С точки зрения гидродинамики течение желчи зависит от градиента давления и сокращения стенок. Холедохопанкреатический рефлюкс (т.е. течение пузырной желчи из общего желчного протока в панкреатический проток вместо двенадцатиперстной кишки) считается одной из основных причин возникновения панкреатита (воспаления поджелудочной железы). Понимание причин возникновения рефлюкса с точки зрения физиологии, гидродинамики, биомеханики по прежнему считается сложной задачей. Целью данной работы является разработка перистальтического транспорта течения желчи через проток при рубцовом стенозе как трубке с сужающимися стенками конечной длины. С помощью модели были найдены скорости и распределения давлений вдоль трубки и определены условия возникновения холедохопанкреатического рефлюкса. Применяя метод возмущений были найдены аналитические решения для скоростей и давлений. Зависимость распределения давления в трубке по длине в различные моменты времени построены при различных значениях числа Вайссенберга и безразмерной амплитуды. Было показано, что безразмерная амплитуда имеет большее влияние на характер распределения давлений вдоль трубки, чем число Вайссенберга. Найдены значения градиента давления, соответствующие возникновению рефлюкса. Болле того, отмечено, что величина перепада давления соответствующая нулевому среднему расходу может считаться критерием возникновения рефлюкса.

Ключевые слова: трубка с сужающимися стенками, трубка конечной длины, перистальтика, жидкость Каро, желчь, рубцовый стеноз, фатеров сосок.

Создание биосовместимых протезов трахеи для замещения дефектов данного органа, возникающих при злокачественных новообразованиях и травмах, является актуальной и нерешенной задачей медицины. Перспективным направлением служит создание тканеинженерных конструкций биопротезов трахеи на основе синтетических материалов. Как было показано ранее, матрикс трахеи, сконструированный с использованием метода 3D-прототипирования на основе ультраволокнистного полимерного нетканого материала, армированного полиуретановыми полукольцами, обладал механическими свойствами, приближающимися к нативной трахее. Цель настоящего исследования – сравнительная характеристика механических свойств синтетического матрикса трахеи и полученной на его основе биоинженерной конструкции (биоимплантата) после заселения мезенхимальными мультипотентными (стволовыми) клетками (МСК) собак-реципиентов. Синтетические матриксы трахеи перед имплантацией экспериментальным собакам породы бигль заселяли МСК, полученными из костного мозга собак-реципиентов, которым в последующем имплантировали биоимплантаты в межмышечное пространство. Через один месяц биоимплантаты извлекали и оценивали их прочностные характеристики и показатели упругости с использованием универсальной испытательной машины «Инстрон 5965» с компьютерной системой анализа данных. Показано, что тканеинженерная конструкция на основе синтетического матрикса через один месяц после имплантации экспериментальным животным по своим механическим свойствам достоверно не отличалась от исходного синтетического матрикса трахеи на основе ультраволокнистого полимерного материала. Полученные результаты позволяют заключить, что процесс заселения синтетического матрикса трахеи клетками реципиента в условиях in vitro и при воздействии внутренней среды организма при имплантации собакам существенно не изменяет механических свойств биоимплантата, что свидетельствует о целесообразности проведения дальнейших доклинических исследований с целью оценки перспективности использования биопротеза для замещения дефектов трахеи у онкологических больных и пациентов с травмами трахеи.

Ключевые слова: механические свойства, биоинженерная конструкция, трахея, ультраволокнистый матрикс, мезенхимальные стволовые клетки.

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 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 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. Это позволяет добиться улучшения диагностики аномалий развития и приобретенных заболеваний с учетом отдаленных последствий врачебного вмешательства.

Ключевые слова: биомеханическое моделирование, зубочелюстная система, естественное и искусственное вскармливание, патологии, височно-нижнечелюстной сустав, зубы, жевательный аппарат.

Изучается биомеханика одного типа современных ортезов нижних конечностей – ортопедических аппаратов, дающих возможность гибкой подстройки под конкретного пациента в течение всего периода лечения, что позволяет обеспечить лучшую фиксацию и разгрузку проблемной зоны, уменьшить сроки и улучшить качество лечения. Поскольку перегрузка поврежденного участка чревата осложениями, а его недогрузка приводит к ослаблению и атрофии костно-мышечного аппарата и удлинению сроков реабилитации, важное значение имеет исследование разгрузки конечности при ортезировании, что и составляет главную цель работы. Развивается комбинированный расчетно-экспериментальный подход к изучению биомеханики системы нога–тутор. В эксперименте in vivo продемонстрирован эффект возникновения разгрузки нижней конечности при ее ортезировании для ортезов двух типов. Вводится количественная характеристика разгрузки – коэффициент разгрузки, рассчитываемый как отношение максимальной нагрузки на неортезированную конечность к максимальной нагрузке на конечность в ортезе. Описаны прямые экспериментальные измерения коэффициента разгрузки in vivo с помощью программно-аппаратного комплекса «ДиаСлед» для двух видов ортезов и при разной степени бокового обжатия (оцениваемого на качественном уровне). Для коэффициента разгрузки получены значения от 1 до примерно 2,3 в зависимости от конкретных условий. На основе сравнительных оценок жесткости отдельных элементов системы нога–ортез предложена минимальная базовая биомеханическая модель разгрузки конечности в ортезе и получено соответствующее ей выражение для коэффициента разгрузки. Модель дает для коэффициента разгрузки оценку порядка 1,6–2,1 при отсутствии боковой компрессии (в зависимости от условий контакта конечности с ортезом) и постоянство либо линейное падение нагрузки на конечность с ростом обжатия.

Ключевые слова: биомеханика конечностей, ортезы, туторы, нижние конечности, экспериментальные исследования, разгрузка, ДиаСлед.

Данная работа посвящена биомеханическому и электромиографическому обоснованию применения фазовой электрической стимуляции мышц у детей с гемипаретической формой ДЦП (форма детского церебрального паралича, при которой двигательные расстройства более выражены в одной стороне тела). Под наблюдением находились две группы детей с данной формой ДЦП различного возраста – 8–10 лет (13 детей) и 13–14 лет (12 детей). Наши исследования показали, что возраст детей у данного контингента больных имеет принципиальное значение при разработке различных реабилитационных программ, в том числе программы фазовой электрической стимуляции мышц при ходьбе. Ходьба детей обеих групп характеризуется снижением скорости, темпа и длины шага, уменьшением устойчивости, асимметрией временных, кинематических, динамических и электромиографических параметров. Тем не менее, у больных первой группы отмечается бóльшая симметрия биомеханических и особенно электромиографических параметров. В частности, у них наблюдается общее симметричное снижение активности мышц нижних конечностей с акцентом на мышцы дистальных отделов ног. У больных второй группы оказывается сформированным более компенсированный вид гемипаретической походки, при которой дефект имеет отчѐтливый односторонний дистальный характер и в значительной мере возмещается усилением работы мышц проксимальных отделов нижних конечностей. Полученные результаты указывают на необходимость дифференцированного подхода к реабилитации детей с гемипаретической формой ДЦП в зависимости от возраста. В частности, реабилитация детей младше 10 лет должна осуществляться так же, как у детей с диплегической формой ДЦП (форма детского церебрального паралича, при которой наблюдается двусторонний парадич одноименных частей тела). В аспекте применения фазовой электрической стимуляции это означает, что основным воздействием является коррекция разгибания и отведения в обоих тазобедренных суставах посредством электрической стимуляции больших и средних ягодичных мышц. Данную коррекцию целесообразно сочетать со вспомогательными коррекциями, а именно, с коррекцией тыльного сгибания в голеностопном суставе посредством электрической стимуляции передней большеберцовой мышцы. Основными объектами коррекции у детей с гемипаретической формой ДЦП старше 10 лет является разгибание и отведение в тазобедренном суставе и тыльное сгибание в голеностопном суставе только на паретичной нижней конечности. С нашей точки зрения, такой дифференцированный подход должен распространяться не только на метод фазовой электрической стимуляции мышц при ходьбе, но и на другие методы восстановления двигательных функций у детей с гемипаретической формой ДЦП разного возраста.

Ключевые слова: гемипаретическая форма детского церебрального паралича, биомеханическая и иннервационная структура ходьбы, фазовая электрическая стимуляция мышц. 

Число несращений и других осложнений при остеосинтезе переломов шейки бедра по-прежнему остается на высоком уровне и достигает 10-30% от общего числа оперативных вмешательств. Снижение числа осложнений, в первую очередь несращений отломков, является актуальной проблемой, что стимулирует исследования по данной тематике. Целью настоящей работы является критический анализ научной информации о причинах несращений и клинического опыта применения различных способов остеосинтеза как основы создания биомеханических моделей, необходимых для совершенствования методики хирургического лечения переломов шейки бедра. В представленном обзоре рассматриваются публикации за полувековой период (1965-2015-е годы). В большинстве  работ этого периода исследуется остеосинтез резьбовыми фиксаторами с диафизарными  накладными пластинами и без них, который обеспечивает различную жесткость системы «фиксатор-кость». Существуют различные мнения о причинах несращений. Среди них наиболее обоснованными являются: 1) недостаточное кровоснабжение отломков при идеальной или близкой к ней репозиции; 2) нестабильность фиксации отломков, возникающая вследствие перенапряжения и резорбции кости под витками резьбы при чрезмерном закручивании фиксаторов. В публикациях, посвященных способам остеосинтеза, рассматриваются в основном два вида существующих оперативных вмешательств, различающихся сроками осевой нагрузки на оперированную конечность. Согласно методике 1 система «фиксаторы–кость» подвергается нагрузкам, приближающимся к физиологическим. Методика 2 предполагает движение больного в течение всего периода сращения без опоры на оперированную конечность. При этом наблюдаются лучшие условия сращения.

Ключевые слова: перелом шейки бедра, остеосинтез, причины несращений, способы остеосинтеза.

Главная цель исследования заключается в численной оценке с помощью метода конечных элементов того, как внутримозговой штифт, используемый для коррекции излома кости, влияет на поведение окружающих тканей. В процессе роста собаки могут испытывать неприятности от проксимальной лучелоктевой неконгруэнтности. Это в сочетании с фрагментацией медиального клювовидного отростка может также вызвать хрупкость передней конечности. Хирургическая процедура, используемая для лечения этой проблемы и восстановления нормальной подвижности собаки, основывается на хирургическом переломе, что позволяет восстановить правильный сустав. Были использованы три конечно-элементные модели, которые позволили проанализировать, как локтевая кость ведет себя после лечения, при наличии внутримозгового стержня и после его удаления. Для этих трех моделей были проанализированы главные деформации, эквивалентные напряжения по Мизесу и перемещения. Результаты показали, что вставление внутримозгового штифта влияет на поведение кости, уменьшая минимальные главные деформации в пораженной области и следовательно увеличивая риск резорбции кости.

Ключевые слова: конечно-элементные модели, фрагментация медиального клювовидного отростка, разрушение, внутримозговой штифт, хромота, локтевая кость.