В работе рассматривается численное моделирование течения неньютоновской жидкости методом контрольного объема, моделирующего течение крови в кровеносном сосуде со стенозом, при этом реологические свойства крови описываются обобщенной степенной моделью. Исследуется влияние числа Рейнольдса и степени стеноза на поведение жидкости. Показано, что при степени стеноза 75% максимальные значения скорости вдоль оси канала, давления и напряжений на стенках канала больше, чем при 25 и 50%-ной степени стеноза. Показано, что для дилатантной жидкости пиковые значения этих величин наибольшие, а для ньютоновской жидкости - минимальные.

Бесплатно

Течение многокомпонентной смеси в желудке и двенадцатиперстной кишке с учетом функциональных нарушений: результаты численного моделирования для определения кислотности

Камалтдинов М.Р., Трусов П.В., Зайцева Н.В.

Статья научная

Работа посвящена некоторым аспектам развития математической модели для описания течения смеси в антродуоденуме. Детально представлены материалы для численного исследования распределения уровня pH в антродуоденальном отделе желудочно-кишечного тракта. В состав однофазной многокомпонентной смеси включены растворенные на молекулярном уровне компоненты: соляная кислота, гидрокарбонат натрия, вода и продукт реакции кислоты и щелочи. Учитываются функциональные нарушения четырех участков антродуоденума по выполнению секреторной и моторной функций. Математическая постановка задачи включает в себя уравнения сохранения массы и импульса для компонент смеси с учетом массовых источников за счет секреции компонент и реакции нейтрализации. На стенках антродуоденума с учетом перистальтического движения в предположении прилипания частиц среды задаются кинематические граничные условия. На остальных границах исследуемой области (сечения входа/выхода) задаются значения массовых долей компонент первой фазы, давление и условия равенства нулю касательных компонент вектора напряжений. Для определения уровня pH смеси через концентрации компонент получены два алгебраических уравнения третьего и четвертого порядков. Идентификация параметров модели выполнена на основе литературных данных и проведенных ультразвуковых исследований. В расчетных сценариях исследуется влияние изначально повышенной кислотности (например, за счет принятой кислой жидкости) на динамическое распределение кислотности в тракте в зависимости от объема и pH жидкости, наличия функциональных нарушений секреции щелочи, моторики антрума. Показано, что напитки с pH = 2,3 обладают повреждающим потенциалом для слизистого покрова стенки тракта, особенно при наличии нарушений секреции щелочи. Предложенные в статье подходы в дальнейшем могут быть использованы для предоставления индивидуальных рекомендаций по потреблению напитков и пищи с повышенной кислотностью.

Бесплатно

Тип прикрепления хряща в синовиальном суставе позволяет дифференцировать суставной и волокнистый хрящи - численный анализ при бороздящем нагружении

Чадова М., Дениэл М., Галло Л.М.

Статья научная

Суставной хрящ, мениск и суставной диск в синовиальных суставах являются хрящевидными структурами, которые различаются по составу и выполняемым функциям. Поскольку функционирование и развитие хряща зависит от условия его механического нагружения, было предположено, что различные виды хряща в синовиальном суставе могут различаться по типу прикрепления, и это оказывает влияние на напряжения и деформации в ткани. На основе численных расчетов пороупругой модели методом конечных элементов показано, что прикрепление суставного хряща к кости повышает давление интерстициальной жидкости, которое снижает нагрузку твердого матрикса и обеспечивает условия для развития гиалинового хряща. Боковое прикрепление образца в случае суставного диска и мениска приводит к значительному увеличению оттока жидкости и соответствующему повышению деформации упругого матрикса, что, возможно, объясняется более высоким содержанием фиброзной ткани. Было показано, что разница между хрящевыми тканями при различных видах крепления к синовиальному суставу в значительной степени предопределяется его механическими условиями нагружения, что оказывает влияние на его фенотип.

Бесплатно

Тождественные электрические модели биологических объектов

Зуев А.Л., Судаков А.И., Шакиров Н.В.

Статья научная

Для математической обработки биоимпедансных измерений используются эквивалентные схемы замещения различной степени сложности. Значения параметров, входящих в электрические модели, определяются неоднозначно. Они чаще всего находятся из условия минимума квадратичного отклонения измеренной величины от нелинейной аппроксимирующей. В настоящей работе обсуждаются известные четырех- и пятиэлементные эквивалентные схемы замещения биологических объектов. Используя правила расчета электрических цепей параллельного и последовательного соединений активных и реактивных элементов, выводятся формулы для импедансов моделей Фойхта, Максвелла и лестничной. Обсуждается задача установления условий тождественности для трех пятиэлементных моделей, состоящих из трех резисторов и двух конденсаторов. Задача сводится к решению системы нелинейных уравнений с пятью неизвестными. Считая параметры одной модели известными, решая систему из пяти уравнений, находят неизвестные параметры второй модели. Приводятся аналитические выражения, устанавливающие соответствие между моделями. Как частные случаи из полученных в работе соотношений вытекают известные условия тождественности для четырех- и трехэлементных моделей. В тех случаях, когда кривая зависимости модуля импеданса имеет асимптоты при частоте, стремящейся к нулю и бесконечности, можно рекомендовать аппроксимацию экспериментальных результатов проводить с использованием модели Фойхта. А затем находить параметры других моделей из условий тождественности. Если спектральная характеристика модуля импеданса имеет асимптоту при частоте, стремящейся к нулю, то рациональнее находить параметры, входящие в модель Максвелла или лестничную модель. В том случае, когда времена релаксации исследуемой модели отличаются на порядки, аппроксимацию экспериментальных данных проще осуществлять, используя модель Фойхта.

Бесплатно

Трансформация электромиографического профиля мышц при патологической ходьбе

Петрушанская К.А., Витензон А.С.

Статья научная

На основании электромиографических (ЭМГ) исследований различных видов патологической ходьбы рассмотрены наиболее типичные формы трансформации ЭМГ-профиля мышц: 1) уменьшение электрической активности мышц в течение локомоторного цикла: либо равномерное, либо с преимущественной редукцией в области максимальных значений (в зоне М); первый вариант встречается при поражении нервно-мышечных структур, второй имеет функциональный генез, так как связан с изменением биомеханических условий работы мышц при ходьбе; 2) увеличение электрической активности мышц в течение цикла с пролонгированием ее максимумов из зоны М в зону У (умеренной активности); 3) полное перемещение максимумов электрической активности в другую фазу цикла, обычно из зоны М в зону У. Высказано предположение, что все формы трансформации ЭМГ-профиля мышц, за исключением резкого равномерного снижения активности при поражении нервно- мышечных структур, имеют афферентное происхождение. Эти формы изменения ЭМГ-профиля, вероятно, обусловлены нарушением биомеханических условий работы мышц при патологической ходьбе, в частности, увеличением или уменьшением нагрузок на мышцы.

Бесплатно

Трехмерный конечно-элементный анализ влияния ударной нагрузки от импактора переменной массы на распределение напряжений на поверхности "кость - имплантант"

Джеббар Н., Бачири А., Бутабут Б.

Статья научная

Применение имплантатов в стоматологии получило широкое распространение. Имплантаты, как правило, устанавливаются в частных стоматологических клиниках квалифицированными врачами. Биоматериалы - это материалы, которые предназначены для контакта с живой тканью и/или с биологическими жидкостями для оценки лечения изменения стандартов или замены любой ткани, органа или функции организма. Цель статьи - сравнить различия в напряжениях по Мизесу в системе «кость - имплантат» при ударном взаимодействии со сферическим и коническим имкаторами различной массы для того, чтобы подобрать подходящий материал коронки и защитить ткани, окружающие имплантат. Представлена геометрия модели для исследования проблемы контакта между двумя твёрдыми телами (коронка, импактор) без трения на границе «кость - имплантат» Рассмотрена задача о взаимодействии импактора с коронкой зуба, решённая методом конечных элементов. Были выполнены расчёты, где варьировалась масса импактора обеих форм. Результаты показали, что часть нагрузки передавалась на коронки костной ткани; причём в кортикальной кости напряжения были выше, чем в губчатой. Максимально напряжение по Мизесу, создаваемое сферическим импактором, ниже по сравнению с коническим импактором. При большой массе импактора напряжения могут быть критическими и привести к нарушению сплошности имплантата, а также кортикальной и губчатой костных тканей, как было показано в этом анализе. Распределение напряжений и их величина зависят от массы импактора, а при варьировании массы импактора вид кривых был идентичный. Показано, что напряжения по Мизесу увеличиваются с возрастанием массы импактора на имплантате и окружающих его тканях (кортикальные и губчатые кости).

Бесплатно

Трехмерный конечно-элементный анализ влияния утраты дентального имплантата на распределение напряжения в имплантационном протезе нижней челюсти

Розов Р.А., Хигучи К.У., Брунски Д., Трезубов В.Н., Смердов А.А., Мишнев М.Л.

Статья научная

Имплантационный протез может иметь всего три опорных имплантата, и утрата одного из них может повлечь за собой потерю всей конструкции. Каркасом конструкции Trefoil является стандартная балка из высокопрочного титана. При циклическом нагружении металлов и металлических конструкций возникает эффект, уменьшающий прочностные характеристики - усталость. Предел усталости - значение напряжений, ниже которых разрушить конструкцию циклической нагрузкой невозможно. Целью работы является выбор тактики ведения пациента с утратой дистального имплантата и ее обоснование на основании результатов трехмерного конечно-элементного анализа влияния утраты одного дентального имплантата на биомеханику имплантационного протеза нижней челюсти с тремя опорами. Моделирование нагружения мостовидного протеза осуществлялось с помощью пакета для конечно-элементного анализа Ansys 19.3. Решалась задача определения напряженно-деформированного состояния протеза и его составных частей - имплантатов и непосредственно каркаса - балки. По полученным значениям напряжений делался вывод о состоянии металлических конструкций при циклическом силовом воздействии. Геометрическая модель представлена нижней челюстью, включающей компактный и губчатый слои, мостовидной конструкцией с двумя имплантатами, ввернутыми в резьбу губчатого слоя, и зубами, закрепленными на имплантационной конструкции. Для ее получения использованы результаты компьютерной конусно-лучевой томограммы реального пациента. Конечно-элементная модель состоит из 383 507 тетраэдральных элементов второго порядка и 619 339 узлов. Составные части соединены между собой контактными элементами типа Bonded , имитирующими жесткое соединение без проскальзывания. В соответствии со значением предела усталости для нагруженной титановой имплантационной конструкции 220 МПа сделан вывод о том, что при нагрузке 100 Н конструкция протяженного протеза, в которой возникают максимальные напряжения 154 МПа в случае нагружения левой части челюсти, может выдержать неограниченное количество циклов нагружения. Определена врачебная тактика при возможном выключении из функции или удалении одного из трех опорноудерживающих имплантатов конструкции Trefoil : необходимо отказаться от демонтажа протеза до момента реимплантации.

Бесплатно

Трибология клеток хряща в биореакторе

Вежхольский К.

Статья научная

Темой данного исследования являются аспекты оптимизации выращивания клеток сустава человека с точки зрения трибологии. Для этого используются системы управления с целью изменения различных параметров течения биологических жидкостей (давление, скорость, колебания, величины сил трения), омывающих клетки в биореакторе. В работе описывается прототип мини- биореактора, разработанный для решения этих задач. При построении моделей течения вязкой жидкости в пограничном слое и потенциального течения будут использованы уравнения гидродинамики с граничными условиями для биологических жидкостей, омывающих клетки, а также образцы ткани суставного хряща. С помощью аналитических и численных методов будут определены поля скоростей вязкоупругой, неньютоновской, биологической и питательной жидкостей, а также силы трения, возникающие вблизи поверхностей клеток в процессе выращивания. Кроме того, будут учтены потенциальные течения жидкостей, которые обеспечивают питание хрящевого сустава после трансплантации. Будет проведено сравнение значений сил трения, которые определялись аналитически и численно, с величинами, измеренными атомно-силовым микроскопом. Аналитическое и численное решения будут получены с использованием современных методов гидродинамики тонкого слоя, гипо- и гиперупругости мягких тканей.

Бесплатно

Углерод-углеродные материалы для ортопедии и травматологии

Синани И.Л., Щурик А.Г., Осоргин Ю.К., Бушуев В.М.

Статья научная

Описаны строение и особенности производства углерод-углеродных композиционных материалов, пригодных для использования при оперативном хирургическом лечении дефектов костной ткани. Установлена взаимосвязь свойств углерод-углеродных композиционных материалов с наполнителем из пакетов ткани Урал-ТМ/4 при изменении скорости движения зоны пиролиза и градиента температуры в процессе осаждения пироуглеродной матрицы. Этим обеспечена возможность достижения уровня механических свойств материала «Углекон-М-Т», сравнимых со свойствами нативной кортикальной кости. Поверхность имплантатов из этого материала была герметизирована нанесением слоя тонкодисперсного углерода, уплотнённого и покрытого слоем пироуглерода в одном технологическом цикле. Накопленный опыт клинического применения имплантатов из этого материала позволяет использовать их для оперативного хирургического лечения травм и замещения дефектов костной ткани.

Бесплатно

Удар по спортивному мячу

Рудаков Р.Н., Подгаец Р.М.

Статья научная

На основе классической теории удара рассмотрен отскок спортивного мяча сферической формы от ударяющего тела и неподвижной плоскости. Исследованы случаи удара по неподвижному и движущемуся мячу. Построена достаточно общая теория определения скорости движения центра масс мяча и угловой скорости его вращения после удара.

Бесплатно

Управление биологическим ростом как задача механики

Логвенков С.А., Штейн А.А.

Статья научная

Сформулированы общие принципы математического моделирования биологического роста как совокупности взаимосвязанных транспортных и ростовых процессов с учетом регуляторных механизмов различной природы. Задача о движении корня в почве дает пример механохимического управления в нормальном развитии: устойчивость прямолинейного роста обеспечивается взаимодействием ростовых свойств корня и его гравирецепторной реакции. Рассмотрен также пример управления искусственно организованным ростом - дистракционным остеогенезом в длинной кости, закрепленной в аппарате внешней фиксации. Замедлить развитие неустойчивости этого процесса возможно выбором подходящего режима растяжения, отслеживающего развивающиеся напряжения.

Бесплатно

Управление движением антропоморфного робота по принципу естественных синергий у человека

Александров А.В., Фролов А.А., Мергнер Т., Хеттик Г., Фролов А.М.

Статья научная

Введенный изначально в области исследования живых систем принцип двигательного управления, основанный на независимом контроле движений вдоль собственных векторов динамического уравнения (естественных синергий) во время вертикального стояния у человека, предлагается использовать для управления движениями вертикально стоящего антропоморфного робота PostuRob II с пневматическими приводами, действующими в тазобедренном и голеностопном суставах. Предлагаемый принцип двигательного управления осуществляется с помощью двух независимых пропорционально-дифференциальных контроллеров с временными задержками в петлях обратной связи для каждой из двух естественных синергий. Представлены результаты экспериментов с движениями робота, которые осуществлялись под управлением пропорционально-дифференциальных контроллеров с теоретически найденными параметрами обратной связи, обеспечивавшими устойчивость управления. В работе продемонстрировано, что организация двигательного управления антропоморфным роботом на основе независимого контроля естественных синергий может обеспечить устойчивое управление движениями антропоморфного робота, несмотря на наличие задержек в петлях управления по обратной связи порядка сотен миллисекунд и такие неучтенные при моделировании управляющего контроллера факторы, как различного рода нелинейности, шумы, неточности показаний сенсоров, трение, люфты и т.д. Приводятся результаты исследования переходных характеристик управления, которые наблюдались в экспериментах с роботом PostuRob II.

Бесплатно

Управление деформацией ферроэластов с помощью магнитного поля

Райхер Ю.Л., Столбов О.В.

Статья научная

В работе описаны характерные свойства новых функциональных материалов - мягких магнитных эластомеров (ММЭ), сформулирован континуальный подход к их моделированию и записана система уравнений изотермической равновесной магнитомеханики этих сред. Для простейшего геометрического тела - сферы - рассмотрен вызываемый намагничиванием стрикционный эффект, который в реальных ММЭ достигает сотен процентов. В пределе малых деформаций задача имеет точное решение, которое противоречит известной гипотезе о том, что в результате стрикции шар принимает форму сфероида. Выполненное сравнение с экспериментом показало, что линейное приближение (малые деформации) пригодно при вытяжке тела до 15%. Для конечных деформаций разумные результаты дает модель, в которой использованы простое (пусть и не строгое) приближение сфероида и уравнение магнитного состояния, учитывающее насыщение намагниченности. Применение гигантской стрикции мягких магнитоэластов рассматривается как перспективный путь создания искусственных биосистем, в частности, в процессах биотехнологии.

Бесплатно

Управление динамикой антропоидного экзо-устройства с пятью звеньями

Блинов А.О., Борисов А.В., Каспирович И.Е., Киргизбаев Ж.К., Мухарлямов Р.Г.

Статья научная

Проблемы управления антропоидными системами, содержащими большое количество шарнирно соединенных абсолютно твердых звеньев, для своего решения требуют создания методов математического моделирования робототехнических систем твердых тел, изменяющих свою геометрию под действием внутренних усилий. Целью исследования является создание пространственной управляемой модели экзоустройства, близкой по подвижности к опорно-двигательному аппарату человека и проведение ее численного исследования. Методами исследования являлись методы математического моделирования динамики механических систем уравнениями Лагранжа второго рода, их численного решения. Исследуется динамика 3D-модели антропоидного экзоустройства, состоящего из пяти абсолютно твердых управляемых звеньев с шарнирными соединениями. Модель отличается от ранее рассмотренных ограничениями подвижности в шарнирах, соответствующим двигательным возможностям реального опорно-двигательного аппарата чело-века. Углы в модели отсчитываются не от вертикали или горизонтали, как принято их вводить в работах по моделированию антропоморфных механизмов, а между осями локальных систем координат, совпадающими со звеньями, что приближает модель к реальному прототипу, в котором изменяются углы между звеньями. Управляющие моменты, действующие в шарнирах, реализуют движения, соответствующие опорно-двигательному аппарату человека. Динамика системы описывается уравнениями Лагранжа второго рода, со-ставленными с использованием локальных систем координат и матриц поворота. Управляющие моменты, обеспечивающие необходимые свойства движения, определяются методами решения обратных задач динамики. В результате решения обратной задачи динамики, установлено, что в опорной ноге в фазах отталкивания и торможения возникают кратковременные значительные величины управляющих моментов, поэтому необходимы электрические приводы, используемые для управления, способные создавать кратковременных импульсный значительный крутящий момент. Вычисленные затраты энергии являются значительными. Следовательно, необходимы автономные источники энергии с большой емкостью при минимальной массе, чтобы не оказывать существенного влияния на динамику антропоидной системы. Результаты могут быть использованы при разработке экзоскелетов, антропоморфных роботов, скафандров, манипуляторов.

Бесплатно

Управление с обратной связью в классической системе типа «хищник-жертва»

Русаков С.В., Чирков М.В.

Статья научная

На основе классической системы популяционной динамики типа «хищник-жертва» поставлена задача управления. Анализируется случай, когда значения параметров системы неизвестны, а значения фазовых переменных могут быть измерены в любой момент времени с необходимой точностью (кибернетическая модель «белый ящик»). Управление означает возможность добавлять (убавлять) в систему извне любое необходимое количество «жертвы». Задача описана нелинейной системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Цель управления заключается в обеспечении асимптотической стабилизации численности «хищника» около заданного значения. С помощью первого метода Ляпунова проведено исследование устойчивости управления. Получены ограничения на параметры системы уравнений, при выполнении которых решение является устойчивым (неустойчивым) узлом или устойчивым (неустойчивым) фокусом. Поскольку параметры системы неизвестны, достижение цели управления возможно только при использовании алгоритмов управления с обратной связью. Рассмотренный алгоритм основан на использовании регулятора ПИД (пропорционального, интегрального, дифференциального). С использованием критерия Рауса-Гурвица получены ограничения на управляющие параметры. Для данной системы установлено основное функциональное назначение составных частей ПИД-регулятора. Показано, что для рассматриваемой системы недостаточно ПИ-регулятора и только наличие дифференциального слагаемого обеспечивает возможность устойчивого управления для любого соотношения параметров системы. Приведены результаты вычислительных экспериментов с различными наборами управляющих параметров. Рассматриваемое управление переводит систему в устойчивое стационарное состояние при выполнении полученных ограничений. Также рассмотрены вопросы идентификации параметров модели. Показано, что использование управления в виде ПИД-регулятора позволяет эффективно решать обратную задачу определения параметров классической системы «хищник-жертва».

Бесплатно

Упругая линейная, билинейная, нелинейная экспоненциальная и гиперупругие модели кожи

Муслов С.А., Перцов С.С., Чижмаков Е.А., Асташина Н.Б., Никитин В.Н., Арутюнов С.Д.

Статья научная

Результаты одноосных механических испытаний, проведенных на коже спины верхней, средней и нижней её части in vitro были сопоставлены с линейной, билинейной и нелинейной экспоненциальной, а также пятью гиперупругими моделями. Результаты показали, что деформационные свойства тканей зависят от её местоположения и наилучшим образом описываются экспоненциальной функцией σ = a ·(exp( b ·ε) - 1), где a и b - материальные константы, зависящие от локализации и направленности образцов по отношению к линиям Лангера. Определены параметры упругих дифференциальных модулей E (ε) тканей (минимальные, средние и максимальные значения). Дифференциальный модуль упругости является инкрементальным (возрастающим с деформацией от 8.57 до 154.44 МПа), а уравнение регрессии имеет вид E = a · b ·exp( b ·ε) ( r = 0.998) и весьма точно характеризует его упругое поведение. Модуль Юнга образцов, параллельных линиям Лангера выше, чем в косом (45º) и поперечном направлении, а в средней части спины больше, чем в верхней и нижней части ( E ср(ε) = 56.59, 35.76, 21.74 МПа, соответственно), коэффициент упругой анизотропии равен 3.49. Рассмотрены линейная ( r = 0.965) и билинейная ( r = 0.967) упругие модели и определены численные значения параметров моделей. Для изучения гиперупругих свойств кожи были использованы: неогуковская, Муни-Ривлина, Огдена, полиномиальная и Веронда-Вестманн ( V - W ) феноменологические модели. Расчеты производились в системе компьютерной алгебры Mathcad 13.0 и многоцелевом пакете программ ANSYS 2022 R 2. Определены параметры моделей и теснота корреляционной связи между опытными и расчетными данными. Коэффициент корреляции использовался как критерий соответствия моделей и реальных свойств тканей. Наибольшую корреляцию с экспериментальными значениями продемонстрировала полиномиальная модель ( r = 0.9997) и модель Веронда-Вестманн ( r = 0.999), наименьшую - неогуковская ( r = 0.935). Значения модулей Юнга и других упругих и гиперупругих характеристик тканей сравнивались для изучения факторов, влияющих на механическое поведение кожи спины человека.

Бесплатно

Упругая податливость и кровоснабжение дистракционного регенерата

Щуров В.А.

Статья научная

Обследовано 108 пациентов в возрасте от 7 до 33 лет с врожденным или приобретенным отставанием в продольном росте одной из нижних конечностей на 2-11 см до и после её оперативного удлинения по методу Илизарова. С помощью тензометрической установки по величине взаимного сближения спиц аппарата Илизарова, выходящих из большеберцовой кости выше и ниже дистракционного регенерата, оценивали жесткость костного регенерата при ступенчатом по 10 кГс увеличении функциональной осевой нагрузки на конечность. Показано, что в процессе удлинения голени скорость кровотока в артериях костного регенерата, определяемая методом высокочастотной ультразвуковой допплерографии, существенно повышалась. С увеличением длительности периода фиксации показатель податливости костного регенерата уменьшался, снижаясь в течение первого месяца в три раза. В период дистракции с каждым шагом ступенчато возрастающей функциональной нагрузки показатель «податливость костного регенерата» становился больше, а в период фиксации - изменялся равномерно. Податливость дистракционного регенерата в период фиксации возрастала при увеличении его высоты до 6 см, а затем становилась меньше, поскольку от концов костных отломков осуществлялась его компактизация. Скорость кровотока в сосудах регенерата по мере увеличения функциональной нагрузки на конечность становилась ниже. После окончания оперативного удлинения конечности о зрелости регенерата можно судить не только по величине его податливости, но и по величине переносимой функциональной нагрузки, при которой не наблюдалось нарушения кровообращения в его сосудах.

Бесплатно

Упруго-прочностные свойства периорбитальных тканей при различных офтальмопатологиях

Иомдина Е.Н., Филатова И.А., Ситникова Д.Н.

Статья научная

Проведено сравнительное изучение упруго-прочностных свойств тканей верхнего века (кожи, леватора, круговой мышцы) при его опущении (птозе), кожи нижнего и верхнего века, бровей и конъюнктивы с рубцовыми деформациями, а также свободных трансплантатов (избытка кожи верхнего века, кожи заушной области и внутренней поверхности плеча, слизистой губы), используемых для реконструктивно-пластического хирургического лечения. Представлены результаты механических испытаний 400 образцов данных тканей, полученных при оперативном лечении птоза и травматического повреждения 194 пациентов в возрасте от 3 до 80 лет. Выявлены особенности, связанные с возрастом, тяжестью птоза и видом травматического повреждения. Установлены соответствия ключевых биомеханических параметров реконструируемой и трансплантируемой ткани, которые могут служить критерием для выбора наиболее адекватного трансплантата при реконструктивном лечении рубцовых деформаций периорбитальной области

Бесплатно

Упругость и вязкость поверхностных тканей грудной клетки человека

Дьяченко А.И., Веремьева М.В., Фомина Е.С.

Статья научная

Целью работы являлось определение вязкоупругости поверхностных мягких тканей грудной клетки человека. С помощью вибрационного вискоэластометра ВВЭМ-5 измерили упругость Е и вязкость V слоя поверхностных мягких тканей, находящегося под индентором, колеблющимся на частоте 40 Гц. При этом использовали реологическую модель Фойгта. Применяя модель однородного вязкоупругого слоя, расположенного на жестком основании, нашли величины модуля сдвига µ и коэффициента сдвиговой вязкости η среды слоя поверхностных тканей. В исследованиях участвовали 12 здоровых добровольцев - мужчин в возрасте от 19 до 22 лет. У каждого испытуемого измерили вязкость и упругость, а также толщину слоя поверхностных мягких тканей, расположенных в шести различных точках на правой стороне поверхности грудной клетки. Для более наглядного представления о характере распределения упругости и вязкости тканей по поверхности грудной клетки величины упругости и вязкости представлены как в виде исходных размерных, так и в виде относительных величин, нормированных на средние значения упругости и вязкости данного испытуемого. Всего проведено 323 измерения вязкости и упругости. Обнаружено, что распределения величин вязкости и упругости не являются нормальными, они больше похожи на логнормальные. В пяти из шести точек измерения вязкоупругих свойств у всех испытуемых проводились в фиксированных областях. Исследовали локальные различия вязкости и упругости тканей в этих областях. Обнаружили, что вязкость поверхностных тканей, расположенных ближе к подмышечной впадине, больше, чем в других исследованных областях грудной клетки. Таким образом обнаружены локальные различия вязкости тканей и рассмотрена проблема влияния вязкоупругости поверхностных тканей на результаты измерения вибраций тканей с использованием контактных датчиков.

Бесплатно

Упругость и релаксационные свойства ротовой жидкости

Рожков А.Н.

Статья научная

Исследование направлено на создание метода реологического тестирования упруговязких жидкостей, капли которых при растяжении формируют утончающиеся нити, т.е. проявляют свойство прядомости. Типичным представителем таких жидкостей является ротовая жидкость (или смешанная слюна). Среди прочего реологические особенности ротовой жидкости активно влияют на механизмы передачи инфекции воздушно-капельным путем. В данной работе ротовая жидкость исследовалась как с точки зрения участника процесса передачи инфекции, так и как модель для изучения реологии упруговязких жидкостей. В основе метода - видеозапись растяжения капли тестируемой жидкости между ножками пинцета и последующего самопроизвольного утончения сформированной капиллярной нити жидкости. Процесс управляется конкуренцией сил инерции, упругости, капиллярности. Путем анализа видеозаписи удается проследить вклад каждого фактора и в рамках реологического уравнения состояния (модели) Олдройда/Максвелла определить численные значения всех констант модели. Полученные реологические характеристики ротовой жидкости позволят теоретически моделировать процессы формирования капель ротовой жидкости при чихании, кашле, разговоре, а также процессы столкновения капель с защитными масками, фильтрами и другими препятствиями. В целом предложенный метод реологического тестирования применим для изучения широкого класса упруговязких жидкостей, в том числе и биологических. Среди последних - бронхиальная мокрота, синовиальная жидкость, жидкости репродуктивных функций и др. Метод отличает простота проведения опыта и использование элементарного оборудования.

Бесплатно

Журнал