Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Российский журнал биомеханики. 2012, т. 16, 2

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
7.45 Mб
Скачать

Пермский научный центр Уральского отделения Российской академии наук

Пермский научный центр Российской академии медицинских наук и Администрации Пермского края

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ

2012. ТОМ 16, № 2 (56)

Пермь 2012

РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ. 2012. Т. 16, № 2 (56)

Издание журнала осуществлено при финансовой поддержке Министерства промышленности, инноваций и науки Пермского края

Цель журнала – интенсифицировать обмен информацией между специалистами по биомеханике в России и других странах мира. Под предметом биомеханики понимается механика живых тканей и биоматериалов.

Характерной особенностью журнала является освещение проблем, связанных одновременно с биомеханикой и медициной.

В журнале публикуются оригинальные работы широкого биомеханического профиля.

Основные направления

Общие задачи и методы биомеханики

Реологические свойства живых тканей

Биоматериалы и протезирование

Биомеханика зубочелюстной системы

Биомеханика движения

Биомеханика мышечно-скелетного аппарата

Биомеханика кровообращения

Биомеханика органов дыхания

Биомеханика тканей и клеток

Биомеханика спорта

Биомеханические проблемы в биотехнологии

Подписка

Подписка на Российский журнал биомеханики на территории России осуществляется через агентство «Роспечать» по каталогу «Газеты, журналы» за номером №46421.

RUSSIAN JOURNAL OF BIOMECHANICS. 2012. Vol. 16, No. 2 (56)

The Journal is published under financial support of Ministry of Industry, Innovations and Science of Perm Region

The Journal publishes peer reviewed articles related to the principal topics in biomechanics. This Journal was established to improve the information interchange between specialists on

biomechanics from Russia and other countries. Biomechanics is defined as the mechanics of living tissues and biomaterials.

The Journal presents original papers of a wide biomechanical profile. A balance of biomechanical and medical problems is the principal aspect of the Journal activities.

Principal Suggested Topics:

General problems and methods of biomechanics

Rheological properties of living tissues

Biomaterials and prostheses

Dental biomechanics

Human movement analysis

Musculoskeletal biomechanics

Cardiovascular biomechanics

Biomechanics of breathing

Tissue and cellular biomechanics

Sport biomechanics

Biomechanical problems in biotechnology

All the papers are published in English. After translation the equivalent edition of the Journal is published in Russian.

Procedure of subscription

You can order the periodical by sending an e-mail to export@periodicals.ru, or by subscribing by means of the internet-shop www.periodicals.ru/export. All your actions will be monitored. Follow the instructions closely and you will encounter no problems. In case you will need an invoice to pay for your order please contact our manager at export@periodicals.ru, and the invoice will be sent to you.

The subscription can be made for Russian or English version of the journal.

РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ. 2012. ТОМ 16, № 2 (56) ISSN 1812-5123

Периодичность публикаций – 4 раза в год

Решением Президиума Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России от 19 февраля 2010 года № 6/6 «Российский журнал биомеханики» включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук по физико-математическим, техническим, медицинским и биологическим наукам.

Почетный главный редактор

 

Г.Г. Черный

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия

 

Главный редактор

 

 

 

 

 

Ю.И. Няшин

Пермский

национальный

исследовательский

политехнический

 

 

университет, Россия

 

 

 

Заместители главного редактора

 

 

 

Д. Воссуги

Корпорация «Биомед», Вашингтон, США

 

 

A.A. Ташкинов

Пермский

национальный

исследовательский

политехнический

 

университет, Россия

 

 

 

 

 

 

 

Международный редакционный совет

 

 

 

А. Балтов

Болгарская академия наук, София, Болгария

 

 

С.М. Бауэр

Санкт-Петербургский государственный университет, Россия

 

Ч.Д. Бурстоун

Университет Коннектикут, США

 

 

К. Вежхольский

Гданьский технический университет, Польша

 

 

С.С. Григорян

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия

 

А.С. Денисов

Пермская государственная медицинская академия им. Е.А. Вагнера, Россия

 

М.Л. Джонс

Университет Кардифф, Великобритания

 

 

И.Б. Ившина

Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия

 

А. Каппоццо

Римский университет, Италия

 

 

 

Н.А. Коротаев

Международная Ассоциация

специалистов оздоровительных практик,

 

Москва, Россия

 

 

 

Л.Ю. Коссович

 

 

 

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Россия

 

Г.А. Любимов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия

 

В.С. Мархасин

Уральское отделение Российской академии наук, Екатеринбург, Россия

 

В.П. Матвеенко

Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия

 

M. Mенар

Университет Бордо, Франция

 

 

 

Д. Миддлтон

Университет Суонси, Уэльс, Великобритания

 

 

О.Б. Наймарк

Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия

 

А. Натали

Университет Падуи, Италия

 

 

 

Ю.М. Плескачевский Национальная академия наук Беларуси, Минск, Беларусь

 

 

Ф.Г. Раммерсторфер Технический университет, Вена, Австрия

 

 

А. Рачев

Болгарская академия наук, София, Болгария

 

 

П. Ржиха

Чешская академия наук, Прага, Чехия

 

 

Г.И. Рогожников

Пермская государственная медицинская академия им. Е.А. Вагнера, Россия

 

Ж. Ронзин

Национальный институт прикладных наук, Ренн, Франция

 

К. Танне

Хиросимский университет, Япония

 

 

Ю.Ч. Фанг

Калифорнийский университет, США

 

 

С.В. Хрущев

Российская академия медицинских наук, Москва, Россия

 

 

С. Цуцуми

Университет Киото, Япония

 

 

 

В.А. Черешнев

Уральское отделение Российской академии наук, Екатеринбург, Россия

 

С.В. Шилько

Национальная академия наук Беларуси, Гомель, Беларусь

 

 

А.А. Штейн

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия

 

Ж.-Ф. Штольц

Медицинский факультет, Нанси, Франция

 

Заведующий редакцией

В.А. Лохов Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Перевод и компьютерная верстка

А.Г. Кучумов Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

А.А. Киченко Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

В.Н. Никитин Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

RUSSIAN JOURNAL OF BIOMECHANICS. 2012. Vol. 16, No. 2 (56)

ISSN 1812-5123

The periodicity is 4 numbers a year

Honorary Editor-in-Chief

G.G. Chernyi

Moscow State Lomonosov University, Russia

Editor-in-Chief

 

Y.I. Nyashin

Perm National Research Polytechnic University, Russia

Associate Editors

 

A.A. Tashkinov

Perm National Research Polytechnic University, Russia

J. Vossoughi

Biomed Research Foundation, Washington, USA

International Editorial Board

A.Baltov S.M. Bauer C.J. Burstone

A.Cappozzo V.A. Chereshnev A.S. Denisov Y.C. Fung

S.S.Grigorian I.B. Ivshina M.L. Jones S.V. Khrushchov

N.A. Korotaev

L.Y. Kossovich

G.A. Lyubimov

V.S. Markhasin

V.P. Matveenko

M. Mesnard

J. Middleton

O.B. Naimark

A.N. Natali

A. Rachev

F.G. Rammerstorfer

Y.M. Pleskachevskiy

P. Riha

G.I. Rogozhnikov

J. Ronsin

S.V. Shilko

A.A. Stein

J.-F. Stoltz

K.Tanne

S. Tsutsumi

K.Ch. Wierzcholski

Technical Editor

V.A. Lokhov

Assistant Editors

A.G. Kuchumov

A.A. Kichenko

V.N. Nikitin

Bulgarian Academy of Sciences, Sophia, Bulgaria Saint Petersburg State University, Russia University of Connecticut Health Center, USA University of Rome, Italy

Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia

Perm State Academician E.A. Wagner Medical Academy, Russia University of California, USA

Moscow State Lomonosov University, Russia

Russian Academy of Sciences, Perm, Russia University of Wales, Cardiff, UK

Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, Russia

International Association of Specialists in Rehabilitation Practice, Moscow, Russia

Chernyshevsky Saratov State University, Russia

Moscow State Lomonosov University, Russia Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia Russian Academy of Sciences, Perm, Russia University of Bordeaux, France

University College of Swansea, UK Russian Academy of Sciences, Perm, Russia University of Padova, Italy

Bulgarian Academy of Sciences, Sophia, Bulgaria Vienna University of Technology, Austria

National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus Czech Academy of Sciences, Prague, Czech Republic

Perm State Academician E.A. Wagner Medical Academy, Russia Institut National des Sciences Appliquees, Rennes, France National Academy of Sciences of Belarus, Gomel, Belarus Moscow State Lomonosov University, Russia

Faculty of Medicine, Nancy, France Hiroshima University, Japan Kyoto University, Japan

Gdansk University of Technology, Gdansk, Poland

Perm National Research Polytechnic University, Russia

Perm National Research Polytechnic University, Russia

Perm National Research Polytechnic University, Russia

Perm National Research Polytechnic University, Russia

ISSN 1812-5123. Российский журнал биомеханики. 2012. Т. 16, № 2 (56)

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

Любимов Г.А., Моисеева И.Н., Штейн А.А., Иомдина Е.Н., Назаренко Л.А.

 

(Москва, Россия). Об оценке величины оттока жидкости из глаза с помощью

 

модифицированного метода тонографии..........................................................................

 

 

8

Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов А.С. (Пермь, Россия). Влияние количества и

 

размеров резьбовых фиксаторов на адаптационные изменения механических

 

свойств губчатой костной ткани и усилие сжатия отломков после

 

контролируемого остеосинтеза перелома шейки бедра...................................................

 

 

21

Аун M., Meнар M. (Бордо, Франция), Няшин Ю.И. (Пермь, Россия), Рамос A.

 

(Авейру, Португалия), Лохов В.А. (Пермь, Россия), Морлье Ж., Сид M. (Бордо,

 

Франция). Двумерная конечно-элементная модель для представления движения

 

открытия челюстей. Параметрическое изучение моделирования пружинной

 

жесткости задней дисковой связки и крыловидной мышцы. Сравнение с

 

магнитно-резонансным описанием...................................................................................

 

 

30

Иомдина Е.Н., Филатова И.А., Ситникова Д.Н. (Москва, Россия). Упруго-

 

прочностные

свойства

периорбитальных тканей

при

различных

 

офтальмопатологиях..........................................................................................................

 

 

 

38

Ефимов А.П. (Нижний Новгород, Россия). Биомеханическая устойчивость

 

головного мозга к повышению внутричерепного давления.............................................

 

 

50

Юдина Е.Н. (Москва, Россия). Асимптотическое исследование транспортных

 

процессов в корне растения...............................................................................................

 

 

 

59

Дьяченко Н.А., Замотин Т.М. (Санкт-Петербург, Россия). Определение

 

параметров усилия в специальной силовой подготовке на тренажерах..........................

68

Синани И.Л., Щурик А.Г., Осоргин Ю.К., Бушуев В.М. (Пермь, Россия).

 

Углерод-углеродные материалы для ортопедии и травматологии..................................

 

74

Мизева И.А., Думлер А.А., Муравьев Н.Г. (Пермь, Россия). Особенности

 

пульсовой волны при хронической артериальной недостаточности нижних

 

конечностей........................................................................................................................

 

 

 

 

83

Григоренко Д.Н., Бондаренко К.К., Шилько С.В. (Гомель, Беларусь). Анализ

 

кинематических параметров движений в упражнении «подъем по штурмовой

 

лестнице на четвертый этаж учебной башни» .................................................................

 

 

95

Разделы биомеханики и ответственные за них.................................................................

 

 

107

6

ISSN 1812-5123. Российский журнал биомеханики. 2012. Т. 16, № 2 (56)

 

CONTENTS

 

Lyubimov G.A., Moiseeva I.N., Stein A.A., Iomdina E.N., Nazarenko L.A. (Moscow,

 

Russia). Estimation of fluid outflow from the eye on the basis of a modified

 

tonography method ..............................................................................................................

8

Akulich Yu.V., Akulich A.Yu., Denisov А.S. (Perm, Russia). The influence of the

 

number and sizes of thread fixators on the adaptive changes of the spongy bone

 

tissue mechanical properties and bone fragment compression force after controlled

 

osteosynthesis of the femoral neck fracture..........................................................................

21

Aoun M., Mesnard M. (Bordeaux, France), Nyashin Y.I. (Perm, Russia), Ramos A.

 

(Aveiro, Portugal), Lokhov V.A. (Perm, Russia), Morlier J., Cid M. (Bordeaux,

 

France). 2D Finite element model to simulate jaw opening movement. Parametric

 

study of spring’s stiffness modelling the retrodiscal ligament and the pterygoid

 

muscle. Comparison with the magnetic resonance imaging description................................

30

Iomdina E.N., Filatova I.A., Sitnikova D.N. (Moscow, Russia). Elastic and tensile

 

strength properties of periorbital tissues in various ophthalmopathologies............................

38

Ephimov A.P. (Nizhni Novgorod, Russia). Biomechanical stability of the brain

 

structures to intracranial pressure increasing ........................................................................

50

Yudina E.N. (Moscow, Russia). Asymptotic analysis of transport processes in the

 

plant root .............................................................................................................................

59

Dyachenko N.A., Zamotin T.M. (St. Petersburg, Russia). Determination of parameters

 

of force in special power preparation in exercise machines...................................................

68

Sinani I.L., Schurik A.G., Osorgin Yu.K., Bushuyev V.M. (Perm, Russia). Carbon-

 

carbon composites for orthopaedics and traumatology..........................................................

74

Mizeva I.A., Dumler A.A., Muraviev N.G. (Perm, Russia). Peculiarities of pulse wave

 

in patients at peripherical arterial obliterative disease...........................................................

83

Grigorenko D.N., Bondarenko K.K., Shilko S.V. (Gomel, Belarus). Analysis of

 

movement kinematic parameters during performing exercise “climbing with the

 

assault-ladder to the fourth floor of a training tower” ...........................................................

95

Units of biomechanics and responsible for them...................................................................

107

7

ISSN 1812-5123. Российский журнал биомеханики. 2012. Т. 16, № 2 (56): 8–20

УДК 531/534: [57+61]

ОБ ОЦЕНКЕ ВЕЛИЧИНЫ ОТТОКА ЖИДКОСТИ ИЗ ГЛАЗА С ПОМОЩЬЮ МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕТОДА ТОНОГРАФИИ

Г.А. Любимов1, И.Н. Моисеева1, А.А. Штейн1, Е.Н. Иомдина2, Л.А. Назаренко2

1Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Россия, 117899,

Москва, Мичуринский проспект, 1, e-mail: stein@imec.msu.ru

2Московский научно-исследовательский институт глазных болезней им. Гельмгольца Минздравсоцразвития России, Россия, 105062, Москва, ул. Садовая-Черногрязская, 14/19, e-mail: iomdina@mail.ru

Аннотация. Описана модификация метода тонографии, использующегося для оценки гидравлических параметров глаза человека в клинических условиях. Модификация метода заключается в дополнении тонографии измерением внутриглазного давления в течение продолжительного времени после снятия груза. При анализе тонографии использовался предложенный авторами ранее способ обработки результатов тонографического исследования, отличающийся от стандартного тем, что он позволяет использовать полную зависимость внутриглазного давления от времени и получать дополнительные сведения о гидравлической системе глаза. Модифицированный метод тонографии дает возможность сравнивать параметры, характеризующие приток и отток в системе, при нагружении глаза плунжером тонографа и в отсутствие груза. Эксперименты, проведенные в клинических условиях как на здоровых испытуемых, так и на пациентах, страдающих глаукомой, продемонстрировали, что характерные времена установления давления под нагрузкой и его восстановления после снятия груза существенно различаются: как правило, второе время в несколько раз больше. Это можно истолковать как следствие значительного возрастания коэффициента легкости оттока под нагрузкой. Стационарное значение давления в глазу, находящемся под действием груза, практически у всех обследованных выше аналогичного значения в ненагруженном состоянии. Причиной такого возрастания может быть увеличение выходного давления (обычно интерпретируемого как давление в эписклеральных венах).

Ключевые слова: тонография, механическая модель глаза, внутриглазное давление, коэффициент легкости оттока.

ВВЕДЕНИЕ

Первичная открытоугольная глаукома – одна из основных причин потери зрения и инвалидности по зрению во всем мире [1, 9]. Ведущими факторами, способствующими развитию этого заболевания, считают повышение внутриглазного давления и патологию дренажной системы глаза, что приводит к нарушению гидродинамики внутриглазной жидкости [5, 6]. В настоящее время единственным клиническим способом оценки гидродинамических показателей глаза является тонография, однако результаты этого исследования, поступающие врачу, далеко не всегда отражают реальное функциональное

© Любимов Г.А., Моисеева И.Н., Штейн А.А., Иомдина Е.Н., Назаренко Л.А., 2012 Любимов Григорий Александрович, д.ф.-м.н., профессор, г.н.с. института механики МГУ, Москва Моисеева Ирина Никитична, к.ф.-м.н., с.н.с института механики МГУ, Москва Штейн Александр Александрович, к.ф.-м.н., в.н.с института механики МГУ, Москва

Иомдина Елена Наумовна, д.б.н, г.н.с. МНИИ глазных болезней им. Гельмгольца, Москва Назаренко Людмила Александровна, аспирант МНИИ глазных болезней им. Гельмгольца, Москва

Об оценке величины оттока жидкости из глаза с помощью модифицированного метода тонографии

состояние дренажной системы обследуемого пациента и не позволяют с достаточной надежностью опираться на эти показатели при выборе индивидуальной тактики лечения. В связи с этим исследования, анализирующие физическую основу тонографии и системы обработки ее результатов, а также способствующие оптимизации метода для повышения его достоверности и информативности, являются актуальными как с научной, так и с практической точки зрения.

МЕТОД ТОНОГРАФИИ И ВОЗМОЖНЫЕ СХЕМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ТОНОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Тонография как метод оценки интенсивности оттока жидкости из глаза человека применяется как в диагностических, так и в исследовательских целях [6, 7]. Метод заключается в том, что на роговицу глаза помещается фиксированный груз и в течение длительного времени (обычно четыре минуты) измеряется изменение некоторого геометрического параметра b , характеризующего деформацию роговицы, во времени. Таким параметром может быть величина «погружения» в роговицу плунжера малого диаметра, к которому приложен груз, или площадь контакта с поверхностью роговицы плоского штампа большого диаметра. Изменение во времени деформации роговицы при ее нагружении, т.е. вид функции b b(t), зависит от механических свойств оболочки глаза и внутриглазного давления, которое определяется интенсивностью процессов притока и оттока внутриглазной жидкости.

Для того чтобы на основании измеренной при тонографии величины b b(t) оценить параметр, определяющий величину оттока жидкости, необходимо воспользоваться некоторой механической моделью глазного яблока, включающей, в частности, модель гидравлической системы притока и оттока внутриглазной жидкости.

Для обработки данных тонографического исследования используется простейшая механическая модель глазного яблока (рис. 1), в которой оно представляется в виде упругой оболочки объема V, заполненной несжимаемой жидкостью при давлении p и связанной с внешними системами притока и оттока.

Уравнение, описывающее изменение объема глаза, имеет вид

dV

F

F .

(1)

 

dt

h

e

 

 

 

 

Обычно при стандартном способе обработки тонографии считается, что величина притока жидкости в единицу времени Fh не зависит от внутриглазного давления и величины нагрузки P, а величина оттока Fe определяется простейшим гидравлическим соотношением

Fe C p pe ,

(2)

где C – коэффициент легкости оттока (проводимость выводящих путей), не зависящий от внутриглазного давления и величины нагрузки на глаз; p – внутриглазное давление; pe – давление в эписклеральных венах. Примем в данном разделе те же предположения.

Fh

p

Fe

Рис. 1. Общая схема модели глазного яблока

ISSN 1812-5123. Российский журнал биомеханики. 2012. Т. 16, № 2 (56): 8–20

9

Г.А. Любимов, И.Н. Моисеева, А.А. Штейн, Е.Н. Иомдина, Л.А. Назаренко

В стационарном состоянии (до нагружения глаза при тонографии) приток жидкости равен ее оттоку:

Fh Fh0 Fe0

C p0 pe0 .

(3)

Здесь и далее величины, соответствующие ненагруженному состоянию,

обозначены индексом 0.

 

давление p0

Соотношение (3) определяет, в

частности, внутриглазное

в исследуемом глазу [2], если величина притока Fh0 известна.

Основная задача тонографии состоит в том, чтобы, используя принятую модель глаза и данные измерения, т.е. функцию b b(t) , оценить величину коэффициента легкости оттока C. Ясно при этом, что конкретное значение этой величины, которое получается в результате обработки данных, зависит от параметров, определяющих модель, и соотношений, связывающих функцию b b(t) с параметрами модели глаза.

В отечественной медицинской практике для тонографии широко используется тонограф GlauTest–60, в программное обеспечение которого заложены некоторые эмпирические формулы, связывающие измеряемую глубину погружения плунжера b b(t) с внутриглазным давлением и давление сразу после нагружения с давлением до нагружения. Принимая эти формулы, будем считать, что с помощью тонографии могут быть установлены величина внутриглазного давления до нагружения глаза тонографом p0 и функция p p t , определяющая изменение внутриглазного давления во время

тонографии (при нагружении глаза грузом веса P). Эту функцию будем называть тонограммой.

На протяжении тонографического опыта поведение оболочки глаза можно

считать линейно упругим:

 

dV dp.

(4)

Обычно полагают, что упругое поведение оболочки не зависит от величины груза тонографа. Проведенные в настоящее время расчеты задачи о «раздувании» упругой оболочки, моделирующей глаз, показывают, что величина коэффициента объемной упругости оболочки в диапазоне параметров, характерных для офтальмологии, слабо зависит от веса груза [4]. В связи с этим примем, что величина не зависит от величины нагрузки при тонографии. В конкретных оценках примем в соответствии с традицией [8] соотношение =1p0 0,0215 ln10 в форме, одинаковой

для всех обследуемых. Оценка индивидуальных значений представляет собой самостоятельную задачу, которая в данной работе рассматриваться не будет.

Также обычно считается, что нагружение глаза приводит к изменению давления в эписклеральных венах на некоторую постоянную величину. При стандартной

обработке для этой величины предполагается всегда одно и

то же (небольшое

в сравнении со стационарным значением) постоянное значение [6], мм рт. ст.:

pe pe0 1,25,

(5)

где pe – давление в эписклеральных венах в нагруженном глазу.

При сформулированных предположениях уравнение (1) с учетом (2) и (3) принимает вид

 

dp

C p0 pe0 p pe ,

(6)

 

 

dt

 

причем величины ,C, p0, pe pe0 – постоянные, не

зависящие от веса груза-

тонометра. Решение этого уравнения при соответствующем подборе константы С должно совпадать с тонограммой p p t для заданных , pe pe0 и p0, что дает возможность оценить коэффициент легкости оттока для конкретного обследуемого.

10

ISSN 1812-5123. Российский журнал биомеханики. 2012. Т. 16, № 2 (56): 8–20