Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 870
Роль главных деформаций в периодонтальной связке зуба при долговременной интрузии
Статья научная
Данная статья представляет собой предварительную теоретическую попытку вывести оригинальные количественные формулы в ортодонтии. Основываясь на ранее полученных аналитических формулах для напряжений и деформаций внутри периодонтальной связки (ПДС) для конкретного случая центрального резца в ходе интрузии, деформации были непосредственно связаны с движением поверхности раздела между альвеолярной костью и ПДС, называемой поверхностью кости. Строго показано, что нормальные и сдвиговые деформации в ПДС имеют одинаковую значимость для поверхности кости. В соответствии с этим и среднее арифметическое, и среднее геометрическое главных деформаций в ПДС играют важную роль в процессе перестройки. В целом предложенные формулы отличаются от предыдущих, которые успешно применялись для описания перестройки в длинных костях. Предложенная теория также подтверждена конечно- элементным анализом.
Бесплатно
Роль жидкой фазы и пористой структуры хряща в формировании биомеханических свойств суставов. Часть 1
Статья научная
Рассмотрены основные факторы, обусловливающие деформационные и фрикционные свойства хряща сустава при статическом и динамическом нагружении. Отмечается существенная нелинейность деформаций, обусловленная микрофильтрацией жидкости в хрящевом матриксе. Показано, что динамически оптимальное функционирование сустава в физиологической норме обеспечивается подвижностью двухфазной структуры хрящевой матрикс-синовиальная жидкость.
Бесплатно
Роль жидкой фазы и пористой структуры хряща в формировании биомеханических свойств суставов. Часть 2
Статья научная
Антифрикционные характеристики суставов обусловлены синергизмом хрящевого матрикса и присутствующей в нем жидкой фазы, который проявляется, в частности, в существовании градиента механических свойств хряща по глубине. Для послойной диагностики указанных свойств с минимальным воздействием на биоткань использован метод контактного индентирования и разработано устройство, позволяющее измерить контактные деформации с нанометрической точностью. Изучен процесс деформирования образцов суставных хрящей колена свиньи при сжатии и разгрузке в различных жидких средах; получены данные об изменении модуля упругости по глубине хряща. Показано, что, анализируя деформирование хряща в цикле «нагрузка/разгрузка», можно подбирать искусственные смазки, адекватные натуральной синовии. Разработанная экспериментальная техника применима для выбора материалов эндопротезов.
Бесплатно
Роль зубоальвеолярного блока в формировании жевательного аппарата
Статья научная
Рассмотрены роль и развитие зубоальвеолярного блока человека на различных этапах формирования жевательного аппарата. Выявлена функциональная взаимосвязь между воспринимаемой нагрузкой и его анатомической формой.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждается опыт преподавания профильных разделов естествознания при подготовке студентов-биомехаников в Национальном исследовательском политехническом университете. Дисциплина рассматривается как основа формирования у студентов-биомехаников общего представления об анатомии и физиологии организма человека, методах исследования и оценки его функционального состояния. Значительное внимание уделено организации и выполнению самостоятельных научных экспериментальных исследований студентами младших курсов в учебное время и во время летней практики. Предлагаемые студентам первого курса темы для экспериментальных исследований направлены на изучение биомеханики дыхания при различных условиях, механизмов поддержания равновесия, роли обратной связи при удержании равновесия, гемодинамики и т.д. Выполнению научной работы предшествует изучение литературы по теме исследований и написание обзора литературы. В процессе выполнения научной работы студенты знакомятся с особенностями и принципами проведения исследований на человеке, овладевают необходимыми методиками, осваивают методы статистической обработки полученных данных, формулируют выводы, приобретают навыки изложения результатов научных исследований в устной и письменной форме. Целесообразность включения студентов младших курсов в исследовательскую работу авторы связывают с возникающей необходимостью перехода от учебно-образовательного процесса к научно-образовательному процессу, междисциплинарной интеграции - с возможностью формирования заданных компетенций и приобретением первоначальных практических умений и навыков в соответствии с направлением обучения. Самостоятельные экспериментальные исследования студентов могут служить началом построения индивидуальных образовательных программ и индивидуализации обучения.
Бесплатно
Статья научная
Турбулизация кровотока у пациентов с патологической извитостью внутренних сонных артерий при скорости свыше 1 м/с (Re > 1140), возникновение пристеночных вихрей и увеличение скорости кровотока в результате уменьшения гидравлического диаметра сонных артерий приводят к увеличению гемодинамического сопротивления сосудистой сети и гипоперфузии головного мозга. Многообразие форм и сложность геометрической конфигурации артерий при их патологической извитости требуют индивидуального подхода при определении показаний к хирургическому лечению и выборе способа операции. В работе предложены объективные биомеханические критерии, основанные на инструментальных клинических исследованиях гемодинамических нарушений и определении градиента давления на участках изменения геометрии сосудов. Комплексное использование анатомических и гемодинамических параметров позволяет оценить градиент давления и энергетические потери при патологической извитости внутренних сонных артерий любой геометрической конфигурации. Установлено расширение проксимального участка артерии по отношению к патологическому изгибу, обусловленное тем, что диаметр устья внутренней сонной артерии при односторонней патологической извитости превышает диаметр устья на контралатеральной стороне. В артериях диаметром 4 мм появление пристеночных вихревых течений происходит при скорости 1,2 м/с, а полная турбулизация - при скорости 1,4 м/с. При увеличении диаметра сонных артерий до 6 мм скорость кровотока, при которой появляются пристеночные вихревые течения, составляет 0,8 м/с, а турбулизация кровотока регистрируется при скорости 1 м/с.
Бесплатно
Роль микрореологических свойств эритроцитов в неньютоновском поведении цельной крови
Статья научная
На пробах цельной крови и суспензий эритроцитов показано, что их течение хорошо описывается моделью степенного закона вида y = ax-n неньютоновской жидкости. Совпадение экспериментальных точек с математической моделью составило более 99%. Сравнение степени неньютоновости при течении цельной крови и суспензии эритроцитов в изотоническом растворе NaCl (где имеется обратимое объединение клеток в агрегаты) показало, что она была более выражена в цельной крови. Разница по двум показателям неньютоновости составила 24 и 43%. Нарастание текучести суспензии эритроцитов при увеличении напряжения сдвига в основном связано с деформируемостью эритроцитов. Это подтверждается наличием корреляции между показателями вязкости суспензии и индексом удлинения эритроцитов (r = -0,830) и сходными регрессионными моделями течения и деформации эритроцитов. Изменение микрореологических свойств эритроцитов, их деформируемости и агрегации может происходить при активации клеточных молекулярных сигнальных путей. Было показано, что под влиянием пентоксифиллина, верапамила и клотримазола происходит достоверное изменение деформируемости (на 10-24%) и агрегации (на 30-32%). Эти данные свидетельствуют о регуляторной перестройке микрореологических свойств эритроцитов при воздействии на ионные каналы мембраны эритроцитов (верапамил и клотримазол) и на внутриклеточные ферментные системы (пентоксифиллин). Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что неньютоновское поведение крови существенным образом связано с деформационными свойствами мембраны эритроцитов и эти механические свойства могут регуляторным образом изменяться под влиянием сигнальных молекул.
Бесплатно
Роль перистоматических колец в работе устьичного аппарата
Статья научная
Устьица - структурные элементы эпидермы, участвующие в регуляции газообмена и водного режима растений. Каждое из них состоит из двух замыкающих клеток, разделенных устьичной щелью. Известно, что ширина щели зависит от величины тургорного давления в замыкающих клетках и строения их оболочек. В данной работе методом конечных элементов с использованием программного комплекса ANSYS изучена роль перистоматических колец - выростов клеточной оболочки, опоясывающих у ряда растений устьица, в работе устьичного аппарата. Показано, что они оказывают влияние на степень и характер деформации замыкающих клеток. В сочетании с неравномерным утолщением их оболочек и наличием наружного кутикулярного выступа кольца обеспечивают погружение открывающейся устьичной щели вглубь листа. Обсуждается биологическое значение явления.
Бесплатно
Статья научная
Хирургическое лечение перегрузочной метатарзалгии является актуальной проблемой, так как этому заболеванию подвержено большое количество больных старшего возраста. Этому способствует полиэтиологичность данного заболевания. В статье представлен сравнительный анализ различных видов хирургического лечения этой патологии. Показана эффективность хирургической техники, которая дополнялась реинсерацией подошвенной связки плюснефалангового сустава к месту отрыва от проксимальной фаланги пальца по сравнению с классической остеотомией малых плюсневых костей и фаланг пальцев. С целью доказательства эффективности предлагаемых способов лечения использовался метод подобарометрии.
Бесплатно
Ротационный компонент туловища в локомоторных стереотипах у здоровых детей
Статья научная
С целью оценки присутствия в локомоторной активности ротационного компонента туловища и определения его функционального статуса в горизонтальной плоскости обследованы здоровые дети (n = 63) в возрасте 12–18 лет. Биомеханическая оценка локомоторного профиля осуществлялась методом 3Dвидеоанализа в условиях привычной походки. Для анализа биомеханического поведения элементов опорнодвигательной системы использовались статистические критерии вариационной идентификации на нормальность распределения. А сам анализ осуществлялся по параметрам, характеризующим конечный приспособительный результат в выборочных совокупностях, специально подбираемых с максимально возможной онтогенетической и морфофункциональной однородностью исследуемого материала. В результате проведенного исследования установлено, что: в фило и онтогенетически однородных выборочных совокупностях параметры произвольно индуцируемой локомоторной активности, характеризующие конечный приспособительный результат, приближаются к функции нормального распределения. Ротационный компонент туловища в виде синфазной и противофазной координатной ориентации его сегментов в горизонтальной плоскости не регулируется произвольно, а в привычной локомоторной активности является постуральной количественной характеристикой системно детерминированного двигательного стереотипа и результатом постуральнолокомоторной самоорганизации генетически запрограммированных сенсомоторных систем. Регистрируемые системно детерминированные локомоторные стереотипы с противофазной и синфазной постуральной ориентацией сегментов туловища в горизонтальной плоскости осуществляются двумя разными сенсомоторными системами и запускаются, повидимому, на момент регистрации текущей балансировочной величиной сенсомоторного синтеза. С позиций системного подхода критерии вариационной идентификации биомеханического поведения элементов опорнодвигательного аппарата в онто и филогенетически однородных выборочных совокупностях позволят по параметрам конечного приспособительного результата изучать функции сенсомоторных систем в «чистом виде», без компенсаторноприспособительного участия со стороны вспомогательных неконтролируемых сенсомоторных ресурсов.
Бесплатно
Сверхэластичность и механические свойства тонкой проволоки tini после термообработки
Статья научная
Сплавы на основе никелида титана активно используются в медицине в качестве имплантатов. Особую популярность получила проволока из никелида, которую применяют для изготовления сетчатых имплантатов, использующихся в рабочих элементах для ортодонтических аппаратов, искусственных связках при разрывах сухожилий и др. Однако, перед производством изделий из проволоки никелида титана последнюю подвергают термообработке для придания нужной формы в процессе обжатия. Многие работы посвящены исследованию отжига проволок толщиной более 1 мм, поэтому целью данной работы будет представление результатов изучения структуры и механических свойств никелидтитановых проволок диаметром 100 мкм, отожженных при 300, 400, 500, 600 °C. Деформационное поведение проволоки исследовалось после испытаний на прочность при растяжении. Полученные кривые растяжения описывают его механические свойства и сверх-эластичность. Поверхность излома проволоки исследовалась на сканирующем электрон-ном микроскопе с энергодисперсионным рентгеновским анализатором. Также проводился фрактографический анализ основных характеристик излома. Установлено, что прочность на разрыв и мартенситное напряжение сдвига уменьшаются с увеличением температуры отжига. Условия отжига, определенные полученными результатами, не подавляют сверх-эластичность проволоки, а придают ей прочность и пластичность, необходимые для медицинских целей. Образцы проволоки, отожженные при 300 и 400°С, демонстрируют схожее сверхэластичное поведение при циклических испытаниях, характеризующихся механическим гистерезисом и 1 % остаточной деформации. Отжиг проволоки толщиной 100 мкм при 500 и 600 °C спровоцировал большую остаточную деформацию после циклических испытаний.
Бесплатно
Связь наследственной тромбофилии с выкидышами и мертворождениями: исследование населения Грузии
Статья научная
Наследственная тромбофилия повышает риск не только венозной тромбоэмболии во время беременности, но и осложнений беременности, опосредованных плацентой, включая выкидыши и мертворождения. Связь между тромбофилией и плацентарно-опосредованными осложнениями беременности была противоречивой в различных ретроспективных исследованиях «случай - контроль» и проспективных когортных исследованиях. Очевидно, что тромбоз плацентарных сосудов, приводящий к аномальной плацентации, по крайней мере частично ответственен за эти осложнения беременности. В данном ретроспективном исследовании методом «случай - контроль» участвовали пациентки с осложнениями беременности (выкидыши, мертворождения), а также здоровые лица, соответствующие контрольной группе. Распространенность мутации фактора V Лейдена была статистически значимо выше у женщин с выкидышами (420 пациентов; 4,8 %; p =0,026) или мертворождениями (120 пациентов; 9,8 %; p =0,001). Распространенность гомозиготной мутации метилентетрагидрофолат редуктазы C677T была статистически значимо повышена у женщин с выкидышами (420 пациенток; 7,6 %; p =0,015) и была слабой у пациенток с мертворождениями (120 пациенток; 4,9 %; p =0,102). Распространенность мутации метилентетрагидрофолат редуктазы у пациенток с двумя выкидышами ( N =205) была значительной (7,8 %; p =0,015). Мы обнаружили слабую или отсутствующую связь между мутацией протромбина G20210A и выкидышами ( N =420; 3,8 %; p =0,156) или мертворождениями (120 пациентов; 2 %; p =0,572). Исходя из наших данных, женщины с фактором V Лейдена и мутацией метилентетрагидрофолат редуктазы имеют повышенный риск развития выкидышей и/или мертворождения. Мутация гена протромбина имеет слабую или нулевую связь с изученными осложнениями беременности основывается на положительных посевах крови и помогает разработать стратегию лечения.
Бесплатно
Силы инерции в задачах биомеханики
Статья научная
Как известно, в динамике относительного движения рассматриваются понятия переносной и кориолисовой сил инерции. Эти силы объединяются общим термином «эйлеровы силы инерции». В принципе Даламбера используется величина, равная взятому со знаком «минус» произведению массы материальной точки на ее ускорение в данной системе отсчета. Данная величина обозначается термином «даламберова сила инерции». Зачастую за рамками изучения остается вопрос о существовании сил инерции. Поскольку эйлеровы и даламберова силы инерции не подчиняются третьему закону Ньютона, то эти силы не являются физическими в смысле, принятом в механике. Несмотря на это, математические приемы, используемые в динамике относительного движения и принципе Даламбера, нашли широкое применение в различных областях механики за счет того, что введение сил инерции упрощает описание некоторых механических явлений, наблюдаемых в природе. В частности, с помощью понятия «силы инерции» становится более простым и наглядным решение некоторых проблем биомеханики. Для демонстрации данного утверждения в представленной работе проводится решение двух задач: 1) исследование траектории весенней миграции полярной крачки; 2) исследование кровотока в общей сонной артерии летчика, выполняющего на самолете мертвую петлю.
Бесплатно
Синдром запястного канала с точки зрения биомеханики. Обзор литературы
Статья обзорная
Синдром запястного канала (карпальный туннельный синдром - от англ. Carpul tunnel syndrome) - это мононевропатия (поражение одного периферического нерва) срединного нерва в результате его компрессии окружающими тканями. Карпальный синдром входит в группу туннельных невропатий, которых в литературе описано более 30 форм, и составляет до 9 % всех поражений периферических нервов различной этиологии. Распространённость синдрома запястного канала составляет 150 - 276 человек на 100 тыс. населения. Около 4-5 % трудоспособного населения в возрасте от 40 до 60 лет страдают синдромом запястного канала. Особенность компрессионных невропатий состоит в том, что они имеют прогрессирующий характер течения, резистентность к лечению и склонность к рецидивированию. Все вышеперечисленное приводит к нарушению бытовой и трудовой адаптации, что представляет собой серьезную медико-социальную проблему. Впервые синдром запястного канала описал J. Parget в 1854 г. В данной работе описывается необходимость биомеханического подхода к исследованию синдрома запястного канала.
Бесплатно
Скорость мозгового кровотока и работоспособность человека
Статья научная
Ранее выявлена взаимосвязь функционального состояния конечности и линейной скорости кровотока по средним мозговым артериям контрлатеральной стороны головного мозга. Настоящая работа выполнена с целью анализа причин возрастного снижения скорости кровотокапо средним мозговым артериям. Исследуемые величины скорости кровотока оценивали с помощью метода ультразвуковой допплерографии (датчик на 2 МГц). Исследования выполнены в состоянии физического покоя и при проведении функциональной мышечной пробы (сжатие кистевого эластического эспандера)у 30 практически здоровых людей в возрасте 18-60 лет и у 30 больных в возрасте 5-62 лет с врожденным отставанием в росте одной из нижних конечностей в процессе ее оперативного удлинения по Илизарову на 3-7 см (в среднем на 4,5 см).Обнаружено возрастное снижение скорости кровотокапо средним мозговым артериям у здоровых обследуемых и еще более выраженное у больных с ортопедической патологией.Выявлена также взаимосвязь величин скорости кровотокапо средним мозговым артериям контрлатеральной стороны мозга и степени отставания пораженной конечности в продольных размерах у больных. Показано, что снижение скорости кровотокаявляется необходимым условием сохранения ауторегуляции мозгового кровотока, при нарушении которой с увеличением возраста, а также у больных в процессе лечения существенно снижается их работоспособность.
Бесплатно
Современные аспекты процедуры выравнивания трансфеморальных и транстибиальных протезов
Статья обзорная
Выравнивание протеза играет важную роль в реабилитации людей с потерей нижней конечности. Целью данной работы был систематический обзор исследований по выравниванию протезов и выделение основных результатов, а также соображений по внедрению процедур выравнивания. В процессе обзора проводился поиск научных статей в базах данных Scopus , PubMed и IEEE . Для определения распространенности процедур выравнивания протезов с технической и алгоритмической точек зрения использовалась методология PRISMA (Предпочтительные пункты отчетности для систематических обзоров и мета-анализов). Были рассмотрены следующие данные из статей: популяционные экспериментальные характеристики, результаты измерений и метрик, параметры процедуры выравнивания и влияние выравнивания протезов на результаты реабилитации. Качество работ оценивалось с помощью тринадцати заранее разработанных критериев. Большинство исследований в выборке были оценены как низкокачественные на основании нашей формальной оценки. Исследования показали, что изменения момента реакции приёмной гильзы, силы реакции на опору, давления на приёмную гильзу со стороны конечности, пространственно-временных данных и комфорта пациента, как правило, зависят от приёмной гильзы, углов наклона стопы и движения стопы. При проведении исследований по выравниванию особое внимание уделялось способу передвижения, использованию обуви, времени аккомодации и количеству испытаний. В литературе представлена ограниченная информация об особенностях и результатах процедур выравнивания. Доказательства не отличаются высоким качеством и относятся в основном к людям с транстибиальной ампутацией.
Бесплатно
Современные исследования техники спусков в горнолыжном спорте и их перспективы в XXI веке
Статья научная
Существующие методы оценки техники спусков основываются на данных видеозаписи, проводимые в течение многих лет тензометрические исследования находятся на стадии экспериментов. Разработанная и реализованная автором на практике комплексная методика оценок технической и тактической подготовленности представила возможность изучения ее уровня у большого контингента горнолыжников. Установлены значения корреляционных связей между результатами соревнований и уровнем технической подготовленности горнолыжников. Представлены соображения автора в виде прогноза о развитии методов исследований техники спусков горнолыжников в XXI веке.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена современным представлениям о взаимосвязи пародонтита и бруксизма, обусловленного нарушением биомеханики нижней челюсти. Целью работы явилась оценка эффективности применения программы медицинской реабилитации, включающей в себя базовый реабилитационный комплекс, фотодинамическую терапию с гелем «Ламифарен», музыкотерапию, лечебную физкультуру для мышц челюстно-лицевой области, флюктуоризацию и амплипульстерапию у пациентов с хроническим генерализованным пародонтитом и бруксизмом. Представлены результаты комплексного обследования, диагностики и лечения 85 пациентов с хроническим генерализованным пародонтитом средней степени тяжести и бруксизмом, при лечении которых применяли фотодинамическую терапию, амплипульстерапию, музыкотерапию, лечебную физкультуру, флюктуоризацию. При исследовании использовались данные дентальной и компьютерной томографии, электромиографии. Дана характеристика клиническим, функциональным особенностям больных. Разработана программа медицинской реабилитации. Определена эффективность предложенной реабилитационной программы. Положительная динамика клинической симптоматики имела более выраженный характер у пациентов, получавших предложенную программу медицинской реабилитации, чем у пациентов, получавших базовый реабилитационный комплекс. Это проявлялось в сокращении сроков лечения в среднем на 8 дней. Клинически было связано с исчезновением отека, гиперемии десны, боли и кровоточивости при зондировании и при приеме пищи, восстановлением плотноэластической консистенции десны, правильной конфигурации маргинальных сосочков и всего десневого края. Лечение по данной программе пациентов с хроническим генерализованным пародонтитом средней степени тяжести и бруксизмом было достоверно клинически эффективным. Доказана высокая эффективность применения предложенной реабилитационной программы с включением физиотерапевтических технологий при лечении хронического генерализованного пародонтита и бруксизма.
Бесплатно
Создание биосовместимого антибактериального покрытия для эндопротезов на основе карбоната кальция
Статья научная
Описывается методика решения одной из основных проблем современного эндопротезирования - вопрос повышения биосовместимости имплантируемого материала с организмом человека с целью предотвращения и устранения перипротезной инфекции. Согласно современным источникам, перипротезная инфекция является самой частой причиной ревизионного эндопротезирования. Возможное развитие послеоперационных осложнений на фоне несовместимости материалов с высоким риском летального исхода усиливает важность усовершенствования предмета обсуждения. Решение проблемы представляется в создании на поверхности имплантата специализированного покрытия. В качестве базовой основы предлагается использовать минеральную соль неорганического происхождения - карбонат кальция. Выбор матрицы обусловлен биохимическими особенностями соединения, основные из которых - высокоразвитая удельная поверхность и биосовместимый с организмом человека состав. В качестве модификаторов, обеспечивающих антибактериальное действие, предлагаются цинк и антибиотик ванкомицин. В результате исследования разработана 3 D -модель эндопротеза локтевого сустава, обеспечивающего его надежную фиксацию в костном стволе. Исследовано напряженно-деформируемое состояние эндопротеза; получены значения запаса прочности отдельных элементов модели, синтезировано биосовместимое покрытие на основе карбоната кальция; произведена его модификация антибактериальными агентами; получены фотографии микрочастиц оболочки, определены их средний размер и индекс полидисперсности; произведен биохимический анализ с использованием микроорганизмов, являющихся наиболее частыми возбудителями инфекционного поражения в послеоперационный период; выявлены зоны угнетения микроорганизмов и на их основе определена наиболее эффективная концентрация действующих веществ. Результаты демонстрируют подтверждение положительного влияния на динамику уровня биосовместимости, тем самым доказывают антибактериальный эффект разработанного покрытия.
Бесплатно
Создание заданных усилий в фиксаторах, изготовленных из сплавов с памятью формы
Статья научная
При восстановлении переломов костной ткани обломки необходимо жестко фиксировать. Для этого применяются различные виды фиксаторов, в том числе и фиксаторы, изготовленные из сплавов с памятью формы. Одной из проблем остеосинтеза является создание в области перелома благоприятных напряжений, способствующих ускоренному восстановлению костной ткани. Для решения этой проблемы в работе рассматривается математическая модель фиксатора для остеосинтеза переломов нижней челюсти. Модель основывается на определяющих соотношениях для сплавов с эффектом памяти формы. На основе модели приводится техника предоперационной подготовки для создания требуемых усилий в фиксаторе при установке в костную ткань. При этом фиксатор не деформируется (т.е. полная деформация фиксатора равна нулю), и тем самым минимизирована потенциальная возможность травмы окружающих мягких тканей. Техника предоперационной подготовки сведена к параметрам (сила и перемещение точек крепления фиксаторов), которые удобны для использования медиками в предоперационном планировании.
Бесплатно
