Исследованию влияния внутрибрюшного давления на различные органы и системы человеческого организма посвящено множество научных работ. Вместе с тем до сих пор остается нераскрытым вопрос о природе внутрибрюшного давления. В научной литературе встречаются некоторые объяснения физического смысла внутрибрюшного давления, однако единой концепции, позволяющей объяснить наличие давления в полости живота, не существует. В соответствии с этим целью представленной работы является анализ результатов различных исследований, направленных на изучение причин возникновения давления в брюшной полости. На основе экспериментальных данных, приведенных в литературных источниках, описывается существование градиента внутрибрюшного давления, обусловленного действием гравитации. Рассматривается простейшая модель стенки брюшной полости, позволяющая оценить взаимозависимость между внутрибрюшным давлением и напряжениями в брюшной стенке, вызванными сокращением ее мышц. Анализируется влияние изменения объема брюшного содержимого на давление в полости живота. Кроме того, исследуется вопрос о закономерностях распределения давления в брюшной полости. По результатам проведенного анализа формулируется вывод о том, что существование внутрибрюшного давления объясняется действием силы тяжести на брюшное содержимое, а также напряжениями в тканях брюшной стенки. При этом брюшную полость можно рассматривать как наполненный жидкостью контейнер с эластичной оболочкой, способной изменять свою форму.

Ключевые слова: внутрибрюшное давление, распределение давления, напряжения в тканях брюшной стенки.a

Как известно, в динамике относительного движения рассматриваются понятия переносной и кориолисовой сил инерции. Эти силы объединяются общим термином «эйлеровы силы инерции». В принципе Даламбера используется величина, равная взятому со знаком «минус» произведению массы материальной точки на ее ускорение в данной системе отсчета. Данная величина обозначается термином «даламберова сила инерции». Зачастую за рамками изучения остается вопрос о существовании сил инерции. Поскольку эйлеровы и даламберова силы инерции не подчиняются третьему закону Ньютона, то эти силы не являются физическими в смысле, принятом в механике. Несмотря на это, математические приемы, используемые в динамике относительного движения и принципе Даламбера, нашли широкое применение в различных областях механики за счет того, что введение сил инерции упрощает описание некоторых механических явлений, наблюдаемых в природе. В частности, с помощью понятия «силы инерции» становится более простым и наглядным решение некоторых проблем биомеханики. Для демонстрации данного утверждения в представленной работе проводится решение двух задач: 1) исследование траектории весенней миграции полярной крачки; 2) исследование кровотока в общей сонной артерии летчика, выполняющего на самолете мертвую петлю.

Ключевые слова: силы инерции, задачи биомеханики, траектории миграций перелетных птиц, кровоток в сонных артериях.

Предлагается феноменологическая модель, описывающая возникающие при регенерации костной мозоли процессы диффузии, пролиферации, дифференциации и апоптоза основных типов клеток и тканевых структур под воздействием биохимических и механических факторов роста. Дополнительно к традиционно рассматриваемым четырем типам клеток (мезенхимальные стволовые клетки, фибробласты, хондроциты и остеобласты) и трем типам тканей (фиброзная, хрящевая и костная) в математическую модель включены кровеносные сосуды как четвертый тип ткани. В рамках принятой одномерной модели кость рассматривается как цилиндр с постоянным поперечным сечением, при этом явно выделяется зона повреждения. Все характеристики кости усредняются по поперечному сечению и изменяются только по длине кости. Основная система восьми дифференциальных уравнений в частных производных совместно с соответствующими граничными и начальными условиями описывает изменение концентраций указанных выше восьми типов клеток и тканей во времени для всех поперечных сечений кости. Вводится новый вид коэффициентов системы, определяющих миграцию клеток, взаимодействие и преобразование рассматриваемых типов клеток и тканей, в виде линейных комбинаций временно-зависимых функций, описывающих механические и биохимические факторы роста. Излагается план численного решения начально-краевой задачи для основной системы уравнений. Математическая модель дает возможность изучать процесс восстановления поврежденных костных элементов опорно-двигательного аппарата человека с целью нахождения оптимальных параметров стимулирования и медикаментозного воздействия на поврежденные ткани для их скорейшего и устойчивого заживления.

Ключевые слова: костная ткань, регенерация, клетка, диффузия, дифференциация, биомеханический фактор роста, морфогенетические белки кости, математическое моделирование.

Вводится понятие продольной стабильности дентальных имплантатов. Известно, что прибор Osstell ISQ (Implant Stability Quotient, Швеция) наряду с вынужденными колебаниями дентальных имплантатов, возникающими под действием поперечных нагрузок, может возбуждать продольные колебания и регистрировать их резонансную частоту. Цель работы – обоснование возможности использования коэффициентов продольной стабильности для оценки готовности дентальных имплантатов к функциональным нагрузкам, а также верификация методики их измерения с помощью прибора Osstell ISQ путем сравнения с соответствующими коэффициентами продольной жесткости, измеряемыми методом лазерного тестирования. По сравнению с традиционной предлагаемая методика обладает рядом преимуществ и позволяет создать новую, более совершенную базу для неинвазивного мониторинга процесса остеоинтеграции дентальных имплантатов. Например, использование модифицированных «магнитных заглушек» вместо магнитных штифтов (SmartPeg) позволяет проводить измерения коэффициентов продольной стабильности через слизистую оболочку альвеолярной кости, т.е. не раскрывая дентальный имплантат для дальнейшего использования как опору под несъемный зубной протез, а модифицированные «магнитные колпачки» дают возможность определять коэффициенты продольной стабильности мини-имплантатов со сферической головкой, используемых для дополнительной фиксации съемных зубных протезов при полном отсутствии зубов. Необходимо подчеркнуть, что традиционная методика Osstell ISQ не позволяет проводить измерения коэффициентов стабильности указанных мини-имплантатов. Введение коэффициентов продольной стабильности позволило построить простую теоретическую модель колебаний дентальных имплантатов, закрепленных в упругой и вязкоупругой среде, установить связь между коэффициентами продольной стабильности и продольной жесткости, дать оценку несущей способности дентальных имплантатов. Более того, при оценке их готовности к функциональным нагрузкам с помощью коэффициентов продольной стабильности рекомендации остаются прежними, так как отношение коэффициентов стабильности при продольных и поперечных нагрузках должно быть близко к единице.

Ключевые слова: ортопедическая стоматология, дентальный имплантат, дентальный мини-имплантат, коэффициент стабильности, коэффициент жесткости.

В современной хирургии постоянно расширяется спектр используемых шовных материалов. Наиболее широкое применение сегодня находят синтетические шовные материалы с заданными сроками рассасывания. Для уменьшения диаметра прокольного канала, а также снижения вероятности развития инфекции в области хирургического вмешательства современные нити различных диаметров комплектуются атравматическими дугообразными иглами такого же диаметра. Изготовленние данного вида игл потребовало изменение технологии, однако требования государственных стандартов остались прежними. На практике хирург часто сталкивается с проблемами, вызванными эксплуатационными механическими недостатками игл, выходящими за рамки существующих стандартов. С целью совершенствования методик экспериментального определения таких параметров была начата разработка методологии исследований дополнительных механических характеристик игл. Помимо уменьшения диаметра прокольного канала атравматические иглы не имеют ушка, что препятствует разволокнению шовного материала и увеличивает прочность межтканевых соединений. На основании проведенного анализа недостатков производства предложены параметры, характеризующие прочностные и деформационные свойства атравматических дугообразных медицинских игл, их износоустойчивость и качество изготовления соединения иглы с нитью. Были разработаны методики определения предлагаемых дополнительно к стандартным механических характеристик игл. Проведена отработка исследований по предлагаемым методикам и получены результаты для двух типов атравматических дугообразных медицинских игл. Представленные методики позволяют проводить механические испытания по изучению таких важных в практическом использовании параметров игл, как способность упруго деформироваться, стойкость к износу, снижение проникающих свойств и качество изготовления соединения иглы с нитью.

Ключевые слова: механические свойства, атравматическая дугообразная медицинская игла, экспериментальная механика, износоустойчивость игл, прочность игл.

Актуальность данного исследования продиктована высокой частотой встречаемости болезни Легга–Кальве–Пертеса. Она занимает 25–30 % среди всех заболеваний тазобедренного сустава в детском возрасте. Усложняет ситуацию отсутствие обоснованных рекомендаций к тактике оперативных вмешательств в целом и ротационно-флексионных остеотомий в частности. Целью исследования является определение напряженно-деформированного состояния сустава при различных направлениях и величинах угла ротации. Расчеты проводились с помощью компьютерного моделирования тазобедренного сустава с учетом локализации дегенеративно-дистрофического процесса и тяжести поражения эпифиза у детей и подростков на примере болезни Легга–Кальве–Пертеса. Численные исследования выполнены с помощью метода конечных элементов в пакете Siemens NX. В работе было учтено влияние следующих мышц: mm. piriformis, rectus femoris, iliopsoas, obturatorius internus, gluteus minimus, medius et maximus. Расчеты позволяют определить усилия, возникающие в мышцах, реактивную силу и реактивный момент, действующие в суставе при различных углах ротации (эти величины актуальны для оценки жесткости аппарата внешней фиксации). Были определены максимальные касательные напряжения и напряжения по Мизесу, возникающие в вертлужной впадине и на проксимальном участке бедренной кости. Оценка прочности производилась по максимальным касательным напряжениям. Так, в вертлужной впадине при ротации более 25º вперед и при ротации более 35º назад наибольшие величины максимальных касательных напряжений превышают 1,7 МПа; при ротации более 30º назад величина аналогичных напряжений превышает 6,4 МПа; при ротации вперед до 50º наибольшие максимальные касательные напряжения достигают величины в 5,0 МПа. Таким образом, при рассмотрении тактики проведения ротации стоит отметить, что при вращении назад на величину угла более 30º максимальные касательные напряжения в суставе попадают в нижнюю область критических значений, при 35º – в верхнюю область критических значений. При рассмотрении ротации вперед на угол более 25º максимальные касательные напряжения попадают в нижнюю область критических значений, перехода через верхнюю область критических значений при ротации до 50º не происходит.

Ключевые слова: болезнь Легга–Кальве–Пертеса, ротационно-флексионная остеотомия, математическое моделирование.

Предлагается математическое описание образования трехплоскостной деформации в двухколонной модели, приближенной к реальному позвоночному столбу человека. Данная деформация рассматривается как итоговый результат двух самостоятельных процессов: при первом излишки длины одной из колонн «поглощаются» введенными в модель сагиттальными изгибами, а при втором при исчерпании этого резерва начинается развитие уже трехплоскостной («сколиозоподобной») деформации. Каждый из этих процессов описан соответствующим уравнением. Поэтапное решение этих уравнений позволяет определить динамику изменений конфигурации позвоночного комплекса. Представленное математическое описание процесса трехплоскостного деформирования двухколонной модели позвоночного столба позволяет рассмотреть ключевые звенья патогенеза и «мишени», воздействие на которые может привести к успеху в противостоянии сколиозу.

Ключевые слова: математическое моделирование, деформация, трехплоскостная деформация позвоночника, математическое описание процесса деформации, двухколонная модель.

Цель работы состоит в оптимизации специальных упражнений бегунов на средние дистанции на основе анализа фазовых траекторий мышц нижних конечностей в координатах «относительная длина – скорость сокращения мышцы». Рассмотрены следующие упражнения, применяемые на практике для развития силовой выносливости спортсменов: бег в подъем, многоскоки с ноги на ногу, бег с прыжками на каждый третий шаг и многоскоки на одной ноге. Упражнения выполнялись тремя квалифицированными спортсменами на ровной поверхности, в подъем с углами 4, 8, 12º. Оптимальность упражнений определялась по соответствию формы фазовых траекторий и положению на них периодов активности мышц, а также средней амплитуде электромиограмм при беге с соревновательной скоростью и при выполнении специальных упражнений. Качественный анализ фазовых траекторий позволил выявить специальные упражнения, наиболее близкие к соревновательному упражнению и превышающие его по средней амплитуде электромиограмм, характеризующей развиваемое мышцей усилие. Для более точного количественного анализа фазовых траекторий в качестве критериев оптимизации специальных упражнений предложено использовать коэффициенты биомеханического соответствия, силового превышения и общей эффективности упражнения. В результате показано, что оптимальными средствами воздействия на мышцы задней поверхности бедра спортсмена служат бег и бег с прыжками на каждый третий шаг в подъем с углом 12°, на мышцы передней поверхности бедра – все рассмотренные прыжковые упражнения, на мышцы задней поверхности голени – прыжковые упражнения и бег в подъем с углом 12°, который также обеспечивает равномерное распределение нагрузки на основные группы мышц.

Ключевые слова: бег на средние дистанции, специальные упражнения, фазовые траектории мышц, электрическая активность мышц, критерии оптимизации.