ижикевича, описываемую дифференциальными уравнениями. Результатом работы нейросетевого идентификатора стала приближенная система, описывающая динамику движения глаза. Проведено численное моделирование. Исследована работоспособность модели на нескольких наборах данных, полученных при записи глазодвигательной реакции спортсменов-борцов на визуальные стимулы в виртуальной среде, показана эффективность работы законов обучения нейросети.
Бесплатно
Непрямые тепловые измерения кровотока тканей для новейших медицинских технологий
Статья научная
Скорость кровотока является фундаментальной биомеханической характеристикой живой ткани. Измерение этого параметра позволяет диагностировать физиологическое состояние ткани и её функционирование в норме и при патологии. Значительный дополнительный интерес к методам оценки и точных измерений кровотока возник в связи с внедрением и широким распространением таких новейших медицинских технологий как термотерапия и гипертермия. При локальном или региональном нагреве ткани тепловая конвекция через кровоток играет важнейшую, а иногда и определяющую, роль в происходящей в ткани термодилюции, и потому точное знание конкретных значений кровотока в ткани, подлежащей термотерапии, позволяет с большей достоверностью предугадывать результат лечения. Однако измерения кровотока во время проведения термотерапевтической процедуры несут в себе ценную информацию о влиянии локального теплового нагрева на обрабатываемую ткань и могут дать возможность увеличить эффективность лечения. Так, при использовании гипертермии для разрушения аномальных (опухолевых) тканей измерения кровотока позволят контролировать степень разрушения нагреваемой ткани, а также оптимизировать гипертермическое воздействие. В данной работе впервые предлагается оценка степени деструкции обрабатываемой ткани, определяемая через распределение кровотока в ней. В качестве критерия достижения необходимого клинического результата рассматривается полное прекращение кровотока в опухолевой зоне, которое согласно разрабатываемой ныне идее проф. Дж. Фолкмана обусловливает дальнейшую самодеструкцию опухоли. Для измерения кровотока в процессе проведения термотерапии предлагается использовать широко распространённые и хорошо разработанные термодилюционные методы. Причём в качестве источника тепла необходимого для всех тепловых методов измерения кровотока может служить тот же источник, который используется для воздействия на ткань. Переходные температурные зависимости при включении выключении источника тепла, а также температура насыщения косвенным образом характеризуют изменяющееся под действием термотерапии распределение кровотока ткани. Для определения степени разрушения ткани по данным термодилюционных измерений используется математическая модель, в которой ткань представляется в виде двуслойной системы с движущейся во времени границей раздела между перфузированной и некротизирующейся под действием нефизиологических температур областями. Полученные оценки основаны на решениях двуслойных задач нестационарного биотеплопереноса в активных неоднородных средах. По сути, впервые предлагаются обоснованные рекомендации по выбору начального режима нагрева, его корректировке в течение всего процесса термотерапии исходя из конкретных свойств опухолевой ткани в каждый момент времени, а также по определению момента достижения необходимого клинического результата. Предлагаемые подходы повышения эффективности и достоверности термотерапии могут быть использованы для внешних источников тепла любой природы, а также обращают внимание на новые возможности применения ставших классическими тепловых методов измерения теплофизических и перфузионных свойств биологических тканей.
Бесплатно
Нестационарные эффекты в математической модели роста тромбоцитарного тромба
Статья научная
Рассматриваются эффекты, проявляющиеся в процессе численного моделирования роста тромбоцитарных тромбов при нестационарном течении. Поскольку разработанные к настоящему моменту детальные математические модели формирования тромбов включают в себя большое число уравнений, авторами предлагается использовать редуцированную математическую модель производства тромбина и простую диффузионную модель пере-носа и агрегации тромбоцитов. В качестве программного комплекса для численного моделирования используется FlowVision, основанный на конечно-объемном подходе к аппроксимации уравнений движения жидкости и газа. В формате тестовых было рассмотрено две задачи. Первая задача связана с формированием тромбоцитарного тромба в артериоле кремастера мыши при различных частотах сердечных сокращений. Вторая задача касается аналогичного процесса в воротной вене человека. Для первой задачи получено, что в потоке возле растущего тромба повышается подвижность тромбоцитов, приводящая к формированию структур («столбов») в направлении, перпендикулярном скорости потока. Исследованы особенности роста тромба в зависимости от частоты сердечных сокращений. В результате решения второй задачи получено, что характер течения в воротной вене существенно сложнее, чем в кремастере. Видно, что «столбы» формируются на всей доступной для тромбоцитов поверхности. Изменение частоты колебаний скорости приводит к сглаживанию формы растущего тромба. Для обеих задач характерно существование такого значения частоты изменения скорости потока, при котором формируется тромб со сложной поверхностью фрактального типа. Полученные результаты подчеркивают важность учета динамических характеристик кровотока при изучении процессов тромбообразования. Использование упрощенных моде-лей позволило провести анализ ключевых аспектов без чрезмерного усложнения вычисли-тельных процедур. Изучение нестационарных эффектов при росте тромбоцитарных тромбов может быть полезно при численном исследовании тромботических осложнений при хирургических операциях. Дальнейшие исследования могут включать более детальное изучение влияния гемодинамических параметров на рост и структуру тромбов, а также разработку новых методов численного моделирования для повышения точности прогнозов.
Бесплатно
Новое в биомеханике большого круга кровообращения
Статья научная
Рассмотрена взаимосвязь центральной гемодинамики и периферического кровообращения. На основании около 300 наблюдений по данным компьютерной реографии в сосудистом цикле большого круга кровообращения авторами выделены два периода: систолы и диастолы по аналогии с сердечным циклом. В полуавтоматическом режиме с использованием уникального пакета прикладных программ каждый период подразделен на фазы: систола (период оттока) состоит из фаз эластического компонента оттока, мышечного компонента оттока, капиллярно-венозного оттока; диастола (период притока) включает фазы метаболическую, распространения пульсовой волны, быстрого и медленного притока. Границы фаз определены путем постановки реперных точек по минимумам, максимумам и переходам через нуль второй производной реограмм, в последовательности чередования которых авторам удалось выявить строгую закономерность. Дано детальное описание физиологических процессов, происходящих в каждую фазу, и описаны биомеханические свойства различных отделов сосудистого русла большого круга кровообращения. Для оценки биомеханических свойств различных отделов сосудистого русла большого круга кровообращения вычислялся ряд параметров биомеханики: длительность фаз сосудистого цикла, средние скорости изменения сопротивления, силы, мощности и работы. В качестве примера приведены результаты обследования 100 человек, которые распределены по 3 группам. Полученные данные позволяют дополнить существующие противоречивые данные о физиологии большого круга кровообращения, количественно оценить биомеханику как артериальной, так и венозной его частей. Предложенная новая фазовая структура реограмм с успехом применена при исследовании различных сосудистых бассейнов большого круга кровообращения: при регистрации реовазограмм, реоренограмм, реогепатограмм, реоэнцефалограмм.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вопрос необходимости поиска новых тенденций определения амплитудной и временной программ функциональной электрической стимуляции (ФЭС) мышц у пациентов с инсультом. На основании полученных результатов курса реабилитации 39 больных с инсультом авторы приходят к выводу, что необходимость поиска новых тенденций определяется двумя причинами: ранней реабилитацией ряда пациентов и частым применением ФЭС мышц спустя определённое время после ботулинотерапии. Авторы полагают, что применение ФЭС мышц в ранний восстановительный период инсульта должно быть ограничено по целому ряду причин, среди которых важными являются невозможность получить видимое глазом сокращение мышц, наличие атаксии, сходный электромиографический профиль мышцантагонистов, одинаковое поражение мышц обеих нижних конечностей в течение первого месяца после инсульта. Авторы указывают, что, несмотря на то, что применение ботулинотерапии уменьшает спастичность мышц, а также боль и дискомфорт в голени и стопе, через 3–4 недели после ботулинотерапии у больных наблюдается определённое ухудшение ходьбы, в частности, уменьшение величины основного сгибания в коленном суставе (КС), усугубление рекурвации в КС, еще большее уменьшение продолжительности опорной фазы и увеличение длительности переносной фазы на паретичной нижней конечности. Именно поэтому авторы предлагают внести некоторые изменения в выбор корректируемых движений и стимулируемых мышц, а также в определение амплитудной и временной программ ФЭС мышц при ходьбе. Суть этих изменений состоит в том, что целесообразно проводить электрическую стимуляцию не только паретичных мышц, но также и мышц, подвергнутых ботулинотерапии. Авторы указывают, что совместное применение ботулинотерапии и ФЭС мышц приводит к улучшению биомеханической структуры ходьбы, а именно к устранению рекурвации в КС, к увеличению основного сгибания в КС, к уменьшению эквинуса в голеностопном суставе и повышению первого тыльного сгибания, к возрастанию опороспособности более поражённой нижней конечности и увеличению толчковой функции менее поражённой ноги.
Бесплатно
Статья научная
Представлены данные верификационных исследований нового способа оценки внутричерепного давления по Ефимову и цифрового прибора «Нейромиометр-01». Исследования проводились по трем направлениям: 1) сопоставление показателей аппарата «Нейромиометр-01» и промышленного анализатора спектра СК4 72/2 путем синхронной регистрации микродвижений головы двумя датчиками, поставленными соосно в центре лба; 2) определение информативности исследований больных неврологического профиля аппаратами «Нейромиометр-01» и «Микромоторика» в ходе восстановительного процесса; 3) сопоставление показателей параллельных замеров внутричерепного давления у больных нейрохирургического профиля (с последствиями черепно-мозговых травм) аппаратами «Codman» (США) и «Нейромиометр-01». Доказаны: 1) линейная зависимость показателей «Нейромиометра-01» и анализатора спектра СК4 72/2 - метрологически обеспеченного измерительного прибора; 2) высокая корреляция показателей «Нейромиометра-01» и «Микромоторика» в ходе реабилитации неврологических больных; 3) соответствие показаний «Нейромиометра-01» и аппарата «Codman» c выводом расчетного коэффициента перевода значений «Нейромиометра-01» в мм рт. ст., равного 0,71.
Бесплатно
Новый метод обработки видеозаписей движения спортсменов и спортивных снарядов
Статья научная
Предлагаемый метод обработки видеозаписей основан на решении краевых задач спортивных движений. Он позволяет сохранить ту точность, которая имела место при проведении эксперимента. Применение указанного метода проиллюстрировано на примере сложного движения мяча. Показано, что его аэродинамические коэффициенты можно определить путем решения краевой задачи с обыкновенными дифференцированными уравнениями. Это существенно повышает точность обработки результатов видеозаписи спортивных движений по сравнению с прежними методами определения аэродинамических коэффициентов.
Бесплатно
Новый неинвазивный метод оценки коэффициента микроциркуляции
Статья научная
Резистивные артерии кровеносной системы являются предметом диагностических исследований для опосредованного исследования микроциркуляционного русла. При неизмененном уровне общего артериального и венозного давлений скорость кровотока, измеряемого в резистивных артериях, зависит именно от состояния соответствующих резистивных артерий, образующихся при их ветвлениях. Автор использовал ультразвуковой прибор « Dop 8/4»(Германия) с четырьмя входами для зондов со встроенным самописцем. По динамике изменения скорости кровотока в лучевой и в подколенной артериях во всех отведениях после стандартной ишемии во время развития постишемической гиперемии можно судить о состоянии ветвлений резистивных артерий и о кровенаполнении микроциркуляционного русла. Для описания реакций резистивных артерий во всех отведениях, которые контролируют периферическое сопротивление и микроциркуляцию нами был введен коэффициент микроциркуляции k, который является отношением общего постишемического кровотока к среднему значению объемного фонового кровотока. Физический смысл коэффициента микроциркуляции - это отношение постгиперемического кровотока в четырех отведениях одновременно к усредненному фоновому кровотоку в единицу времени. Необходимость оценки периферической системы диктуется активным участием микроциркуляции в развитии заболеваний сердечно-сосудистой системы, нервно-гуморальных, эндокринных изменений, ангиологических патологий, заболеваний опорно-двигательной системы, при реконструктивных операциях, при постоперационном периоде и многих других патологических ситуациях. Прямые неинвазивные методы исследования микроциркуляции способствуют усовершенствованию тактики лечения болезней и их осложнений, в особенности при гипертонии, диабетической стопе, реконструктивных операциях, переломах, варикозном расширении вен, атеросклеротических явлениях, при аллергиях, при болезни Рейно и др.
Бесплатно
Новый подход к определению понятия и выявлению «мертвой зоны» в жиме штанги лежа
Статья научная
Жим штанги лежа - отдельный вид спорта, а также одно из трех соревновательных упражнений в пауэрлифтинге. При выполнении жима штанги лежа в фазе подъема штанги от груди имеет место «мертвая зона» - определенный временной промежуток, на котором снижается скорость движения штанги. Имеются различия в том, как исследователи техники жима штанги лежа и тренеры выявляют «мертвую зону». Тренеры выявляют «мертвую зону» эмпирически и субъективно, а исследователи используют объективные методы. В результате возникает расхождение в понимании «мертвой зоны» тренерами и исследователями, что затрудняет использование данных научных исследований в тренировочном процессе. Цель исследования - разработка нового определения понятия «мертвая зона» в жиме штанги лежа и нового подхода к выявлению «мертвой зоны». Методы исследования: видеосъемка жима штанги лежа в сагиттальной плоскости и расчет скорости и ускорения центра тяжести штанги на основе видеоданных. Организация исследования: десять квалифицированных пауэрлифтеров (кандидатов в мастера спорта и мастеров спорта) выполняли жим штанги лежа с отягощением 100% от максимума (одно повторение) по соревновательным правилам без экипировки. Значение 100%-ного отягощения определялось посредством последовательного увеличения нагрузки до возникновения неудачной попытки. Отягощение, предшествовавшее неудачной попытке, считалось максимальным. Результаты исследования: понятие «мертвая зона» разделено на понятия: «мертвая зона» и «неблагоприятная зона». «Мертвая зона» - снижение скорости штанги ниже порогового значения 0,1 м/с, при достижении которого движение штанги воспринимается как слишком медленное. «Неблагоприятная зона» - участок кривой «время-сила», на котором сила, приложенная к штанге, меньше веса штанги в фазе подъема штанги от груди. Возможно наличие двух «мертвых зон» - одной в начале фазы подъема штанги и одной в конце. Также возможно наличие «неблагоприятной зоны» и отсутствие «мертвой зоны». «Неблагоприятная зона» всегда предшествует «мертвой зоне». Неудачные попытки всегда происходят в «мертвой зоне».
Бесплатно
О биомеханике нижней челюсти человека при протезировании несъемными протезами
Статья научная
Проведен биомеханический анализ нижней челюсти человека в норме, при одностороннем включенном дефекте и после протезирования несъемными конструкциями. Исследование проводилось на плоской модели зубного ряда, включающей зубы от клыка до третьего моляра. Область каждого зуба содержит следующие структурные составляющие: собственно зуб, включающий коронку (эмаль), шейку зуба и корень (дентин), периодонтальную щель, компактную пластинку и губчатое вещество зубной альвеолы. Получены рекомендации для планирования ортопедического лечения пациентов с односторонними включенными дефектами зубного ряда в боковом участке нижней челюсти несъемными конструкциями зубных протезов.
Бесплатно
О влиянии напряженного состояния артерии на скорость распространения пульсовой волны
Статья научная
В гемодинамике для определения степени упругости кровеносных сосудов важное значение имеет понятие скорости распространения пульсовой волны. В этом направлении проведены многочисленные исследования [1-5]. В [5] рассматривается вопрос распространения пульсовой волны в артериях с учетом влияния окружающей тканевой среды. Получены простые формулы и показано влияние окружающей среды на скорость распространения пульсовой волны. Целью настоящей работы является изучение влияния напряженного состояния артерии (оболочка) на скорость распространения пульсовой волны.
Бесплатно
О влиянии реологических и миогенных факторов на кровоток в резистивном сосуде
Статья научная
Рассмотрено квазиодномерное течение крови в одиночном сосуде с учетом эффектов Фареуса–Линдквиста, Фареуса и реакций сосудистой стенки на механические стимулы. В стенке сосуда рассматриваются три слоя: эндотелиальный, гладкомышечный и адвентиция. Предполагается, что диаметр сосуда регулируется двумя параметрами: концентрацией свободных ионов кальция и концентрацией оксида азота (NO) в гладкомышечном слое. Первый из них зависит от среднего окружного напряжения в стенке сосуда, NO продуцируется эндотелием под действием касательных напряжений на стенке. Для описания реологических факторов используется решение задачи о двухслойном течении в цилиндрической трубке. Исследован вклад реологических факторов в изменения кровотока при варьировании входного давления в пассивном сосуде, сосуде с реакцией Бейлисса и сосуде, обладающем чувствительностью как к реакции Бейлисса, так и касательному напряжению на стенке. При расчетах использовались данные публикаций, описывающих результаты экспериментов на мелких церебральных артериях крыс. Для сосудов этого типа показано, что при одинаковых условиях на концах сосуда радиус и кровоток в активном сосуде на десятки процентов меньше, чем в пассивном сосуде во всем исследованном диапазоне давлений, причем это различие монотонно увеличивается с ростом входного давления. Расход при давлении выше 60 мм рт. ст. снижается почти на 90%. Реологические факторы на эти различия практически не влияют. Рост кровотока за счет NO-зависимой реакции в активном сосуде может превысить 12%, эта величина зависит от давления и определяется уровнем сосудистого тонуса. Вклад реологических эффектов также зависит от давления, их влияние на кровоток в пассивном и активном сосудах относительно мало и находится в пределах нескольких процентов. Реологические факторы уменьшают снижение кровотока в «бейлиссовском» сосуде по сравнению с пассивным и повышают его в сосуде с двумя реакциями по сравнению с «бейлиссовским».
Бесплатно
О влиянии трения на сжатие вытянутых призматических образцов
Статья научная
Рассмотрена контактная задача осевого сжатия упругого вытянутого призматического образца нагружающими плитами с учетом трения в зоне контакта. Актуальность работы обусловлена необходимостью точной оценки упругих характеристик материалов со сложной структурой, таких как функциональноградиентные материалы, композиты и биоматериалы, где классические стержневые модели приводят к систематическим ошибкам до 20–30 % изза неучтенного трения и контактных эффектов. Для решения задачи использован вариационный подход в сочетании с методом Канторовича, который редуцирует трехмерную задачу линейной упругости к системе обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка с переменными коэффициентами для обобщенных перемещений. Получены аналитические решения в случаях произвольного и квадратного поперечного сечения при постоянных упругих характеристиках. Введен эффективный интегральный параметр трения – отношение касательных и нормальных обобщенных сил на торцах. Решена обратная задача восстановления упругих характеристик и параметра трения по данным о перемещениях в нескольких точках на боковой поверхности. Разработан итерационный алгоритм на основе принципа сжимающих отображений, обеспечивающий достаточно точное нахождение искомых параметров за 3–5 итераций для рассматриваемого набора начальных приближений. Кроме того, предложены приближенные асимптотические формулы на основе решений прямой задачи для быстрого восстановления параметров по измерениям в одной точке, с рекомендациями по выбору точек измерения перемещений на боковой поверхности. Численные эксперименты на синтетических данных, полученных из решения прямой задачи, подтверждают эффективность предложенных методов и устойчивость к их зашумлению (для итерационного алгоритма), демонстрируя превосходство над стержневыми моделями. Подход позволяет корректировать способы обработки экспериментальных данных компрессионных тестов, что особенно важно для образцов из биоматериалов и композитов, где трение существенно влияет на интерпретацию результатов.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована математическим моделированием возможность использования в офтальмологической практике показателей, характеризующих упругие свойства корнеосклеральной оболочки при первичной открытоугольной глаукоме и базирующихся на применяемых в клинике тонометрических исследованиях. В качестве теоретической основы моделирования используется модель глазного яблока, разработанная авторами ранее. Предложенные механические критерии, коррелирующие с тяжестью заболевания, верифицированы клиническими измерениями с использованием тонометров Маклакова и Шиотца. Результаты проведенного исследования свидетельствуют в пользу современной гипотезы о корреляции между тяжестью первичной открытоугольной глаукомы и степенью отклонения от нормы упругих свойств корнеосклеральной оболочки глаза. Показано, что развитие заболевания сопровождается ростом коэффициента эластоподъема по Шиотцу и падением коэффициента эластоподъема по Маклакову. Наряду с этим, информативным показателем оказалось возрастание отношения этих коэффициентов. Как следует из расчетов авторов, такие изменения соответствуют увеличению склеральной жесткости при более значительном возрастании жесткости роговицы.
Бесплатно
