Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 925
Статья научная
Травма шейного отдела спинного мозга сопровождается выраженными функциональными нарушениями верхних конечностей, причем нарушение функции кисти является превалирующим. Прогноз восстановления функции, оценка в динамике силовых, пространственных координаторных и других параметров для оценки адекватности проводимого лечения требует обязательного применения современных достоверных инструментальных методов. Наиболее информативными у данной категории больных являются методы биомеханики, использование которых должно быть общепринятым. В обзоре отражен современный подход к изучению функции кисти с использованием методов биомеханики. Приведены данные о применении биомеханических методов при изучении функции кисти у пациентов с травмой шейного отдела спинного мозга с учетом структуры двигательных нарушений кисти.
Бесплатно
Биомеханическая оценка исходов лечения пациентов с травмой таза
Статья научная
С помощью многокритериального биомеханического исследования проведена сравнительная оценка функциональных исходов хирургического и консервативного лечения 50 пациентов с повреждениями костей таза. Исследование включало следующие методики: определение опороспособности нижних конечностей, подографию, гониографию, определение опорных реакций стоп, осциллографию угловых отклонений таза и плечевого пояса в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Сроки исследования составили 6 месяцев, 1 год и 2 года после проведенного лечения. Выполненное биомеханическое исследование выявило объективные признаки более полного восстановления функциональных возможностей опорно-двигательного аппарата пациентов с повреждениями костей таза в сроки 6-12 месяцев после чрескостного остеосинтеза. У пациентов со стабильными переломами костей таза, пролеченных консервативно, достигается нестойкое улучшение основных биомеханических показателей, характеризующих локомоторный акт передвижения лишь в срок 12 месяцев после лечения. При консервативном лечении больных с нестабильными переломами костей таза функция ходьбы не восстанавливается.
Бесплатно
Биомеханическая устойчивость структур головного мозга к повышению внутричерепного давления
Статья научная
Представлен результат сравнительного анализа биомеханической устойчивости различных структур головного мозга в сопоставлении с витальными функциями и клинической значимостью соответствующих отделов мозга при патологии. Исследования проведены на основе метода микромоторной диагностики в сочетании с инструментальными методами доказательной медицины.
Бесплатно
Статья научная
Исследуются особенности биомеханических характеристик околосуставных мышц у спортсменов игровых видов спорта, перенесших травмы коленных суставов. В исследовании приняло участие 98 спортсменов игровых видов спорта различной спортивной квалификации с травмами коленных суставов в анамнезе. Все спортсмены прошли комплексное обследование: опрос с заполнением анкеты KOOS ( Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score - шкала исхода травмы и остеоартроза коленного сустава); клинический осмотр; ультразвуковое исследование коленных суставов. С целью объективной оценки функционального состояния коленных суставов применяли метод изокинетической динамометрии мышц сгибателей и разгибателей голени с применением системы Biodex System 4 Pro (США). В результате проведенного комплексного обследования у 60 спортсменов выявлены посттравматические изменения суставного гиалинового хряща травмированного коленного сустава и установлен диагноз «посттравматическая хондропатия коленного сустава». Спортсмены с посттравматической хондропатией коленных суставов вошли в первую группу исследования, спортсмены без посттравматических изменений вошли во вторую группу. При изокинетическом тестировании околосуставных мышц коленных суставов у спортсменов первой группы выявлены меньшие силовые возможности мышц сгибателей и разгибателей травмированного коленного сустава по сравнению с интактной конечностью на всех тестируемых угловых скоростях, при этом дефицит силы разгибателей на угловых скоростях 60 и 180 º/с и сгибателей на угловой скорости 60 º/с оценивается как умеренный. У спортсменов без посттравматических изменений коленных суставов значимых различий силовых возможностей околосуставных мышц не выявлено.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается применение методов биомеханики для анализа индивидуальных особенностей походки и осанки. Описывается проведенная авторами биомеханическая экспертиза, которая может быть полезной при идентификации личности. Отмечается, что подобный биомеханический подход может представлять практический интерес как для сотрудников правоохранительных органов, так и специалистов по клинической биомеханике в ситуациях, требующих особого подхода в поисках и оценке судебных доказательств.
Бесплатно
Биомеханические аспекты вторичной деформации зубов
Статья научная
Данная статья посвящена проблеме вторичной деформации зубов, происходящей вследствие образования вакансий в зубном ряду. Авторами рассматриваются развитые в медицине ключевые положения, лежащие в основе объяснения образования вторичной деформации. Далее проводится оценка сложившихся представлений с позиций биомеханики. Анализ начинается с самого понятия вторичной деформации и заканчивается ее рассмотрением на уровне зубочелюстной системы. В результате авторами выявлены и обоснованы с точки зрения биомеханики недостатки приятой в медицине теории о причинах движения зубов в результате потери зуба-антагониста или соседнего зуба. Вследствие чего предлагается новый подход к объяснению явления вторичной деформации, а также развиваются элементы математической модели для последующего численного анализа.
Бесплатно
Биомеханические аспекты замещения дефекта нижней челюсти человека имплантатом
Статья научная
В результате патологии или травмы возможны дефекты в виде полного или частичного разрушения поперечного сечения нижней челюсти человека. Для восстановления нормального функционирования необходимо фиксирование разрозненных частей челюсти или замещение частичного дефекта тем или иным имплантатом. В работе произведен пространственный численный анализ упругого состояния нижней челюсти при основных функциональных нагрузках в здоровом состоянии и при наличии частичного дефекта. Получена оценка влияния положения дефекта на напряженно-деформированное состояние нижнечелюстной кости. Методами статики определены усилия, действующие на кость и имплантат в областях фиксирования последнего с помощью винтов. В предположении о плосконапряженном состоянии исследовано напряженно-деформированное состояние имплантата из углеродного композиционного материала в областях фиксации шурупами.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена возможность создания условий для динамического остеосинтеза с помощью Z-образных и волнообразных накостных малоконтактных пластин при поперечных и косых диафизарных переломах длинных костей. Предложена расчётная методика для определения взаимных перемещений отломков поврежденной кости при использовании предложенных конструкций. Показано, что применение пластин с волнообразным демпфером является более предпочтительным вследствие бoльшего приближения деформативности такой биотехнической системы к деформационным параметрам целой неповрежденной кости.
Бесплатно
Статья научная
Исследуется процесс объемной стерилизации с помощью гамма-облучения композиционного ячеистого материала, активно используемого для замещения костных дефектов в медицине. Целью настоящего исследования является обоснование необходимых доз гамма-облучения при стерилизации высокопористого углеродного материала «Углекон-МЯ» без снижения его механических характеристик. Описывается методика объемной стерилизации исследуемого материала и проверки его на микробиологическую стерильность. Приводятся результаты механических испытаний образцов до и после гамма-облучения. Даются рекомендации по выбору доз ионизирующего излучения, обеспечивающие микробицидный эффект без снижения прочностных свойств при сжатии исследуемого материала.
Бесплатно
Биомеханические и электромиографические исследования ходьбы у лиц с установочным поведением
Статья научная
При обследовании 503 больных с целью выявления степени двигательных нарушений авторами была выявлена группа пациентов с установочным поведением. Выяснение особенностей ходьбы у таких лиц является сложной задачей по нескольким причинам. Прежде всего, имеется явное расхождение клинического диагноза и походки больных во время исследования. На основании инструментальных исследований авторы выявили, что у лиц с установочным поведением формируется уникальный тип походки, который, с одной стороны, не характерен ни для одного заболевания, а с другой стороны, вне зависимости от возраста и диагноза свойственен только пациентам с таким поведением. Для данного типа походки характерны следующие особенности: 1) резкое, неантропоморфное уменьшение длины двойного шага; 2) менее резкое снижение темпа передвижения; 3) несоответствие длины шага темпу передвижения при определенной скорости ходьбы; 4) значительное снижение амплитуды движений во всех суставах нижних конечностей; 5) неадекватная форма вертикальной составляющей опорной реакции и крайне низкая амплитуда продольной составляющей; 6) снижение, вплоть до нивелирования, максимумов электрической активности мышц наряду с увеличением минимальной (фоновой) активности. Полученные данные представляют интерес прежде всего с практической точки зрения, так как врачам-экспертам необходимы объективные инструментальные доказательства установочного поведения. Вероятной причиной различий ходьбы настоящих больных и лиц с установочным поведением является изменение соотношения темпа и длины шага при одной и той же скорости передвижения, что является еще одним доказательством ранее выявленной закономерности: ходьба в разном темпе и ходьба с разной длиной шага представляют собой две самостоятельные задачи. Возможность независимой фиксации темпа и длины шага и их различное влияние на параметры ходьбы свидетельствуют о том, что существуют отдельные механизмы для управления обеими переменными.
Бесплатно
Статья научная
В востановительном периоде инсульта пациент приобретает такой вид стереотипа ходьбы, который связан с работой сохранных двигательных единиц. При попытках пациента восстановить двигательную активность организм мобилизирует оставшиеся возможности, минимизирует энергетические затраты и изменяет естественные алгоритмы движений. Упрощение алгоритмов ходьбы связано в основном с тем, что минимизируется разновидность движений и количество вовлекаемых мышц в ходьбу. Так, нормальный стереотип ходьбы, связанный с работой голеностопного, коленного и тазобедренного суставов, сменяется патологическим, который характеризуется работой в основном только тазобедренного сустава. Работа тазобедренного сустава меняется с ротации вокруг оси, перпедикулярной сагиттальной плоскости, на вращение вокруг оси, которая направлена под углом к аксиальной плоскости. Авторы предполагают, что это связано с включением в процесс ходьбы мышц туловища, что обусловлено с большими амплитудами перемещения его центра масс. В статье рассмотрено изменение перераспределения реакций опор между здоровой и пораженной конечностью после инмульта. Изучение биомеханических принципов, влияющих на развитие патологического стереотипа ходьбы, благодаря которым можно понять, как можно повлиять на более быстрое восстановление правильного стереотипа, а также выбрать индивидуальные методики физической реабилитации и ортезирования, позволяющие привести патологический стереотип к норме.
Бесплатно
Биомеханические механизмы действия низкочастотных акустических колебаний на человека
Статья научная
Цель работы обосновать механизмы действия низкочастотных акустических колебаний на человека, обусловленных механическим взаимодействием акустических колебаний с анатомическими структурами тела. Одной из современных особенностей производственного шума является доминирование в шумовом спектре низкочастотного шума и инфразвука высокой интенсивности. Для характеристики этих диапазонов в научной литературе используется термин «низкочастотные акустические колебания», что обусловлено близкими физическими свойствами и биологическим действием на организм человека и животных. Доказано, что инфразвук оказывает неблагоприятное действие на многие органы (дыхание, слух, зрение и др.) и системы человека (центральная и вегетативная нервная и др.) и приводит к развитию заболеваний, в том числе профессиональных (нейросенсорная тугоухость, вестибулопатия, вегетативные нарушения). На основании этого инфразвук включен в перечень вредных производственных факторов. Ряд биологических эффектов формируется за счет прямого механического взаимодействия акустических колебаний с анатомическими структурами тела человека. Длина акустической волны и ее интенсивность являются определяющими параметрами при формировании ответной реакции в организме человека. Взаимодействие низкочастотных акустических колебаний с анатомическими структурами тела необходимо рассматривать как взаимодействие двух механических систем, что приводит к развитию различных физических эффектов в тканях и органах (дифракция, резонанс, упругие волны, кавитация и др.). Последние лежат в основе прямого действия акустических колебаний и приводят к анатомическим повреждениям тканей, конформационным нарушениям клеточных структур и макромолекул, активации рецепторов (механо-, проприо-, вестибулорецепторов и др.). Биомеханическое действие низкочастотных акустических колебаний должно учитываться при нормировании низких частот звукового диапазона и определении способов и средств защиты от низкочастотных акустических колебаний не только органа слуха и головы, но и внутренних органов.
Бесплатно
Биомеханические модели живой ткани
Статья обзорная
Эволюция живого привела к появлению многоклеточных организмов, в которых клетки дифференцируются, специализируясь на выполнении различных функций. Взаимодействуя друг с другом, клетки объединяются в большие группы, формируя ткани организма, и передают функцию управления над собой вышестоящему органу. Такое образование может рассматриваться как сложная биомеханическая система структурных единиц, управляемая химическими сигналами. Развитие компьютерных технологий и быстродействующих вычислительных систем привело к тому, что возникли условия для реалистичного моделирования биомеханики клеточной ткани, в рамках которой воспроизводится как осредненная динамика ткани, так и поведение каждой отдельной клетки. Математическое моделирование позволяет исследовать исторические аспекты эволюции живого, описать морфогенез конкретных организмов, понять процессы заживления в органах при их повреждении, изучить развитие опухолей, помочь в развитии технологии искусственного выращивания тканей. В данной работе представлен обзор работ, посвященных математическим моделям многоклеточной ткани живых организмов. При этом внимание сфокусировано на тех моделях, в которых клетка выделена как структурная единица сложной системы. Биомеханические модели классифицированы по способу задания ткани, по методу конструирования клеток, по размерности формируемой клетками ткани. Обсуждаются силы взаимодействия между клетками, а также топологические перестройки в ткани при интенсивном движении клеток. Рассмотрены результаты некоторых прикладных исследований, в которых было использовано компьютерное моделирование на основе предложенных моделей.
Бесплатно
Биомеханические основы естественного и искусственного вскармливания детей младшего возраста
Статья научная
На формирование зубочелюстной системы наряду с генетическими и другими факторами большое влияние оказывают механические воздействия. Акт сосания является необходимым этапом развития и формирования зубочелюстной системы человека как многоблочной специализированной биомеханической системы. При искусственном вскармливании во многих случаях изменяется механическая нагрузка на блоки жевательного аппарата, что приводит к отклонению в развитии челюстно-лицевой области ребенка и отрицательно влияет на формирование височно-нижнечелюстных суставов. Дисфункция суставов может приводить к сдавливанию и нарушению прямолинейности внутренней сонной артерии. При этом нарушается питание головного мозга, что может вызвать одонтогенный инсульт, приводящий, по статистическим данным, к смерти в 57 % случаев. Неправильное искусственное вскармливание является первичным звеном в цепи функциональных нарушений, являющихся наиболее частыми этиологическими факторами проявления зубочелюстных аномалий. В данной работе на основе биомеханического моделирования разработаны режимы искусственного вскармливания (размеры отверстия в соске, форма соски и т.д.), позволяющие приблизить энергосиловые характеристики к величинам, наблюдаемым при естественном вскармливании, что приведет к снижению частоты появления зубочелюстных аномалий. Поэтому построенные модели естественного и искусственного вскармливания позволяют проводить исследования зубочелюстной системы с позиций биомеханики и открывают для педиатров и стоматологов новые возможности влияния на ее формирование во все периоды жизни ребенка. Благодаря этому можно добиться улучшения диагностики аномалий развития и приобретенных заболеваний с учетом отдаленных последствий врачебного вмешательства.
Бесплатно
Биомеханические основы прогнозирования протекания каротидного атеросклероза
Статья научная
Численно решена серия задач, моделирующих поведение бифуркации сонной артерии в норме и при наличии атеросклеротического поражения. Результаты моделирования проанализированы с целью исследования влияния механических характеристик бляшки на поведение бифуркации сонной артерии. Решение итоговой системы уравнений проводилось методом конечных элементов в системе конечно-элементного анализа ANSYS. Для расчета течения крови был выбран модуль ANSYS CFX, а для расчета напряженно-деформированного состояния стенок применялся модуль Structural ( Mechanical ). Исследовано напряженно-деформированное состояние атеросклеротических бляшек: мягкая бляшка существенно отличается от жесткой, что создает условия для разрыва бляшки под воздействием давления крови и напряжения сдвига. Разница напряжений между жесткой бляшкой и здоровым сосудом при каротидном стенозе создает дополнительные потоки и завихрения, приводит к увеличению бляшки и развитию пристеночных тромбозов. Завихрения потоков и образование участка застоя в ампуле внутренней сонной артерии способствуют дальнейшему увеличению бляшек. Повышенный уровень эффективных напряжений на стыке участков здорового сосуда и пораженного атеросклерозом в случае мягкой бляшки создает условия для отрыва бляшек и дальнейшего тромбообразования. Анализ распределения гемодинамических сил указывает на слабые места в ампуле и узле бифуркации сонных артерий, что должно учитываться при наложении анастомозов во время реконструктивных операционных вмешательств.
Бесплатно
Биомеханические основы шинирования зубного ряда
Статья научная
В данной работе авторы обращаются к общепринятым в медицинской практике принципам, которыми руководствуются при выполнении операции шинирования зубов. Авторы делают попытку рассмотреть накопленный в стоматологии опыт, сведенный к ряду утверждений. В результате анализа оказалось, что часть принципов соответствует механическому представлению о процессах, происходящих при шинировании, а другая - требует пересмотра.
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Статья научная
Определена функциональная стабильность опорно-двигательного аппарата у детей с патологией краниовертебральной области. В работе представлен сравнительный анализ результатов стабило- и статокинезиометрических методов обследований 120 детей основной группы с различной патологией краниовертебральной области посттравматического и диспластического генеза и 18 детей группы сравнения без данной патологии. Изучена возможность использования стабилометрии для оценки статокинематических функций опорно-двигательного аппарата у детей с патологией краниовертебральной области. Показано, что биомеханические показатели пациентов с патологией краниовертебральной области имеют выраженные отличия от показателей группы сравнения. При этом четкого разделения между показателями основных групп выявлено не было, что объясняется преобладанием неспецифических статико-координаторных нарушений над специфическими. Выделены биомеханические критерии функциональных нарушений костно-мышечной системы у этой категории пациентов в виде смещения общего центра массы тела во фронтальной и сагиттальной плоскостях (вперёд и влево), а также увеличения длины статокинезиограммы в 3-4 раза и увеличения скорости колебаний общего центра массы тела в 1,5 раза по сравнению с контрольной группой.
Бесплатно
Статья научная
Современная хирургическая вертебрология считает транспедикулярную фиксацию наиболее эффективным и распространенным методом лечения пациентов с заболеваниями и травмами позвоночника, при которых необходима стабилизация и коррекция. Тем не менее этот способ лечения может сопровождаться быстрым прогрессированием дегенеративно-дистрофических изменений в позвоночно-двигательных сегментах, которые располагаются выше зафиксированных позвонков. Это влечет за собой формирование проксимального переходного кифоза, встречающегося в 26-39% случаев при задней ригидной фиксации позвонков. Считается, что таких постоперационных осложнений можно избежать, если при выполнении операции приводить в норму сагиттальные позвоночно-тазовые взаимоотношения. Предоперационное планирование, проводимое на основе биомеханического моделирования, позволит доказать необходимость выполнения коррекции и фиксации позвоночника в соответствии с индивидуальными параметрами сагиттального позвоночно-тазового баланса. В данной работе выполнено биомеханическое конечно-элементное моделирование хирургической коррекции и фиксации позвоночника для двух моделей: с несбалансированными в сагиттальной плоскости позвоночно-тазовыми отношениями и для сбалансированного позвоночно-тазового комплекса. В качестве исходных данных использовалась компьютерная томограмма и рентгенограмма конкретного пациента, перенесшего операцию на позвоночнике. Результаты конечно-элементного моделирования выявили существенные различия напряженно-деформированного состояния рассмотренных моделей и позволили сформулировать предпосылки формирования и быстрого прогрессирования дегенеративно-дистрофических изменений в позвоночно-двигательных сегментах, которые располагаются выше зафиксированных позвонков, а также обосновать с точки зрения биомеханики необходимость коррекции сагиттального профиля пациента при выполнении операций на позвоночно-тазовом комплексе.
Бесплатно
Биомеханические проблемы прыжка на лыжах с трамплина
Статья научная
Рассмотрены основные фазы прыжка на лыжах с трамплина (разгон, отталкивание, полёт и приземление) и связанные с ними задачи биомеханики. Приведен обзор экспериментальных и теоретических работ, посвященных исследованию различных аспектов прыжка на лыжах с трамплина. Подробно рассмотрены различные методы определения аэродинамических коэффициентов лобового сопротивления и подъёмной силы в фазе полета. Обсуждаются задачи математического моделирования прыжка с трамплина.
Бесплатно
