Алкогольная полинейропатия может привести к таким тяжелым осложнениям, как одно- и двухсторонние деформации стоп. При этом стопы приобретают характерную эквиноварусную деформацию, которая тяжелейшим образом изменяет биомеханику походки больных, иногда делая ее просто невозможной. В статье описаны результаты лечения 16 пациентов с алкогольной полинейропатией и деформацией стоп. В эту группу больных также входили пациенты с тяжелой формой заболевания, когда поражались обе нижние конечности. Показаны результаты оперативного лечения с точки зрения изменения параметров биомеханики походки. Выявлено, что комплексное хирургическое лечение в комбинации с аппаратами внешней фиксации способно вернуть таких пациентов к повседневной жизни и ходьбе без дополнительной опоры.

Ключевые слова: алкогольная полинейропатия, ортопедическая коррекция, паралитическая деформация стоп, биомеханика походки.

Костная ткань является неоднородным, анизотропным материалом и состоит из компактной и губчатой костных тканей. Структура губчатой костной ткани в различных отделах скелета неодинакова и подчиняется закону Вольфа: стремится стать оптимальной для действующей на соответствующую кость нагрузки, перестраивая себя посредством механизмов остеосинтеза и резорбции. Современные задачи биомеханики требуют изучения истории формирования костных структур во времени как при физиологических, так и при патологических нагрузках. Одной из наиболее подверженных внешнему и внутреннему изменению костей является нижняя челюсть. Она подвержена физиологическим изменениям, происходящим в процессе онтогенеза организма. Очень часто приходится сталкиваться с патологическими изменениями, вызванными неправильным нагружением различных участков костной ткани вследствие дисфункции зубного ряда, височно-нижнечелюстного сустава и т.п. Например, синдром Попова–Годона, связанный с потерей зуба, сопровождается патологической перестройкой окружающих костных тканей. Таким образом, математическое моделирование поведения губчатой костной ткани в зубочелюстной системе человека является актуальной задачей биомеханики и медицины. Структурные особенности губчатой костной ткани могут быть описаны посредством тензора структуры. Это возможно реализовать, имея как определяющее соотношение, связывающее тензор напряжений с тензорами структуры и деформации, так и кинетические уравнения, описывающие эволюцию тензора структуры и плотности костной ткани. В качестве таких уравнений были выбраны и подробно проанализированы феноменологические уравнения Cowin. Осуществлена постановка начально-краевой задачи о перестройке губчатой костной ткани, решение которой позволяет проследить изменение напряженно-деформированного состояния при формировании трабекулярной структуры согласно закону Вольфа. Разработаны эффективные численные алгоритмы ее решения, реализованные в виде пакетов проблемно-ориентированных программ, проведены верификация модели и идентификация её параметров. Все численные расчёты выполнялись с использованием программного продукта ANSYS. На ряде примеров показана эволюция губчатой костной ткани при изменении напряжённо-деформированного состояния. Результаты показывают различный характер влияния изменения нагрузки на процесс формирования структуры и соответствуют закону Вольфа.

Ключевые слова: губчатая (трабекулярная) костная ткань, закон Вольфа, зубочелюстная система, нижняя челюсть, тензор структуры, определяющие соотношения, кинетические уравнения, начально-краевая задача о перестройке структуры губчатой костной ткани, ветвь нижней челюсти.

Зубочелюстные аномалии (неправильный прикус, кривостоящие зубы  и пр.) являются распространенной проблемой. Ввиду их наличия возможны нарушения эстетики лица, кровоснабжения мозга, дыхания, осанки, мимики, произношения слов, пищеварения и пр. Исправление зубочелюстных аномалий заключается в перемещении зубов в новое положение, соответствующее физиологической норме, под действием ортодонтической нагрузки (брекет-система, эластопозиционер и пр.). Важным вопросом при ортодонтическом лечении является определение такой нагрузки (величина, направление, место приложения). Данная работа продолжает серию публикаций авторов, посвященных решению этого вопроса. Ранее было введено и определено понятие «центр сопротивления зуба», с помощью которого можно исследовать начальное движение зуба в рамках костной лунки. В соответствии с введенными условиями существования данной точки выяснилось, что «центр сопротивления зуба» существует не всегда. Поэтому авторами предложено новое понятие «область сопротивления зуба», определяемое наборами прямых поступательного воздействия и осей поворота парой. В работе исследованы условия существования этих прямых, взаимное расположение и на основе этого продемонстрирована классификация видов области сопротивления зуба.

Ключевые слова: биомеханика зубочелюстной системы, область сопротивления зуба, ортодонтия

Предложен метод учета нелинейности упругого поведения роговицы глаза, позволяющий эффективно оценивать влияние этого фактора на результаты экспериментов и клинических измерений. Роговица моделируется однородной изотропной безмоментной упругой поверхностью. Ее упругие свойства определяются неквадратичной зависимостью энергии деформации от компонент тензора деформации. Деформации считаются малыми. При максимально простой экспоненциальной форме этой функции появляется лишь один дополнительный параметр по сравнению с линейным случаем. Модель тестирована на задаче о раздувании роговицы давлением, которая соответствует экспериментам с изолированной роговицей. Предсказания линейной модели не согласуются с экспериментальными данными, тогда как предложенная экспоненциальная модель хорошо их описывает. Модель позволяет рассмотреть нелинейное поведение роговицы с учетом ее реальных механических свойств и минимального количества параметров. Использование нелинейной модели целесообразно в тех случаях, когда в рассматриваемом процессе внутриглазное давление и напряженное состояние роговицы меняются значительно, вследствие чего линеаризация определяющего соотношения может приводить к заметным ошибкам. 

Ключевые слова: глаз, роговица, нелинейные упругие свойства, внутриглазное давление, статическая тонометрия, математические модели. 

Практика дентальных имплантологов свидетельствует о том, что косая нагрузка на имплантат опаснее вертикальной. Особое значение исследование системы «имплантат – челюсть» под действием косой нагрузки имеет при изучении первичной стабильности дентальных имплантатов, когда остеоинтеграция еще не произошла и на интерфейсе «кость – имплантат» нет сцепления. Повреждающее воздействие чрезмерных нагрузок при этом связано с опасностью возникновения под их влиянием избыточных микродвижений (взаимных смещений ответных точек) на интерфейсе «кость – имплантат», что ведет к нарушению процесса остеоинтеграции. На простейшей модели дентального имплантата с резьбой квадратного профиля рассмотрено влияние угла наклона нагрузки на первичную стабильность имплантата в челюсти. Расчеты проводились методом конечных элементов в пакете ANSYS. Приведены графики изменения микроподвижности вдоль интерфейса «кость – имплантат», даны таблицы величин и локализаций максимумов микродвижений и графики их зависимости от угла нагружения. Показано, что для неинтегрированных имплантатов переход от вертикального нагружения к горизонтальному приводит к резкому падению их стабильности, что при достаточно высоких окклюзионных нагрузках может способствовать нарушению остеоинтеграции.

Ключевые слова: биомеханика, дентальные имплантаты, первичная стабильность, моделирование, косая нагрузка, метод конечных элементов.

Изучено напряженно-деформированного состояние в биотехнических системах, образующихся при выполнении корригирующих остеотомий первой плюсневой кости. Вальгусная деформация первого пальца стопы является распространенной патологией у человека. Частота встречаемости данной патологии у лиц женского пола до 64 % и до 25 % – у мужского. Хирургическое реконструктивное лечение остается актуальной проблемой в современной ортопедии. Ситуация обусловлена неудовлетворительными результатами лечения. Кроме того, встает вопрос о допустимости нагрузки в раннем послеоперационном периоде у пациентов с количественной индивидуальной оценкой. Данную оценку могут дать методы биомеханики. В работе приведены результаты разработки методики оценки напряженно-деформированного состояния биотехнической системы «кость – винты» при выполнении корригирующих остеотомий первой плюсневой кости. Методика позволяет проводить сравнительный анализ различных способов остеотомий, наиболее распространенных в клинической практике для конкретного пациента.
В данном исследовании рассмотрены chevron- и scarf-остеотомии со смещением костных отломков на 1/3 и 2/3. Для решения поставленной задачи на основе данных компьютерной томографии построены персонифицированные твердотельные геометрические модели первой плюсневой кости. Построены также модели фиксаторов. Конечно-элементный анализ осуществлен в программном комплексе Ansys Wоrkbench. Основное внимание уделено анализу напряжений, возникающих при нагрузке на подошвенную поверхность головки первой плюсневой кости во время ходьбы. Проведена оценка максимально допустимого сдвига костных отломков для нормализации деформаций переднего отдела стопы. Разработанная методика позволяет осуществить выбор варианта остеотомии с обоснованием возможности одномоментной операции на обеих стопах для конкретного пациента.

Ключевые слова: биомеханика, остеотомия, первая плюсневая кость, конечно-элементное моделирование, напряженно-деформированное состояние.

Боль в поясничной области или другой части позвоночника – это важная причина снижения качества жизни и работоспособности населения, что напрямую влияет на экономику стран в целом. Каждый год в здравоохранении выделяется огромное количество средств на борьбу с этим недугом. Причины появления этой боли очень разнообразны: спазмы мышц, заболевания почек, остеопороз позвонков, грыжи межпозвоночных дисков и т.д. Доказано, что межпозвоночный диск L4–L5 является самой уязвимой частью поясничного отдела позвоночника, поэтому задача биомеханического моделирования межпозвоночного диска считается важной и актуальной в современном мире. Проведен комплексный анализ литературы за период с 2005 по 2018 г. Цель работы – рассмотреть разнообразные подходы к моделированию межпозвоночного симфиза, сильные и слабые стороны моделей и способы получения геометрической формы диска. В статье анализируются параметры: выбор определяющих соотношений, использование набора снимков компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии, геометрическая форма любой составной части модели, тип конечных элементов, программные пакеты (при выборе расчета напряженно-деформированного состояния и при получении геометрической формы из набора снимков компьютерной или магнитно-резонансной томографии), влияние возраста и пола на модель в целом. Подробно разобрана каждая составляющая часть межпозвоночного хряща: пульпозное ядро, фиброзное кольцо (матрикс и эластические волокна), хрящевая замыкательная пластинка, костная пластинка.

Ключевые слова: биомеханическое моделирование, межпозвоночный диск, конечно-элементная модель, теории моделирования, поясничный отдел позвоночника.

Цель исследования – численный анализ напряженно-деформированного состояния новых конструкций несъемных адгезивных мостовидных протезов из полиметилметакрилата для замещения отсутствующего второго премоляра нижней челюсти с опорой на первый премоляр и первый моляр. Трехмерные модели протезов (с традиционным (Т) путем введения, а также разработаннные – с вестибулооральным (ВО) и орально-вестибулярным (ОВ) путем введения) получены по результатам сканирования в 3D-сканере S600 ARI (ZirkonZahn GmbH) и последующей обработки в программе Modellier (ZirkonZahn GmbH). Для определения напряженно-деформированного состояния адгезивного мостовидного протеза использовался пакет конечно-элементного моделирования ANSYS. Нагрузка, действующая в орально-вестибулярном направлении и равная 100 Н, прикладывалась под разными углами к узлам, локализованным в областях эмалевых гребней для моделирования окклюзионных контактов зубов-антагонистов. Установлено, что направление вектора окклюзионных сил значительно влияет на значения эквивалентных (по Мизесу) напряжений и перемещений в адгезивном мостовидном протезе. Показано, что в адгезивном мостовидном протезе типа Т возникали наименьшие перемещения и напряжения, в то время как в адгезивном мостовидном протезе типа ОВ перемещения и напряжения принимали наибольшие значения на всем диапазоне изменения угла действия нагрузки. Увеличение модуля упругости первого рода (Юнга) конструкционного материала протеза приводит к уменьшению максимальных перемещений, в то время как напряжения в протезе изменяются очень незначительно. Расчетным путем показано, что долговечность конструкций адгезивного мостовидного протеза из полиметилметакрилата составляет 233 дня (ОВ), 780 дней (ВО) и 1458 дней (Т) при средней жевательной нагрузке, равной 100 Н, что свидетельствует о возможности использования данных протезов в качестве предварительных (временных).

Ключевые слова: биомеханика зубочелюстной системы, адгезивный мостовидный протез, метод конечных элементов, полимерные стоматологические конструкционные материалы.

В целях определения степени стабильности остеосинтеза выделены четыре основные системы фиксации, которые основываются на взаимодействии фиксатора и отломков: 1) фиксатор – кость, та часть элемента, которая в непосредственном контакте с костью; 2) промежуточное звено, это пространство между костью и несущей частью фиксатора; 3) фиксатор – фиксатор, взаимосвязь отдельных деталей и узлов фиксатора; 4) кость – кость через фиксатор. В настоящей работе рассматриваются основные методы и подходы сопротивления материалов для первого звена фиксатор – кость, которые могут быть использованы для выбора компонентов конструкции аппарата внешней фиксации, обеспечивающей требуемые жесткость и прочность. Приведены расчетные схемы и определяющие соотношения для расчета элементов аппарата, обеспечивающие его прикрепление к кости. На основании проведенных расчетов построены графики и таблицы для подбора элементов внешнего фиксатора, а также определены перемещения элемента аппарата в зависимости от нагрузки на него.

Ключевые слова: внешняя фиксация переломов, аппарат Илизарова, прочность, жесткость, деформации, чрескостный остеосинтез.

Рассматриваются модели стоматологических имплантатов цилиндрической, конусной, цилиндрической обратно-конусной и конусной обратно-конусной формы, установленные в центральную часть верхней челюсти. Модель челюсти выполнена в соответствии с размерами трёхмерного томографического снимка челюсти пациента. Исследуется напряжённо-деформированное состояние кортикальной и губчатой костей в зависимости от формы имплантата, а также степени минерализации кости. Рассматривается изотропная модель материала кости при нормальной и критической степени минерализации, которая зависит от возраста пациента. По результатам исследования установлено, что при критической минерализации кости использование обратно-конусной формы имплантатов существенно снижает напряжения не только в губчатой, но и в кортикальной кости, а также в имплантате.

Ключевые слова: зубной имплантат, стоматология, напряжённое состояние, моделирование, метод конечных элементов, биокерамика.

Актуальной задачей современной биомеханики костной ткани является анализ ее упругих свойств. Развитие компьютерной томографии вместе с численными методами позволяет использовать численные эксперименты для определения механических характеристик биологических объектов. В работе представлена методика, основанная на гипотезе, что анизотропия костной ткани вызвана неравномерностью распределения пор по объему. В предлагаемом подходе исследуемый орган предлагается разбить на набор репрезентативных объёмов, для каждого из них проводятся численные эксперименты, которые позволяют определить компоненты тензора упругих характеристик, направление осей ортотропии. Описанная методика применена для определения характеристик диафиза бедренной костной крысы. Показано, что получаемые упругие константы  можно считать постоянными в органе, а тело – трансверсально изотропным.

Ключевые слова: костная ткань, ортотропия, численные эксперименты, репрезентативный объем.

Наличие у пациентов митральной регургитации является вторым показателем по частоте рекомендаций вмешательств на митральном клапане. Проблема выбора лечебной тактики у больных с ишемической митральной недостаточностью остается актуальной и обсуждаемой. Неблагоприятный прогноз у пациентов с ишемической митральной недостаточностью во многом зависит от тяжести дисфункции левого желудочка, и этапы ее прогрессирования достаточно хорошо изучены, а степень дилатации левого желудочка является одним из показаний к хирургическому вмешательству при наличии выраженной ишемической митральной недостаточности. Однако, в силу того что невозможно определить влияние компонентов коронарной недостаточности и объемной перегрузки на процесс ремоделирования левого желудочка, размеры и фракции его выброса не могут быть использованы в качестве параметров гемодинамической значимости регургитации. Участие левого предсердия в процессе глобальной дилатации сердца на фоне эволюции ишемической митральной недостаточности изучено хуже. Увеличение объема левого предсердия является мощным предиктором смертности. Хорошо известно, что вклад предсердий имеет особое значение в условиях дисфункции левого желудочка для поддержания его ударного объема. Такие показатели, как деформация и скорость деформации стенки левого предсердия, являются более ранними маркерами объемной перегрузки в сравнении с изменением геометрии левого предсердия. Для изучения деформационных свойств стенки левого предсердия был поставлен эксперимент с применением компьютерной томографии, проведенный на базе Федерального центра сердечно-сосудистой хирургии им. С.Г. Суханова. Была разработана методика обработки экспериментальных данных, в результате чего получены количественные характеристики смещения и деформации точек стенки левого предсердия. Произведено сравнение деформационных свойств и построены кривые напряжение – деформация для различных участков стенки левого предсердия вдоль и поперек роста мышечных волокон. Показано наличие деформаций сдвига в касательной к стенке плоскости.

Ключевые слова: стенка левого предсердия, деформационные свойства, экспериментальные данные, напряжения.