Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 777
Статья научная
На основе экспериментальных данных по нагружению образцов артерий внутренним давлением определены параметры нелинейного потенциала Arruda-Boyce сосудистой стенки артерии. В рамках пространственной модели патологической извитости (петли) артерии с помощью вычислительного комплекса ANSYS 11.0 выявлены особенности напряженного состояния в зависимости от относительного радиуса петли.
Бесплатно
Особенности пульсовой волны при хронической артериальной недостаточности нижних конечностей
Статья научная
Широкое распространение атеросклеротического поражения магистральных артерий нижних конечностей с развитием хронической артериальной недостаточности и наносимый этим заболеванием урон требуют разработки простых информативных технологий оценки состояния артериального русла, пригодных для скрининговых исследований. Для решения поставленной задачи использована методика регистрации формы пульсовой волны в дистальных отделах нижних конечностей, регистрируемой при помощи просветной фотоплетизмографии на стандартном мониторе анестезиолога. Впервые для анализа формы пульсовой волны применен вейвлет-анализ и определен количественный показатель энергии отраженной волны. Исследование показало, что предложенный показатель имеет большую чувствительность, чем традиционный метод диагностики хронической артериальной недостаточности - определение лодыжечно-плечевого индекса. Наличие фотоплетизмографов при мониторинге пациентов, безболезненность, простота, универсальность предложенной методики, а также сходство полученных в работе результатов с другими признанными методами могут служить мотивацией для дальнейшего развития исследований в данном направлении и внедрения предложенной методики в диагностику хронической артериальной недостаточности нижних конечностей.
Бесплатно
Особенности распределения электрической активности мышц при ходьбе по тредмилу
Статья научная
Рассматриваются в сравнительном аспекте особенности ходьбы по горизонтальной поверхности и по тредмилу. Авторы детально изучили изменение основных параметров и ЭМГ-профиля мышц при ходьбе по горизонтальной поверхности и по тредмилу в разных темпах. Выяснилось, что при увеличении скорости при ходьбе по тредмилу темп меняется в незначительных пределах, в то время как длина шага меняется в большей степени. С точки зрения авторов, такое непропорциональное изменение темпа и длины шага приводит к грубой трансформации резонансных свойств нижних конечностей, т.е. к несовпадению частоты вынужденных колебаний c частотой собственных колебаний нижних конечностей. Изменение явлений резонанса проявляется в незначительном повышении средней электрической активности мышц в течение цикла, в отсутствии параболической зависимости на кривой суммарного интеграла при ходьбе в разном темпе, в очень узкой области оптимального темпа ходьбы, в нерезком повышении мощности мышц при повышении скорости передвижения. Авторы полагают, что именно поэтому тренировка ходьбы по тредмилу и особенно тренировка с применением функциональной электрической стимуляции мышц (ФЭС) должна осуществляться с повышенной осторожностью, что предполагает определение оптимальной скорости передвижения (т.е. той скорости, при которой у больного отмечается максимальное снижение энерготрат), а также определение средней электрической активности мышц (мощности мышц) и суммарного интеграла за 10 м пути (работы мышц с учетом как темпа, так и длины шага). По мнению авторов, ФЭС при ходьбе по тредмилу можно применять только у больных, которые передвигаются со скоростью 2,5 км/ч и выше.
Бесплатно
Особенности термотаксиса в жидкой среде
Статья научная
Таксис - естественное сопротивление, которое живой организм вырабатывает на стимулы, такие как гравитация (гравитаксис), свет (фототаксис), химические вещества (хемотаксис) и т.д. Термотаксис - это движение микроорганизмов по направлению к температурному стимулу или от него, которое создает термотактическую модель поведения в природе. Примерами могут служить движение слизней Dictyostelium slugs , терморегуляция пчел, поведение круглых червей (в частности Caenorhabditis elegans ), поведение спермы человека и животных и то, как ведут себя коллоидные частицы. Были предложены множественные математические модели для исследования термотаксиса. Главная цель данной статьи - спрогнозировать начало термотактической конвекции в жидкой среде, используя анализ линейной устойчивости. Наиболее распространенными системами, в которых термотактические модели создаются живыми организмами, являются биологические системы. Этот вид таксиса проявляется в различии в направлениях движений микроорганизмов, имеющих общий вектор движения в виде стимула-градиента, и может быть математически обобщен в виде таксиса, основанного на градиенте. Результаты анализа линейной устойчивости показывают, что термотактическая конвекция аналогична классической тепловой конвекции, при нагреве постоянной температурой, когда число Пекле мало и существует важное условие сверхстабильности, при котором коэффициент диффузии клеток микроорганизмов выше, чем коэффициент термодиффузии. В дальнейшем планируется примененить этот анализ к проблемам вредного цветения водорослей.
Бесплатно
Статья научная
Силомоментные аппаратно-программные комплексы широко используются для оценки функционального состояния, неврологических и ортопедических патологий человека. Применение силомоментных датчиков позволяет проводить неинвазивные обследования, при которых на тело человека не крепится никаких измерительных чувствительных элементов, электродов или маркеров. Примером системы, позволяющей проводить такие обследования, является аппаратно-программный комплекс «Многофункциональное кресло». Он включает специальное кресло, которое снабжено набором одноосных силовых платформ стабилографического типа, установленных в сиденье, спинке и в подножии, двумя трехкомпонентными силомоментными датчиками, расположенными в подлокотниках. Сигнал, измеренный силомоментными датчиками, взаимодействующими с телом человека или его сегментами, является интегративным. Он включает механические составляющие, обусловленные системой управления движением, дыханием, кардиоритмом и т.п., что находит свое отражение в его частотном спектре. В работе обсуждается задача выделения в этом сигнале треморных составляющих, порожденных сокращением скелетных мышц. Исследуется характер пиков спектра мощности измеренного сигнала в зависимости от источника колебаний, породившего этот пик. Проводится сравнение вида спектров показаний силомоментных датчиков со спектрами сигналов альтернативных измерителей (датчика дыхания), измерениями перемещений маркеров системы видеоанализа, показаниями микроэлектромеханических датчиков ускорений и угловых скоростей. Показано, что частотный анализ сигналов силомоментных датчиков, взаимодействующих с телом человека или его сегментами, позволяет в большинстве случаев выделить микродвижения, обусловленные вегетативными составляющими (дыханием, кардиоритмом) и системой управления движением, в частности треморные составляющие, порожденные сокращением скелетных мышц.
Бесплатно
От интегративной информационной связи в кости к микроструктуре костной ткани
Статья научная
В работе рассмотрено функционирование интегративной информационной связи в кости, что позволило предположить о существовании энтропийной информационной сети как механизма, описывающего развитие структурных взаимодействий, необходимых для перестройки костной ткани. Рассмотрен возможный набор правил сохранения данных, что позволило проанализировать изменения в микроструктуре ткани. Установлена тесная связь между перестройкой кости и действием предложенной энтропийной сети. Это позволяет объяснить, до некоторой степени, проявление костной адаптации при моделировании действия нагрузки. Благодаря исследованию интегративной информационной связи в кости можно объяснить действие нагрузки на процесс перестройки не только теоретическим способом, но и экспериментальным, кроме того, эта информация дает надежный прогноз. Введение в научный обиход понятия «интегративная информационная связь в кости» позволяет объединить исследования микроструктурной морфологии, определяемой изменениями в окружающей среде, с точкой зрения, согласно которой понятие информации рассматривается как сущность каждого механического процесса морфологического приспособления. Структура нагруженной кости и сигнал остеоцита о равновесной перестройке костной ткани становятся двумя событиями одного и того же процесса. Они образуют сложную информационную сеть, непосредственно направляющую перестройку кости. Для лучшего анализа (и демонстрации) этого особого представления мы рассматриваем алгоритм перестройки, который был взят из работы Р. Christen, К. Ito et al. Представлен пример структурного анализа на множественных уровнях, который показывает действие информационной сети, присущей костной ткани.
Бесплатно
Отражение пульсовых волн в асимметричных ветвящихся артериальных руслах
Статья научная
Распространение и отражение волн в модели асимметрично ветвящегося дерева, состоящего из упругих трубок, заполненных невязкой жидкостью, рассматривается в применении к отражению пульсовых волн в артериальных руслах. Исследовано влияние геометрических и механических свойств русла и сосудистой стенки на распространение пульсовых волн и спектральные свойства полной проводимости русла. Показано, что проводимость дерева имеет набор резонансных гармоник. Любые изменения параметров микроциркуляторного русла вызывают заметные изменения амплитуд резонансных частот и пренебрежимо малые изменения остальных гармоник. Набор резонансных гармоник не зависит от некоторых индивидуальных вариаций в геометрии дерева. Полученные результаты обосновывают возможность пульсовой диагностики состояния внутренних органов путем исследования амплитуд только резонансных гармоник без предварительной информации об индивидуальной структуре реального сосудистого русла внутреннего органа пациента.
Бесплатно
Статья научная
Последствия травм и заболеваний плечевого сустава могут быть как изолированными, так и сочетаться с патологией шейного отдела позвоночника. Полиморфность патологии существенно осложняет задачу реабилитации таких пациентов. Авторы провели анализ биомеханических нарушений в плечевом суставе при шейно-плечевом синдроме при трёх основных видах его повреждений: суставном, вертеброгенном и смешанном миофасциальном типе. Было показано, что наибольшую сложность с точки зрения нарушения биомеханики и последующей реабилитации представляет суставной вариант, т.е. у больных, перенесших травму капсульно-связочного аппарата плечевого сустава.
Бесплатно
Статья научная
После инсульта нарушение походки - основная причина инвалидизации пациентов. Контроль состояния походки у постинсультного пациента в процессе реабилитации является актуальной задачей решения проблемы восстановления двигательной активности и мобильности пациентов. В работе представлены результаты обследования 50 человек: 34 пациента в позднем восстановительном периоде инсульта и 16 здоровых добровольцев. Была проведена оценка биомеханических характеристик ходьбы по горизонтальной поверхности у пациентов в позднем восстановительном периоде инсульта. Было установлено, что применение методики анализа движения позволяет определить биомеханические особенности, которые отражают патологические варианты организации движения, что может быть прогностическим фактором восстановления двигательных навыков или развития компенсаторных механизмов. Предполагается, что данная методика позволяет построить модель нарушения движения и оценить влияние клинических улучшений на биомеханические процессы.
Бесплатно
Оценка биомеханических свойств материалов на основе дермы для герниопластики
Статья научная
На сегодняшний день наиболее частой проблемой при хирургическом лечении грыж методом натяжной герниопластики является сильное натяжение в области шва, что может приводить к расхождению раны, деформации области грыжи, возникновению свищей и рецидиву. Поэтому в настоящее время всё чаще применяют методику ненатяжной герниопластики с использованием синтетических и природных материалов. Известно, что природные материалы являются более предпочтительными благодаря биосовместимости, отсутствию цитотоксичности и оптимальной биодеградации. Однако не все биоматериалы обладают необходимыми механическими характеристиками, такими как упругость и прочность. В связи с этим целью данного исследования являлась сравнительная оценка биомеханиче- ских свойств, разработанных нами ацеллюлярного дермального матрикса, биопластического материала, полученных методами детергентно-энзиматерической и химической децеллюляризации соответственно, и коммерческого матрикса Permacol ™. Материалы подвергались гистологическому анализу и количественному анализу ДНК. Исследования прочностных характеристик были проведены с помощью универсальной разрывной машины Instron 1122. При этом биопластический материал показал существенно более низкие показатели деформационно-прочностных свойств и модуля упругости. По результатам данных было определено, что наиболее близкими к нативной дерме по прочностным характеристикам являются ацеллюлярный дермальный матрикс и коммерческий имплант Permacol ™, однако гистологическая структура ацеллюлярного дермального матрикса наиболее приближена к гистологическим особенностям организации дермы свиньи, что делает данный материал перспективным для дальнейших исследований.
Бесплатно
Статья научная
Одним из основных требований, предъявляемых к современным хирургическим сетчатым имплантатам, применяемым в хирургии вентральных грыж, является схожесть их эластических свойств с эластичностью передней брюшной стенки, которая является анизотропной. В результате этого для профилактики послеоперационных осложнений важным аспектом является правильный выбор типа имплантата и оптимальное его расположение на передней брюшной стенке с учетом анизотропии. Цель исследования - изучить механические (анизотропные) свойства хирургических сетчатых имплантатов, наиболее часто применяемых в настоящее время в хирургии грыж передней брюшной стенки. Предложена биомеханическая модель, имитирующая поведение имплантата, установленного в дефект передней брюшной стенки, под влиянием внутрибрюшного давления. Выполнено экспериментальное исследование четырех типов имплантатов. Получены жесткостные зависимости возникающих удельных усилий (нагрузок) от деформации сетки. Анализ полученных результатов позволил оценить возможность применимости каждого типа имплантата для конкретной клинической ситуации.
Бесплатно
![Оценка влияния производного 1,2,3-триазоло-[5,1-b]-1,3,4-тиадиазина на восстановление волокнистого компонента кожи в условиях заживления ожоговой раны](/file/thumb/146282488/ocenka-vlijanija-proizvodnogo-123-triazolo51-b134-tiadiazina-na.png "Оценка влияния производного 1,2,3-триазоло-[5,1-b]-1,3,4-тиадиазина на восстановление волокнистого компонента кожи в условиях заживления ожоговой раны")
Статья научная
Целью исследования является оценка влияния производного 1,2,3-триазоло-1,3,4-тиадиазина на восстановление волокнистого компонента кожи в условиях заживления ожоговой раны. В качестве экспериментальных животных использовали самцов белых беспородных лабораторных крыс. Были проведены морфологические и механические исследования. Животных опытных групп выводили из эксперимента на 14-е и 21-е сутки для оценки течения регенераторного процесса. Опытным животным моделировали ожоговую рану кожи IIIА степени. Лечение осуществлялось нанесением на пораженный участок мази, содержащей исследуемое вещество. Данные морфологического анализа свидетельствуют о стимулирующем влиянии 1,2,3-триазоло-1,3,4-тиадиазина на регенерацию кожи, в частности, восстановление волокнистого компонента. К 14-м суткам эксперимента все образцы имеют слабые механические характеристики. Однако на 21-е сутки эксперимента образцы из группы с тестируемым веществом демонстрируют более высокие прочностные свойства, растягиваясь на 28,893 ± 4,548 % при максимальной нагрузке в 0,804 ± 0,129 МПа. Достоверное различие с интактным значением (кожа до разрыва растягивается на 31,434 ± 4,921 % при нагрузке в 5,082 ± 0,060 МПа) связано, вероятно, с тем, что механические свойства кожи определяются не только толщиной коллагеновых волокон, но и способом укладки волокон в пучки, взаимным расположением и взаимодействием с другими структурными компонентами ткани.
Бесплатно
Оценка влияния стадий атеросклероза на напряженно-деформированное состояние артериальных сосудов
Статья научная
Широкое применение реконструктивной сосудистой хирургии в настоящее время требует детального изучения механического поведения склерозированных артерий. Развитие патологических изменений в стенке сосуда существенно влияет на механические характеристики материала стенки. Этот фактор в сочетании с появлением и развитием фиброзных бляшек приводит к уменьшению эффективной площади внутреннего сечения сосуда, концентрации напряжений в окрестности бляшки. В данной статье приведены результаты численной оценки напряженно-деформированного состояния подобных сосудов в рамках решения линейной упругой задачи в двумерной и трехмерной постановках. Обсуждаются вопросы сжимаемости материала стенки артерий.
Бесплатно
Статья научная
Травмы спинного мозга часто сопровождаются остеопорозом, что осложняет реабилитацию. При этом влияние тяжести травмы на изменение прочностных свойств костной ткани малоизучено. Поэтому цель настоящего исследования - оценка изменения механических свойств костей в диафизарном участке после травмы спинного мозга разной степени тяжести (контузионная и полная травма спинного мозга). Исследование проводилось на нелинейных крысах весом 180-200 г. Содержание животных и экспериментальные процедуры осуществлялись с соблюдением биоэтических норм. Полную травму спинного мозга моделировали путем перерезки спинного мозга на уровне Th8-Th9. Контузионную травму спинного мозга наносили на уровне Th8-Th9 по модифицированной методике A. R. Allen. Животных выводили из эксперимента на 30-е сутки, после чего извлекались кости (берцовая и бедренная). Для каждой кости определялись геометрические, объёмные и массовые характеристики, а также проводились испытания на трехточечный изгиб. Результаты исследований показали, что травма спинного мозга у опытных крыс приводит к потере прочности бедренной и берцовой костей. При этом в случае контузионной травмы у крыс снижение прочности костей задней конечности более выражено (21% для берцовой и 27% для бедренной костей), чем при полной травме спинного мозга (21% для берцовой и 19% для бедренной костей). В то же время плотность и модуль Юнга берцовой и бедренной костей после полной и контузионной травмы спинного мозга у крыс достоверно не изменялись. На основании полученных результатов авторами выдвинута гипотеза, что в процессе иммобилизации после различной тяжести травмы спинного мозга происходит изменение микроархитектуры костной ткани у опытных животных. Выдвинуто предположение, что именно изменения в микроархитектуре приводят к значительным изменениям прочности костей.
Бесплатно
Оценка влияния утомляемости и зрительной информации на удержание вертикальной позы
Статья научная
Представлена новая методика основанная на реабилитационной биомеханике. Методика может использоваться для проведения оценки статокинетической устойчивости при утомляемости и зрительной информации. Для выполнения данного обследования применяются компьютерные стабилоанализаторы с высокой точностью измерений координат общего центра масс. Описан ряд тестов, реализующих методику.
Бесплатно
Статья научная
Стабильность во время стояния может быть измерена как для спокойно стоящего человека, так и при выполнении человеком различных упражнений руками. К сожалению, в литературе недостаточно информации относительно оценки функциональной стабильности и достоверности параметров, которые при этом используются. Для проверки достоверности временных и основанных на колебании центра давления параметров была набрана группа из десяти здоровых людей, которые выполняли различные упражнения руками. Тестирование провели повторно через один день, используя аналогичную процедуру. Результаты исследования показали, что достоверность временных параметров была больше, чем для параметров, основанных на движении центра давления. Функциональную стабильность можно измерить, используя силовую платформу. Несмотря на то что для оценки функциональной стабильности можно измерять движение центра давления как в медиолатеральной, так и в антериопостериорной плоскостях и время, необходимое для выполнения различных упражнений руками, достоверность временных характеристик была больше, чем характеристик движения центра давления.
Бесплатно
Статья научная
Проводится анализ влияния параметров удаляемого при коррекции гиперметропии методами LASIK и IntraLASIK кольцевого слоя на изменение напряженно-деформированного состояния роговицы. Упругая система роговица-склера представляется в виде двух сопряженных трансверсально-изотропных сферических сегментов, нагруженных внутренним давлением. Для оценки изменения показателей внутриглазного давления, получаемых аппланационными тонометрами Гольдмана и Маклакова после операций по коррекции гиперметропии, рассматривается задача о деформации роговицы под действием груза с плоским основанием. Проводится сравнение результатов двух различных операций и сравнение двух методов измерения внутриглазного давления для каждой из этих операций при одном истинном внутриглазном давлении. В результате моделирования получено, что изменение толщины роговицы за счет удаления кольцевого слоя при операциях по коррекции гиперметропии, как и в случае коррекции миопии, приводят к уменьшению изгибной жесткости роговицы, а, следовательно, к уменьшению показателей внутриглазного давления, получаемых апланационными тонометрами Гольдмана и Маклакова. По данным расчетов, изменение показателей внутриглазного давления зависит и от внутреннего и от внешнего радиуса удаляемого кольцевого слоя, глубины зоны абляции, а также толщины формируемого роговичного лоскута. При этом изменения показателей внутриглазного давления, полученные с помощью тонометра Маклакова, существенно меньше изменений получаемых тонометром Гольдмана. Численные расчеты показали преимущество рефракционных операций по коррекции гиперметропии, выполняемых методом IntraLASIK, по сравнению с методом LASIK. Так как при операциях LASIK удаляется кольцевой слой меньшего диаметра и срезается более толстая роговичная крышка, в результате данной коррекции наблюдаются большие деформации и смещения в области утончения роговицы, а также большее снижение изгибной жесткости роговицы.
Бесплатно
Оценка корректности стандартной методики расчета внутриглазного давления при тонометрии по Шиотцу
Статья научная
Проанализированы зависимости, применяемые при стандартной обработке данных процедуры измерения внутриглазного давления по Шиотцу. В тонометре Шиотца осуществляется совместное нагружение роговицы глаза вогнутой тяжелой стопой и тонким, более легким, вогнутым стержнем (плунжером). Нагружающее устройство имеет с роговицей две зоны контакта - всю вогнутую поверхность стержня и область стопы, определяемую внутренним давлением. При математическом моделировании использована предложенная ранее авторами модель, в которой роговица представлена безмоментной (мягкой) упругой поверхностью, а склеральная область заменяется упругим элементом, откликающимся изменением объема на изменение давления. Стандартная обработка данных тонометрии по Шиотцу базируется на двух эмпирически обоснованных алгоритмах: сначала по измеренному заглублению плунжера под стопу и известному весу плунжера определяется тонометрическое давление, а затем по последнему находится внутриглазное давление в ненагруженном глазу («истинное»). Показано, что использование стандартной методики вполне правомерно для тонометра с минимальным весом стержня 5,5 г, если упругие характеристики глазного яблока близки к средним. При большем весе стержня или значениях упругих констант, сильно отличающихся от нормы, необходимо учитывать поправки. Влияние геометрических параметров роговицы не слишком велико, однако при сильно увеличенном радиусе ее кривизны (например, в результате операции) поправки к результатам стандартного расчета следует учитывать.
Бесплатно
Оценка кровообращения при экспериментальном опухолевом паранеопластицизме
Статья научная
Работа является частью проекта, в рамках которого авторы исследовали интенсивность кровообращения у экспериментальных животных непосредственно в области роста онкологических клеток и на периферии путем мониторирования локальной интенсивности кровотока, интенсивности гемолиза, деформации мембран эритроцитов и их агрегационной способности. Эти величины сравнивались друг с другом и с аналогичными показателями контрольных животных. Результаты исследования рассматривались в срезе паранеопластического синдрома как базисного патофизиологического свойства организма регулировать, препятствовать и не распространять чужеродные клетки. Авторы планируют c помощью цифровых технологий и математического моделирования, используя экспериментальные данные, дать описание паранеопластических реакций организма, транспортировав «паранеопластицизм» в систему уравнений биомеханики.
Бесплатно
Оценка механических свойств кожи боковой поверхности лица в различных возрастных группах
Статья научная
Представлены в сравнении различные методики обследования кожи лица с использованием акустического анализатора - прибора АSА (акустический анализатор кожи). Произведено сравнение акустических свойств кожи у женщин разного возраста: 17-25 лет и старше 50 лет. Показано существование акустической анизотропии. Полученные результаты рекомендовано использовать для прогнозирования возрастных изменений кожи и при хирургической коррекции.
Бесплатно
