В работе изложены результаты теоретических и прикладных исследований, посвященных актуальной проблеме разработки высокоэффективных аналитико-экспериментальных методов для оценки физико-механических свойств биоматериалов и биоструктур на основе технологий наноиндентирования и атомно-силовой микроскопии. Представлен анализ реализации ряда механико-математических моделей, построенных для решения таких сложных проблем, как задача выбора/построения механико-математической модели, максимально приближенной к описанию естественного состояния рассматриваемой гетерогенной среды, задача, связанная с определением момента непосредственного контакта внедряемого индентора в объект и учет в методиках оценки физико-механических свойств биоструктур сил, проявляющихся на наномасштабном уровне (сил адгезии и др.). Результаты клинических испытаний содержат результаты исследования гемореологических модификаций, вызванных изменением физико-механических характеристик эритроцитов под влиянием ишемической болезни сердца, острого коронарного синдрома и эффективность включения в комплексную терапию пациентов с острым коронарным синдромом ультрафиолетовой модификации крови и экстракорпоральной аутогемомагнитотерапии в основе технологий наноиндентирования и методологии обработки данных, полученных в данной работе.

Ключевые слова: физико-механические свойства эритроцитов, модели вязкоупругости дробного порядка, модифицированный алгоритм Крика, острый коронарный синдром.

Эритроциты – высокоспециализированные клетки, основной функцией которых является транспорт кислорода. Они лишены ядра и митохондрий, однако сохранили многие элементы молекулярных сигнальных путей. При выполнении транспортной функции эритроциты изменяют свои механические свойства и в том числе деформируются и объединяются в комплексы – агрегаты. Имеются отдельные свидетельства того, что изменение механических свойств эритроцитов происходит под влиянием сигнальных молекул, таких как рецепторы, ферменты и ионные каналы. С учетом вышесказанного целью исследования было изучение микромеханических ответов эритроцитов на стимулирование мембранных рецепторов, ионных каналов и ферментов. Для этого эритроциты инкубировали с агонистами адренорецепторов, стимуляторами и ингибиторами ферментов и ионных каналов мембраны с последующей регистрацией их деформируемости и агрегации. Было показано, что адреналин умеренно повышает деформируемость эритроцитов вместе с выраженным подъемом их агрегации (на 34 %), агонист альфа-1-адренорецепторов фенилэфрин мало изменял деформируемость эритроцитов, но сильно стимулировал агрегацию эритроцитов, прирост составил 53 %. Напротив, стимулирование бета-адренорецепторов изопротеренолом привело к выраженному приросту деформируемости эритроцитов на 19 % и лишь умеренному снижению их агрегации. Более существенные и позитивные сдвиги деформируемости эритроцитов наблюдали в условиях изменения активности ферментов. В среднем прирост деформируемости составил 14 %. Стимулирование входа Са2+ в эритроциты или блокирование ионных каналов достоверно изменяло их деформируемость и агрегацию, особенно под влиянием блокатора Са2+-каналов верапамила. Наиболее сильный эффект Са2+ наблюдали в отношении агрегации, она изменялась в среднем на 44 %. Полученные данные позволяют заключить, что механические свойства эритроцитов и их транспортные возможности статистически достоверно изменяются под влиянием активации или ингибирования элементов молекулярных сигнальных каскадов клеток (рецепторов, ферментов и ионных каналов).

Ключевые слова: эритроциты, механические свойства, деформируемость, агрегация, мембрана, рецепторы, ионные каналы, ферменты.

Предметом исследования является перемещение зуба в процессе ортодонтического лечения зубочелюстной аномалии. Одной из главных задач ортодонтии является определение места приложения и величины системы сил для обеспечения запланированного перемещения. В клинической практике и меют место случаи, когда в процессе лечения зуб совершает нежелательное перемещение, травмируются ткани пародонта или же сам процесс затягивается. В целях сокращения количества нежелательных явлений, управления процессом, прогнозирования лечения указывается на необходимость сотрудничества специалистов из области медицины вместе с биомеханиками. С точки зрения авторов, удобными понятиями для исследования ортодонтического перемещения зубов являются понятия «центр сопротивления зуба» и «область сопротивления зуба», свойства которых приводятся. С использованием предложенных объектов, задача ортодонтии может быть поставлена как задача теории оптимизации. Критерий оптимизации выбирается из соображений минимизации разницы между запланированным перемещением и тем, которое возможно осуществить в конкретной ситуации. Решение задачи демонстрируется на примере трех клинических ситуаций: лечение диастемы, исправление экструзии, исправление наклона зуба. Результаты в виде значений силовых величин получены и сравнены с известными из литературы экспериментальными значениями.

Ключевые слова: биомеханика зубочелюстной системы, ортодонтия, центр сопротивления, область сопротивления, оптимизация.

В работе анализируется методика коррекции прикуса с учетом количественных показателей состояния зуюочелюстной системы человека. На основании алгоритма коррекции прикуса с учетом физиологических диапазонов нормальных значений стоматологических параметров, определяющих положение прикуса, проведен анализ влияния этих параметров на усилия жевательных мышц и реакцию височно-нижнечелюстного сустава. При увеличении угла ANB, отвечающего за переднезаднее положение нижней челюсти относительно черепа, величины усилий жевательных мышц и реакции височно-нижнечелюстного сустава практически линейно возрастают. Почти аналогичная картина зависимостей величин усилий жевательных мышц и реакции височно-нижнечелюстного сустава характерна для угла жевательной эффективности DoA за исключением правой границы нормальных физиологических значений, при которых величина усилия в передней медиальной крыловидной мышце и величина реакции височно-нижнечелюстного сустава начинает уменьшаться. Получено также, что при увеличении угла наклона нижней челюсти FH–ML величины усилий жевательных мышц и реакция височно-нижнечелюстного сустава практически линейно убывают. В ходе анализа влияния точки приложения реакции височно-нижнечелюстного сустава, отвечающей за положение диска относительно суставных поверхностей мыщелка и ямки и бугорка височной кости, было получено, что при нахождении диска в физиологическом положении усилия жевательных мышц меняются незначительно, а при выходе из этого положения в переднее положение величины усилий в поверхностной и передней медиальной крыловидной мышцах, а также величина реакции височно-нижнечелюстного сустава резко начинают возрастать. Совместный учет влияния точки приложения реакции и стоматологических параметров в физиологических диапазонах их нормальных значений позволит, по мнению автора, уточнить прикус, назначенный стоматологом в рамках физиологических нормальных значений стоматологических параметров, чтобы при окончательной постановке прикуса ни одна из жевательных мышц не была перегружена по сравнению с другими, а также чтобы диск височно-нижнечелюстного сустава не был перегружен.

Ключевые слова: зубочелюстная система человека, коррекция прикуса, усилия жевательных мышц, реакция височно-нижнечелюстного сустава, суставной диск, методика коррекции.

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.

Ключевые слова: биомеханика конечности, экзопротез нижней конечности, подография.

Резистивные артерии кровеносной системы являются предметом диагностических исследований для опосредованного исследования микроциркуляционного русла. При неизмененном уровне общего артериального и венозного давлений скорость кровотока, измеряемого в резистивных артериях, зависит именно от состояния соответствующих резистивных артерий, образующихся при их ветвлениях. Автор использовал ультразвуковой прибор «Dop 8/4» (Германия) с четырьмя входами для зондов со встроенным самописцем. По динамике изменения скорости кровотока в лучевой и в подколенной артериях во всех отведениях после стандартной ишемии во время развития постишемической гиперемии можно судить о состоянии ветвлений резистивных артерий и о кровенаполнении микроциркуляционного русла. Для описания реакций резистивных артерий во всех отведениях, которые контролируют периферическое сопротивление и микроциркуляцию нами был введен коэффициент микроциркуляции k, который является отношением общего постишемического кровотока к среднему значению объемного фонового кровотока. Физический смысл коэффициента микроциркуляции – это отношение постгиперемического кровотока в четырех отведениях одновременно к усредненному фоновому кровотоку в единицу времени. Необходимость оценки периферической системы диктуется активным участием микроциркуляции в развитии заболеваний сердечно-сосудистой системы, нервно-гуморальных, эндокринных изменений, ангиологических патологий, заболеваний опорно-двигательной системы, при реконструктивных операциях, при постоперационном периоде и многих других патологических ситуациях. Прямые неинвазивные методы исследования микроцирлуляции способствуют усовершенствованию тактики лечения болезней и их осложнений, в особенности при гипертонии, диабетической стопе, реконструктивных операциях, переломах, варикозном расширении вен, атеросклеротических явлениях, при аллергиях, при болезни Рейно и др.

Ключевые слова: резистивные артерии, микроциркуляция, коэффициент микроциркуляции.

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, 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.

Ключевые слова: компьютерная биомеханика, разделы естествознания, образовательная программа, компетенции, учебная практика, научная работа студентов.