Особенности этапов компьютерного моделирования биологических объектов (на модели передней группы мышц бедра) Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК611.728: 519.711.3

© А.Е. Стрижков, В.Ш. Вагапова, И.И. Хидиятов, О.Х. Борзилова, А.А. Сальманов, М.Р. Бикташев, 2012

А.Е. Стрижков1, В.Ш. Вагапова1, И.И. Хидиятов1, О.Х. Борзилова1, А.А. Сальманов2, М.Р. Бикташев1

ОСОБЕННОСТИ ЭТАПОВ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (НА МОДЕЛИ ПЕРЕДНЕЙ ГРУППЫ МЫШЦ БЕДРА)

:ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Уфа 2ГБУЗ «Бюро судебно-медицинской экспертизы» Минздрава Республики Башкортостан, г. Уфа

Выявлены особенности качественного и количественного этапов компьютерного моделирования биологических объектов. Определены основные подходы в их реализации. Показано, что для построения адекватной компьютерной модели биологического объекта необходимо рациональное сочетание качественного и количественного моделирования. Построена компьютерная модель мышц передней группы бедра на этапах онтогенеза.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, мышцы бедра.

A.E. Strizhkov, V.Sh. Vagapova, I.I. Khidiyatov, O.H. Borzilova, A.A. Salmanov, M.R. Biktashev

THE FEATURES OF STAGES OF COMPUTER MODELLING IN BIOLOGICAL OBJECTS (ON THE MODEL OF ANTERIOR GROUPS OF THIGH MUSCLES)

The peculiarities of qualitative and quantitative stages of computer modelling of biological objects were found out. The main approaches to their implementation were defined. It was shown that for construction of adequate Noah computer model of biological object there must be rational combination of qualitative and quantitative modelling. The computer model of the muscles of the anterior panel of hip bone on the stages of ontogenesis was built.

Key words: computer modelling, the thigh muscles.

Введение. Компьютерное моделирование органов, систем и организма в целом является очередным этапом в развитии морфологической науки. Однако большинство имеющихся компьютерных программ, описывающих биологические объекты, имеют морфологические неточности и примитивизмы [3, 4, 6, 7] . При этом известно, что технические и программные ресурсы находятся на достаточно высоком уровне [1, 2, 5]. Следовательно, проблема заключается в ошибках на ранних этапах моделирования. Это затрудняет систематическое использование имеющихся компьютерных моделей в учебной и научной практике.

Цель: выявить особенности этапов компьютерного моделирования биологических объектов на модели передней группы мышц бедра (ПГМБ).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• изучение анатомического строения ПГМБ;

• осуществление морфометрии отдельных мышц ПГМБ;

• проведение качественного компьютерного моделирования ПГМБ;

• реализация количественного моделирования ПГМБ.

Материал и методы исследования. Объектом исследования служили нижние конечности 10 трупов плодов человека в возрасте 28-36 недель внутриутробного развития, не имевших патологии опорно-двигательного аппарата. Методом анатомического препарирования выделялись элементы ПГМБ. Перед морфометрией стандартизировалась система координат: ось Ox (абсцисс) проходила вдоль тела бедренной кости, нулевая точка находилась на линии, соединяющей надмыщелки бедренной кости. Ось ординат располагалась во фронтальной плоскости перпендикулярно оси Ox. Ось аппликат проводилась перпендикулярно двум предыдущим. Морфометрия мышц проводилась на на-тивном препарате и на снимках цифровой фотокамеры (на фоне масштабного шаблона).

Для компьютерного моделирования использовались программные продукты Autodesk 3 ds Max Design 2011 и AutoCad 2011 (США).

На этапе качественного моделирования за основу модели были взяты стандартные элементы скелета нижней конечности, по эмпирически определенному подобию (соответствию препарата) на них были «наращены» мышцы ПГМБ.

На этапе количественного моделирования модель строилась на основе средних координат (абсцисса, ордината и аппликата) узловых точек. Средние координаты узловых точек рассчитывались на основании данных морфометрии отдельных мышц у каждого препарата. Введенные данные координат сглаживались компьютерной системой, на этой основе строилась модель ПГМБ, отражающая среднее строение мышц заданной области.

Результаты и их обсуждение. Сравнение двух этапов компьютерного моделирования показало, что качественное моделирование, нашедшее сегодня широкое применение в биологии и медицине, является неточным, оценочным и должно рассматриваться как подготовка к количественному моделированию. Результатом данного этапа является модель индивидуального состояния биологического предмета или явления. Сложить целостное представление о морфологических особенностях популяции на данном этапе не представляется возможным.

Количественное компьютерное моделирование не нашло широкого применения в морфологии в связи со своей трудоемкостью, но результаты, полученные в результате данного исследования, представляют несомненный научный интерес как средняя характеристика обследованной группы и могут служить основой для дальнейшего морфологического исследования.

Выводы:

1. Качественное компьютерное моделирование не отражает в полной мере строение биологического объекта.

2. Для построения адекватной компьютерной модели биологического объекта необходимо рациональное сочетание качественного и количественного моделирования.

Список литературы

1. Ильин, В. А. Аналитическая геометрия / В. А. Ильин, Э. Г. Позняк. - М. : Наука, 1981. -

232 с.

2. Лакин, Г. Ф. Биометрия / Г. Ф. Лакин. - М. : Высшая школа, 1990. - 352 с.

3. Стрижков, А. Е. Изменения геометрии суставных поверхностей и их зависимость от формы связок крупных суставов нижних конечностей человека в пре- и неонатальном онтогенезе / А. Е. Стрижков, В. Ш. Вагапова // Морфология (архив анатомии, гистологии и эмбриологии). -1996. - Т. 109, Вып. 2. - С. 93.

4. Стрижков, А. Е. Математическая морфология суставов человека / А. Е. Стрижков, В. Ш. Вагапова // Морфологические ведомости (приложение). - 2004. - № 1-2. - С. 100.

5. Стрижков, А. Е. Математическое моделирование формы связок и суставных поверхностей коленного сустава на ранних этапах онтогенеза / А. Е. Стрижков // Морфология (архив анатомии, гистологии и эмбриологии). - 2004. - Т. 126, Вып. 4. - С. 117.

6. Стрижков, А. Е. Моделирование формы суставных поверхностей крупных суставов человека в норме / А. Е. Стрижков // Роль природных факторов и туризма в формировании здоровья населения : мат-лы III Российской научной конференции (Уфа, 11-16 июля 2005 г.). - Уфа : Изд-во БГМУ, 2005.- С. 141-143.

7. Стрижков, А. Е. Аналитическое описание формы суставных поверхностей крупных суставов человека в пре- и неонатальном онтогенезе / А. Е. Стрижков // Морфологические ведомости. -№ 1-2, приложение № 1. - 2006. - С. 275-278.

Стрижков Алексей Евгеньевич, кандидат медицинских наук, доцент кафедры анатомии человека, ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Республика Башкортостан, 450000, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3, тел.: 8 917-369-09-76, е-mail: [email protected].

Вагапова Василя Шарифьяновна, доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой анатомии человека, ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Республика Башкортостан, 450000, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3, тел.: (347) 272-58-81, е-mail: [email protected].

Хидиятов Ильдар Ишмурзович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой оперативной хирургии и хирургической анатомии им. В.М. Романкевича, ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Республика Башкортостан, 450000, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3, тел.: (347) 273-56-70, е-mail: [email protected].

Борзилова Ольга Хамзиновна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры анатомии человека, ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Республика Башкортостан, 450000, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3., тел.: (347) 272-58-81, е-mail: [email protected].

Сальманов Азат Афтахович, кандидат медицинских наук, доцент, заведующий отделением, ГБУЗ «Бюро судебно-медицинской экспертизы» Минздрава Республики Башкортостан, Республика Башкортостан, 450112, г. Уфа, ул. Цветочная, д. 2, тел.: (347) 231-82-81, е-maiï:bashkortostan@sudmed.шfo.

Бикташев Марсель Радикович, доцент кафедры физвоспитания ЛФК и ВК, ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Республика Башкортостан, 450000, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3, тел.: 8-927-303-10-50, е-mail: [email protected].

УДК 611.728:572.781.68:591.3 © А.Е. Стрижков, Р.З. Нуриманов, 2012

А.Е. Стрижков, Р.З. Нуриманов

СТАДИИ МОРФОГЕНЕЗА ВНУТРИСУСТАВНЫХ СВЯЗОК СУСТАВОВ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Уфа

Изучены внутрисуставные связки суставов нижней конечности на трупах 150 плодов, 15 новорожденных, 8 грудных детей. Установлены стадии морфогенеза связок: закладка, созревание, рост, дефиниция. Каждая стадия характеризуется особенностями анатомического и гистологического строения, биомеханическими свойствами отдельных связок. Установлено, что строение и биомеханические свойства на этапах морфогенеза разных внутрисуставных связок суставов нижней конечности различаются.

Ключевые слова: связки суставов, морфогенез, нижняя конечность.

A.E. Strizhkov, R.Z. Nurimanov

THE STAGES OF MORPHOGENESIS OF INTRA-ARTICULAR LIGAMENTS OF THE HUMAN LOWER EXTREMITY JOINTS

There were studied the intra-articular band of joints of the human lower extremity in 150 fetuses, 15 newborns, 8 infants. The stages of morphogenesis in ligaments: tab, maturation, growth, definition were defined. Each stage was characterized by the features of the anatomical and histological structure, biomechanical properties of individual ligaments. It was established that the structure and biomechanical properties of the phases of the morphogenesis of intra-articular ligaments of different inj-oints ligaments of the lower extremity.

Key words: ligaments of the joints, morphogenesis, the lower extremity.

Введение. Внутрисуставные связки суставов человека имеют отличительные морфофункцио-нальные особенности, которые определяют специфичность диагностики и лечения их травм и заболеваний. Однако в литературе слабо представлены данные об особенностях их строения в прогрессивные периоды онтогенеза, нет сведений о стадиях их морфогенеза. Выявление основных закономерностей преобразования строения и функции органов на этапах онтогенеза является ключом к пониманию процессов их морфогенеза при регенерации [1, 2, 3, 4]. Все это определяет актуальность настоящего исследования.

Цель: выявить и обосновать стадии морфогенеза внутрисуставных связок суставов (ВСС) нижней конечности.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• изучение макроскопического и гистологического строения ВСС;

• исследование биомеханических свойств ВСС;

• определение и обоснование стадий морфогенеза ВСС.

Материалом для исследования служили трупы 150 плодов, 15 новорожденных, 8 грудных детей, не имевших патологии опорно-двигательного аппарата. Объекты и методы исследования представлены в табл. 1.

238