Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 777
Статья научная
С позиции биомеханики исследуется влияние модуля упругости губчатой и кортикальной кости на напряженное состояние в области пластинчатого имплантата с пористыми вставками. Математическая модель напряженного состояния представляет контактную задачу теории упругости для имплантата и тела челюсти. Контактные граничные условия между деформируемыми телами моделируются с помощью метода штрафных функций. Приближенное численное решение для напряженного состояния костных тканей при окклюзионной нагрузке на имплантат получено с помощью метода конечных элементов. С помощью указанной модели исследовано влияние модулей упругости кости челюсти на напряженное состояние вокруг пластинчатого имплантата.
Бесплатно
Статья научная
Разработанная авторами ранее эффективная модель нелинейно- упругой роговицы глаза применена к иссследованию ее напряженно- деформированного состояния при нагружении вогнутым штампом и тонометром Шиотца - конструкцией, составленной из независимо перемещающихся вогнутого штампа и стержня (плунжера). Показано, что в обоих случаях выполняется условие геометрической малости деформаций. Учет нелинейности дает значительное увеличение минимальнных значений растягивающих напряжений: возможность появления сжимающих напряжений становится менее вероятной. Изучено влияние нелинейности на связь между измеряемой непосредственно характеристикой деформации роговицы - заглублением плунжера - и давлением под тонометром (тонометрическим). Оказалось, что при достаточно больших тонометрических давлениях нелинейность практически не влияет на эту зависимость, однако неучет нелинейности приводит к заметному занижению оценки тонометрического давления по заглублению для низких давлений (ниже 20-25 мм рт. ст.). Это имеет место независимо от жесткости роговицы. Учет нелинейности, как и увеличение жесткости, несколько сдвигает кривую давление-заглубление в сторону зависимости, стандартно используемой при обработке результатов измерения. Такое сближение более заметно для меньшего веса плунжера.
Бесплатно
Влияние околососудистой среды на механические свойства артериальной стенки
Статья научная
Исследовано влияние околососудистой среды (мускульной и соединительной тканей) на механические свойства здоровой сонной артерии в нормальном физиологическом состоянии. Вычисления проведены на примере сонной артерии кролика. Артерия представляется как двуслойный толстостенный цилиндр под действием кручения, растяжения и раздувания. Используется модель анизотропного несжимаемого нелинейно упругого материала. Предполагается, что артериальный сосуд окружен упругой средой, имеющей свойства винклеровского основания. Получено в квадратурах аналитическое представление компонент тензора напряжений. Проведен сравнительный анализ околососудистых сред с различной степенью жесткости.
Бесплатно
Влияние остеоартроза коленного сустава на биомеханические показатели тазобедренного сустава
Статья научная
Цифровая визуализация биомеханических исследований костно-мышечной системы с помощью безмаркерного захвата движений при остеоартрозах весьма актуальна. Целью исследования является установление особенностей влияния остеоартроза коленного сустава на биомеханические показатели тазобедренного сустава у людей в возрасте 40-65 лет. В исследовании приняло участие 42 человека без симптоматических признаков остеоартроза коленного сустава (контрольная группа) и 31 человек с билатеральным остеоартрозом коленного сустава (экспериментальная группа) в возрасте 40-65 лет. Методом безмаркерного захвата движений зафиксированы значимые различия между группами контрольной и экспериментальной в кинематике тазобедренных суставов и во временных показателях, полученных при проведении теста ( p ≤ 0,01). Для выполнения теста в экспериментальной группе требуется 1,94 ± 0,09 с ( X ± SD ), а в контрольной группе - лишь 1,72 ± 0,07 с ( p ≤ 0,01). Существенные различия зафиксированы в фазу опоры: у экспериментальной группы - 0,78 ± 0,03 с, у контрольной - 0,62 ± 0,03 с ( p ≤ 0,01). Во второй и третьей фазах существенных различий между контрольной и экспериментальной группами не обнаружено. Показано, что при выполнении теста люди, страдающие остеоартрозом коленного сустава, имеют бóльшую флексию бедра (на 21 %), чем люди без остеоартроза коленного сустава. В контрольной и экспериментальной группах существенные различия найдены между доминантными нижними конечностями. В экспериментальной группе тазобедренные суставы доминантных конечностей находились в положении бóльшей наружной ротации (на 25 %) по сравнению с контрольной группой. Также обнаружено, что в конце теста тазобедренные суставы доминантных конечностей испытуемых экспериментальной группы находились в менее отведенном положении (на 49 %), чем в контрольной. Существенные различия между тазобедренными суставами доминантной и недоминантной конечностей зафиксированы внутри контрольной группы, т.е. недоминантная конечность имела бóльшие моменты наружной ротации (на 31 %), чем доминантная конечность ( p ≤ 0,01). Данные различия могут обозначать, что люди, страдающие остеоартрозом коленного сустава, претерпевают гораздо большее напряжение в хрящах тазобедренного сустава, что потенциально может привести к развитию и/или прогрессированию остеоартроза в тазобедренном суставе.
Бесплатно
Статья научная
Данная работа посвящена изучению влияния комплексного лечения с применением ботулинотоксина на биомеханическую структуру ходьбы детей с диплегической формой детского церебрального паралича. Исследования проводились многократно у больной детским церебральным параличом на протяжении курса традиционного восстановительного лечения, в частности до введения ботулинотоксина, а затем через 7, 11, 17 и 23 дня после введения. Исследования показали, что ботулинотерапия в сочетании с традиционными методами реабилитации приводят к неоднозначным изменениям биомеханической структуры ходьбы. С одной стороны, наблюдается резкое снижение скорости ходьбы, трансформация временной структуры шага, значительное уменьшение устойчивости, редукция угловых перемещений в суставах ног, ослабление опорной и толчковой функций конечностей. С другой стороны, отмечается некоторое снижение рекурвации в коленном суставе и эквинуса в голеностопном суставе. В целом у данной больной наблюдается ухудшение биомеханической структуры ходьбы. Авторы полагают, что необходимы более эффективные методы формирования нового двигательного навыка, в частности фазовая электрическая стимуляция мышц или опорная стимуляция, так как коррекция проприорецептивной импульсации может в какой-то степени способствовать нормализации деятельности нарушенных структур нервной системы. С точки зрения авторов, необходимо целенаправленное формирование нового двигательного навыка непосредственно после введения ботулинотоксина.
Бесплатно
Статья научная
Проведено математическое моделирование с целью изучения влияния проницаемости поясков Каспари по отношению к воде и растворенным веществам на формирование корневого давления. Показано, что давление в сосудах ксилемы, приводящее к остановке вытекания жидкости на срезе корня (корневое давление), уменьшается при увеличении проводимости поясков Каспари по отношению к растворенным веществам при фиксированной гидравлической проводимости. Однако если пояски Каспари проницаемы только для воды и непроницаемы для растворенных веществ, то изменения корневого давления не наблюдаются.
Бесплатно
Влияние разновысокости нижних конечностей на биомеханические параметры ходьбы
Статья научная
С целью исследования влияния разновысокости ног на биомеханические параметры ходьбы с помощью аппаратно-программного комплекса «Диаслед-Скан» обследованы группы больных с отставанием в росте одной конечности на 1-12 см до лечения (65 человек) и после уравнивания длины конечностей. Обнаружено, что у больных с отставанием в росте конечности с возрастом при ходьбе увеличивается нагрузка на стопу пораженной конечности, относительно больше повышается нагрузка на передний отдел стопы и сила заднего толчка, уменьшается площадь траектории центра давления. После уравнивания длины конечностей нормализуются временные параметры локомоций, улучшаются рессорная и балансировочная функции пораженной конечности.
Бесплатно
Статья научная
Не определено, при каких значениях силы мышц голени и бедра после их удлинения признаки локомоторной декомпенсации опорных реакций стоп при ходьбе будут минимальны. Изучение взаимосвязи силы мышц нижних конечностей и опорных реакций стоп актуально в оценке реабилитационного периода и в выборе сроков повторных этапов удлинения. Цель - оценка взаимосвязи силы мышц бедра, голени и опорных реакций стоп после удлинения сегментов нижних конечностей. Методиками подографии («ДиаСлед-Скан») и динамометрии (стенды разработаны в РНЦ «ВТО») обследовано 98 больных ахондроплазией 6-18 лет до и через 1-5 лет после удлинения бедра на 7-10 см и голени на 8-15 см. Исследование тыльных сгибателей стопы проводили при изменении угла в голеностопном суставе от 80 до 115°. Полного восстановления до исходного уровня силы мышц голени через 1-5 лет не выявлено ни в одной возрастной группе. Сниженные параметры силы мышц бедра до 60% и голени до 30% при сохраненной амплитуде движений в суставах не влияют на показатели опорных реакций стоп при ходьбе, регистрируется нормальная подограмма при медленном темпе ходьбы. «Правило оптимума походки» проявляется за счет снижения переднего толчка: более сильные мышцы подстраиваются под менее сильные. Отсутствие нормализации изометрического максимума Бликса через один год после удлинения свидетельствует о том, что сохраняется преобладание увеличенного растяжения мышц. Повторное удлинение голени целесообразно после нормализации изометрического максимума Бликса - регистрации максимальных значений силы мышц тыльных сгибателей стопы при ее установке под углом 95° и значениях переднего толчка на подограмме не менее 50% от возрастной нормы.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты структурно-функционального анализа поверхностного слоя образцов костной ткани после их механической обработки и стерилизации. Из цилиндрических заготовок, полученных из фрагментов диафиза бедренной кости быка с использованием полых фрез, изготавливали на прецизионном отрезном станке костные образцы заданной высоты с применением дисковых фрез. При этом одну из торцевых поверхностей костных образцов обрабатывали стальным отрезным диском с зубьями, а вторую - дисковой фрезой с алмазным напылением режущей кромки. Полученные образцы стерилизовали разными методами: озоновым, радиационным и комбинированным, основанным на сочетанном озоно-кислородном воздействии, - на первом этапе и радиационным на втором. После механического и стерилизующего физико-химического воздействия определяли упруго-пластические свойства (показатель микротвёрдости по Виккерсу) поверхностного слоя на торцах цилиндрических костных образцов. При изучении закономерностей изменения структуры торцевых поверхностей образцов использовали сканирующую электронную микроскопию. Установлено преимущество механической обработки костных образцов отрезной дисковой фрезой с алмазным напылением режущей кромки по сравнению с дисковой фрезой с отрезной кромкой в виде зубьев. Исследование упруго-пластических характеристик поверхностного слоя костных образцов в микрообъемах показало, что стерилизующее физико-химическое воздействие озоно-кислородной смесью, радиационной обработкой потоком быстрых электронов с дозами радиационного поглощения 10, 15 и 20 кГр, а также их комбинированное воздействие не оказывает существенного влияния на показатели микротвердости образцов.
Бесплатно
Статья научная
Целью данной статьи было подробное изучение влияния межпозвоночной стабилизации в сегменте шейного отдела позвоночника на биомеханику этого отдела, в частности, на подвижные сегменты, примыкающие к точке введения дополнительной жесткости позвоночник. Исследование было проведено на сегментах шейного отдела трупов овец. Были исследованы неповрежденные позвоночники и позвоночники после внутренней стабилизации с использованием костных имплантатов и металлических пластин. Были проанализированы изменения по отношению к нагрузкам и изменению жесткости позвоночника.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены два вида приложения к конечности внешних сил, обеспечивающих осевые нагрузки на бедренную кость. Для каждого вида приложения внешних сил определены реакция в тазобедренном суставе, суммарные моменты мышечных усилий тазобедренного сустава и значения усилий мышц бедра m. illiopsoas и m. gluteus maximus. Проведена сравнительная характеристика рассмотренных схем нагрузок. Установлены особенности нагружения тазобедренного сустава в течение различных фаз периодического движения нижней конечности.
Бесплатно
Статья научная
Цель исследования - сравнительный анализ биомеханических показателей ходьбы пациентов с различным уровнем ампутации нижней конечности на экзопротезе при фиксированном темпе ходьбы. Объектом исследования являлись 25 пациентов с ампутацией на уровне бедра и 25 пациентов с ампутацией на уровне голени (42 мужчины и 8 женщин), пользующихся серийно выпускаемыми протезами нижней конечности, а также 50 здоровых лиц (17 мужчин и 33 женщины). Оценка ходьбы всех групп проводилась на аппарате « Walkway », представляющем низкопрофильную напольную систему с барорецепторами в виде дорожки, в произвольном темпе и в двух фиксированных темпах - 80 шагов в минуту (0,8 м/с) и 50 шагов в минуту (0,4 м/с). Исследованы наиболее информативные биомеханические показатели ходьбы с учетом требований ГОСТ Р 53871-2010 к методам оценки реабилитационной эффективности протезирования нижних конечностей. Проводился сравнительный анализ изменения пространственно-временных (темп ходьбы, время ходьбы, расстояние, скорость ходьбы, период шага, время шага, длина шага, ширина шага, цикл шага, период опоры, период переноса, период одиночной опоры, период двойной опоры, коэффициент ритмичности ходьбы) и динамических (максимальной силы, импульса силы, максимального пикового давления) показателей ходьбы пациентов с различным уровнем ампутации нижней конечности на экзопротезе при различных темпах ходьбы. Результаты представлены в виде таблиц и графиков, отражающих распределение изучаемых показателей. Полученные данные необходимы для оценки отклонений биомеханических показателей пациентов, пользующихся протезами нижних конечностей, от нормы ходьбы здоровых людей.
Бесплатно
Статья научная
Анализ процессов взаимодействия лазерного излучения с биотканями и механизмов их разрушения позволяет предположить, что разумная организация временной структуры лазерных импульсов может дать выигрыш в эффективности теплоотвода за счет увеличения скорости удаления ткани, что позитивно повлияет на размеры зоны термического повреждения и как следствие приведет к ускорению постоперационного восстановления. В работе представлены результаты исследования процессов разрушения биоткани лазерными импульсами с длиной волны 1,06 мкм и регулярной временной структурой. Управление временной структурой импульса осуществлялось с помощью периодической модуляции потерь. Контролировались энергия и временная структура импульсов излучения. Регистрировались акустические волны, возникающие при воздействии излучения на биоткань, а также проводился анализ структуры зон разрушения. Результаты эксперимента показали, что в режиме с регулярной структурой импульса излучения мощность в пиках импульса излучения на порядок превышает мощность пиков в режиме свободной генерации. Вследствие этого тепловое поле характеризуется значительными пульсациями температуры, что приводит к существенному вкладу в разрушение биоткани термоакустического эффекта, сопровождаемому интенсивным процессом кавитации. Измерение характерных параметров зон разрушения - объема кратера (Vкр), объема зоны термического повреждения (Vз) показали, что при периодической структуре импульсов облучения эффективность разрушения биоткани приблизительно в 1,5 раза выше, а фактор инвазивности на 30-35% меньше, чем при воздействии импульсов излучения с хаотической структурой, характерной для режима свободной генерации.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты сравнения измерений внутреннего давления на упругую сферическую оболочку, моделирующую глазное яблоко, с помощью бесконтактного лазерного автодина и тонометра Маклакова. Показано, что величина измеренного давления зависит от толщины упругой сферической оболочки, моделирующей глазное яблоко. При измерении контактным тонометром установлено, что изменение толщины оболочки примерно на 100 мкм влечет за собой изменение давления на 10 мм рт. ст. При бесконтактном измерении оценка давления проводилась по параметрам движения участка оболочки под действием пневмоимпульса с использованием полупроводникового лазерного автодина. Полученные результаты показали, что использование в качестве информационного параметра отношения величины прогиба и ускорения позволяет уменьшить ошибку измерения внутреннего давления, связанную с различной толщиной оболочки.
Бесплатно
Влияние ультрафиолетового кросслинкинга на биомеханику роговицы
Статья научная
Ультрафиолетовый кросслинкинг роговицы - лечебная методика, основанная на сшивании компонентов стромы роговой оболочки за счет ее ультрафиолетового облучения (370 нм) в сочетании с рибофлавином. В представленной работе исследовано влияние растворов изоосмотического рибофлавина, рибофлавина с декстраном, рибофлавина с гидроксипропилметилцеллюлозой и ультрафиолетового облучения (370 нм, 3 мВт/см2, 30 мин) на прочностно-механические свойства свиной роговицы. По этому же критерию изучено воздействие ультрафиолетового излучения без рибофлавина и полимера декстран. Ультрафиолетовый кросслинкинг с использованием рибофлавинсодержащих растворов вызывал значимое увеличение модуля продольной упругости (модуля Юнга) свиных роговиц (от 164 до 198%) и повышение их предела прочности (от 181 до 242%) по сравнению с интактным контролем. Существенных различий исследуемых показателей между группами, где использовались испытуемые растворы рибофлавина, не обнаружено. Декстран оказывал дегидрирующее действие на роговицу, чем способствовал увеличению ее жесткости. Ультрафиолетовое воздействие без рибофлавина значительно в меньшей степени обеспечивало устойчивость роговиц к растяжению и влияло на их прочностные свойства.
Бесплатно
Статья научная
Восстановление утраченных биомеханических свойств резецированных или ампутированных корней зуба решается путем их армирования стандартными эндодонто-эндооссальными или трансдентальными имплантатами. На разработанной математической модели проведено численное исследование методом конечных элементов зависимости перемещений эндодонто-эндооссального имплантата и напряжений в окружающей его костной ткани от различных уровней резекции корня зуба и приложенной функциональной нагрузки, действующей вертикально на окклюзионную поверхность зуба. Задача рассматривалась в осесесимметричной постановке. Компьютерная модель зубочелюстного сегмента включала десну, однокорневой зуб премоляр, эндодонто-эндооссальный имплантат, периодонт, компактную кость альвеолы, губчатую кость, с учетом механических свойств материалов каждого из элементов системы. Рассмотрено несколько вариантов резекции корня зуба: удаление 1/3 корня, 1/2 и 2/3 на первом и втором этапах после установки имплантата. Первый этап представляет собой небольшой промежуток времени, когда после установки имплантата еще не произошла его остеоинтеграция с костной тканью; второй этап - остеоинтеграция имплантата с костной тканью произошла, удаленный объем заполнился губчатой костью. В данной работе приводится сравнительный анализ с проведенными ранее исследованиями, в которых методом конечных элементов аналогично изучались зависимости напряженно-деформированного состояния трансдентального имплантата и окружающей его костной ткани от различных уровней резекции корня зуба и приложенной вертикальной нагрузки к окклюзионной поверхности на первом и втором этапах после установки имплантата.
Бесплатно
Влияние утомления мышц на кинематику движений при гребле на байдарке
Статья научная
В работе исследованы изменения кинематической структуры гребкового движения вследствие утомления. В эксперименте принимали участие юные гребцы в возрасте 15-16 лет, имеющие квалификацию первого спортивного разряда и кандидата в мастера спорта. При прохождении дистанции 1000 м на гребном эргометре происходила регистрация динамических параметров каждого гребка с непрерывной видеозаписью. С использованием полученных видеоматериалов проводился анализ гребковых движений в различные фазы гребка по ряду кинематических пар: весло-вода, туловище-вертикаль, вращение туловища вокруг вертикальной оси, туловище-плечо, плечо-предплечье. Показана возможность определения параметров гребкового движения и оценки изменения кинематических характеристик гребка под воздействием утомления.
Бесплатно
Влияние характеристик резьбы на первичную стабильность дентальных имплантатов
Статья научная
Одним из ключевых факторов успеха дентальной имплантации является остеоинтеграция - срастание имплантата с костью. Чрезмерная микроподвижность на поверхности имплантат - кость при нагружении нарушает остеоинтеграцию. Возникает естественный вопрос: нельзя ли минимизировать микроподвижность за счет управления конструкционными характеристиками имплантата, в частности резьбы? В работе изучается влияние характеристик резьбы (профиля, глубины и шага) на стабильность дентальных имплантатов при немедленном нагружении (первичную стабильность), когда остеоинтеграция еще не произошла и на интерфейсе имплантат - кость нет полного сцепления. Изменение профиля резьбы моделировалось вариацией угла наклона сторон профиля с последовательным переходом от треугольной через трапециевидную и квадратную резьбу к шиповой. Минимумы максимальных перемещений на интерфейсе имплантат - кость получены для квадратного и шипового профилей. Их величины составляют микроны, что соответствует данным других работ. влияние глубины и шага резьбы изучалось на квадратном профиле. Установлено, что увеличение глубины резьбы с 0,1 до 0,4 мм (как и уменьшение шага резьбы от 2,0 до 0,4 мм) приводит к уменьшению осадки имплантата (глобальной подвижности) на 3-6% и к значимому (кратному) монотонному падению перемещений на интерфейсе. Таким образом, профиль резьбы оказывает существенное влияние на микроподвижность на поверхности имплантат - кость при нагружении: при одинаковых значениях окклюзионной нагрузки и наблюдаемой макроподвижности зуба он может менять микроподвижность в разы. Минимумы микроподвижности получены для квадратного и шипового профилей. Максимумы локальных перемещений возникают на апексном витке резьбы.
Бесплатно
Влияние частиц износа на поведение и биомеханические свойства поверхности кость-имплантат
Статья научная
Цель данной статьи - описать влияние частиц износа, образующихся при сочленении несущих поверхностей тотального протеза сустава, на поверхность кость.имплантат. Субмикронные частицы мигрируют в эффективное пространство сустава и стимулируют клетки, находящиеся в фиброзной ткани, испустить молекулярный сигнал. Цитокины активируют остеобласты и вследствие этого может наступить потеря костной ткани. Это ослабляет фиксацию кость.имплантат и в некоторых случаях вызывает асептическое расшатывание протеза.
Бесплатно
Внедрение цилиндра с различной формой торцевой поверхности в вязкоупругое полупространство
Статья научная
В ходе разработки медицинского оборудования и обработки результатов экспериментов по исследованию биоматериалов возникает необходимость описания процесса взаимодействия рабочего инструмента с мягкими тканями. При этом необходимо учитывать не только механические свойства исследуемой ткани, но и технические характеристики оборудования, такие как форма поверхности инструмента и скорость процесса взаимодействия. С этой целью в данной работе построена контактная модель, описывающая внедрение с постоянной скоростью осесимметричного жесткого цилиндра с различной формой торцевой поверхности в вязкоупругое полупространство. Для описания механического поведения полупространства использовалась теория линейной вязкоупругости, а в качестве вязкоупругой модели, определяющей вид функции релаксации материала полупространства, выбрана трехпараметрическая модель стандартного вязкоупругого тела. Получены распределение контактного давления под поверхностью цилиндра, а также зависимость приложенной нагрузки от глубины внедрения для различных форм контактирующей поверхности цилиндра. Исследовано влияние формы поверхности основания цилиндра, скорости его внедрения в полупространство и релаксационных свойств полупространства на характеристики контактного взаимодействия. При описании механического поведения биологической ткани также была рассмотрена одномерная стержневая модель стандартного вязкоупругого тела. Для упрощенной модели также получены распределение контактного давления под поверхностью цилиндра с различной формой торцевой поверхности и зависимость прикладываемой нагрузки от времени. Произведено сравнение результатов, полученных с ипользованием модели сплошной среды и одномерной стержневой модели. Определены случаи, когда целесообразней для описания взаимодействия инструмента с биологической тканью использовать упрощенную модель.
Бесплатно
