Научная статья на тему 'Жевательный аппарат как специализированная многоблочная биомеханическая система и ее функционально-адаптационные механизмы'

Жевательный аппарат как специализированная многоблочная биомеханическая система и ее функционально-адаптационные механизмы Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

CC BY
224
21
Поделиться

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Симановская Е. Ю., Болотова М. Ф., Няшин Ю. И., Осипов А. П.

Жевательный аппарат человека, сформировавшийся в процессе филои онтогенеза, в сущности, есть многоблочная биомеханическая система, которая обеспечивает прием, апробирование пригодности пищи, рефлекторные акты: сосание, жевание, глотание, секрецию слюнных желез и др., формирует произношение звуков и слов, регулирует дыхание. Анализ анатомо-топографической структуры и функции жевательного аппарата выявил четкую функционально-ориентированную многоблочную систему специализированных тканей. Имеется два основных костно-мышечных блока. Первый представлен уникальными по форме и по функции височно-нижнечелюстными суставами, с их помощью нижняя челюсть причленяется к височной кости и благодаря сокращениям мускулатуры осуществляет сложный двигательный акт перемещения ее в различных направлениях. Второй блок денто-альвеолярное сочленение между зубами верхней и нижней челюстей. Эту систему дополняют мягкие ткани, функционирующие как затворы, располагающиеся последовательно в соответствие с процессом приема и переработки пищи: передний вестибулярный затвор, функционирующий как клапан, удерживающий пищу, и задний небно-глоточный затвор, обеспечивающий транспорт пищевого комка из полости рта в глотку и пищевод. Особого внимания заслуживает изучение уникальной структуры зубов, их анатомические формы, фиксации, а также костей лицевого скелета в этой системе функциональных механизмов. Зубы человека гетеродонтичны. Эмаль зуба самая твердая из всех тканей организма и соответствует 7„a по шкале твердости (для сравнения твердость алмаза по этой шкале соответствует 10„a), толщина эмали от 0.01 мм у шейки увеличивается до 3.5 мм в области бугров, что позволяет зубам выдерживать большие нагрузки. В плавности трансформации жевательного давления большое значение имеют количество, анатомическая форма и геометрическое расположение корней зуба, а также синдесмоз между корнем и альвеолой, пучки волокон которого определяет диапазон микроэкскурсий зуба. Регламентируют нагрузку на зуб механорецепторы. В амортизации жевательного давления участвует тканевая жидкость периодонта, перемещаясь при нагрузке она равномерно распределяет давление. В области как верхней, так и нижней челюсти имеются участки повышенной прочности (контрфорсы), располагающиеся в зонах максимальной функциональной нагрузки. В этих зонах губчатое вещество кости образует траектории различной протяженности, которые отсутствуют у новорожденных (В.Воробьев, Г.Ясвоин, 1936). В общей системе функциональной адаптации к жевательной нагрузке интегрирующим центром являются височно-нижнечелюстные суставы, передающие сигналы от рецепторов пародонта в центральную нервную систему. Амортизирующую функцию в суставе играет суставной диск. Увеличивая площадь суставных поверхностей, он снижает давление суставной головки на дно суставной ямки и тем самым препятствует нагружению тонкой пластинки, отделяющей височнонижнечелюстной сустав от полости черепа. Повышает устойчивость сложный связочный комплекс. Таким образом, наши исследования жевательного аппарата как специализированной биомеханической системы позволили установить, что особенности его каркаса, образованного большим числом синдесмозстезированных между собой зубных и костных образований лицевого и мозгового черепа, повышают его резистентность к нагрузке. Благодаря анатомической, морфологической и функциональной взаимосвязи всех звеньев зубочелюстно-лицевой системы, а также специфического для данной области многозвеньевого блока функциональноадаптированных компенсаторных механизмов, сформировавшихся в процессе филои онтогенетического развития, создаются оптимальные условия для всей деятельности жевательного аппарата.

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению , автор научной работы — Симановская Е.Ю., Болотова М.Ф., Няшин Ю.И., Осипов А.П.,

Текст научной работы на тему «Жевательный аппарат как специализированная многоблочная биомеханическая система и ее функционально-адаптационные механизмы»

РОЛЬ ВИЗУАЛЬНОЙ КОРРЕКЦИИ НА РАННИХ СТАДИЯХ ДВИЖЕНИЯ ПРИ ВЫУЧИВАНИИ НОВОЙ ЗРИТЕЛЬНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ КООРДИНАЦИИ

В.Ю. Рощин1, А.А. Фролов1, A. Roby-Brami2

1Россия, 117865 Москва, Бутлерова, 5А, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН 2INSERM-CREARE, UPMC, 9 quai St-Bernard, Paris 75005, France

Для управления движением кисти руки к видимой цели нервная система должна сформировать предполагаемую траекторию движения на основе визуальной информации о положении цели в пространстве и начальном положении кисти. Предполагается, что эта траектория планируется в видимом пространстве, поскольку при выполнении движения для его коррекции используется в основном зрительная информация.

Имеются, в свою очередь, две основные стратегии управления: управление с коррекцией по обратной связи и прямое управление. Реально при выполнении таких движений используется комбинация обеих стратегий, причем в обычных условиях вклад коррекции по обратной связи не велик.

Для исследования роли визуальной обратной связи мы искусственно уменьшали эффективность прямого управления. Для этого вносились искажения в визуальное представление рабочего пространства. Испытуемый наблюдал изображение двумерной проекции рабочего пространства на экране монитора и должен был попасть маркером, изображающим кисть руки, в изображения цели. Положение маркера на экране управлялось реальным положением кисти в трехмерном пространстве, причем реальное положение кисти испытуемый видеть не мог. Для нарушения привычной зрительномоторной координации изображение рабочего пространства представлялось повернутым на 30, 60 и 90 градусов относительно центральной точки.

Для 6 испытуемых были проведены по 3 экспериментальных сессии, каждая из которых состояла из записи траекторий 78 контрольных движений в обычном и 84 движений в повернутом рабочем пространстве. Для анализа брался первый сегмент движения, выделенный по критерию соотношения кривизны траектории и скорости. Эксперименты продемонстрировали адаптацию испытуемых к новой зрительнодвигательной координации и наличие ее генерализации по пространству.

В предположении, что в процессе адаптации нервная система формирует дополнительное линейное преобразование (в идеальном случае, обратное привнесенному повороту изображения рабочего пространства), необходимое для правильного планирования траектории, по экспериментальным данным были рассчитаны матрицы линейных приближений трех преобразований.

Первое преобразование Fi связывает вектор направления из начального положения кисти на цель и вектор начальной скорости кисти. Второе Fv связывает вектора из начального положения кисти на цель и в точку траектории с максимальной тангенциальной скоростью. Третье Fm - вектора из начального положения кисти на цель и в точку траектории, соответствующую концу первого сегмента движения.

Fi отражает вклад только прямого управления в выполнение движения и позволяет оценить способность правильного выбора направления запланированной

траектории. Еу и Еш позволяют оценить вклад визуальной коррекции в управление к моментам достижения пика скорости и концу сегмента движения, соответственно.

Для количественной оценки степени адаптации использовался анализ собственных векторов полученных матриц преобразований. Во многих случаях и Еу значимо отличались, когда время, которому соответствовало Еу составляло в среднем 260-350мс от начала движения. Таким образом, было показано, что визуальная коррекция существенно влияет на управление уже на ранних стадиях движения.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АВТОМАТИЧЕСКОГО И ПРОИЗВОЛЬНОГО ШАГАНИЯ В УСЛОВИЯХ РАЗГРУЗКИ КОНЕЧНОСТЕЙ У ЧЕЛОВЕКА

В.А. Селионов, Ю.С. Левик, О.В. Казенников, В.С. Гурфинкель

Россия, 101447, Москва, Бол. Каретный, 19, Институт проблем передачи информации, РАН

Целью данного исследования было изучение кинематических и электрофизиологических характеристик произвольных и непроизвольных шагательных движений в горизонтальной плоскости. Для вызова непроизвольных циклических движений вывешенных ног использовалась 1) вибрационная стимуляция мышечных рецепторов; 2) прием Ендрассика, при необходимости сочетавшийся с подпороговой вибрацией или пассивными, “пусковыми” движениями ноги; 3) а также повышение уровня тонической готовности после сильного произвольного сокращения различных мышц ног в течение 30-45 с (феномен Конштамма). Кинематику движений, вызванных различными способами, сравнивали между собой и с характеристиками произвольных движений в тех же условиях.

Использовалась установка с системой вывески обеих ног, позволявшей испытуемым совершать шагательные движения без ограничения подвижности в суставах. Во время инициированного шагания “в воздухе” регистрировалась ЭМГ-активность флексорных и экстензорных мышц бедра и голени. Углы в тазобедренном и коленном суставах измерялись при помощи потенциометрических гониометров.

Выраженные ритмические движения при непрерывной вибрации мышц одной или обеих ног наблюдались у 8 из 17 испытуемых. Вибрация вызывала циклические движения в тазобедренном и коленном суставах обеих ног, которые продолжались в течение всего периода вибрации. Длина шага “в воздухе“ (движение переноса стопы в передне-заднем направлении) была в диапазоне 0.6-1.5 м. Период шагательных движений составлял от 0.98 до 2.27 с (в среднем 1.74+0.42 с). Фазовые сдвиги между движениями в тазобедренном и коленном суставах могли быть как положительными, так и отрицательными, в зависимости от направления шагательных движений, и соответствовали ходьбе вперёд или назад (- 0.22 + 0.07 с и 0.16 + 0.06 с для ходьбы вперёд и назад, соответственно). Приём Ендрассика мог вызывать локомоторные движения с такими же периодами циклических движений и соответствующими межсуставными фазовыми соотношениями, как при приложении вибрации. Суперпозиция вибрации и приёма Ендрассика приводила к увеличению темпа и амплитуда вызванных движений.

Феномен Конштамма вызывал у части испытуемых автоматические шагательные движения, которые продолжались в течение 20-40 с и постепенно затухали, при этом

период цикла был короче, амплитуда шагательных движений больше, чем при использовании двух предыдущих методов вызова шагания. Полученные данные показывают, что из-за отсутствия опоры и гравитационных моментов характеристики шагания “в воздухе” отличаются от кинематики шагания по земле, однако аналогичны характеристикам произвольного шагания в тех же условиях.

Работа поддерживается грантом РФФИ № 97-02-17526.

МОЖЕТ ЛИ БИОМЕХАНИКА ПОМОЧЬ ПРЕОДОЛЕТЬ КРИЗИС В ЛОКАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕРМИИ?

В.Л. Сигал, А.А. Андрусич

Украина, 252056, Киев, пр. Победы 37, Национальный технический университет (КПИ)

Локальная гипертермия - одно из наиболее интригующих направлений в биомеханике и её приложениях. Однако ни поражающее число публикаций во всём мире, ни значительное расширение ассортимента технических разработок по сути не содействовали повышению эффективности локальной гипертермии как метода лечения онкологических заболеваний. Плохая прогнозируемость результатов лечения определяет кризис гипертермических технологий, для преодоления которого расширяется класс физических полей, используемых для нагрева тканей, разрабатываются новые методы доставки локализованного тепла, повышаются значения «лечебных» температур вплоть до двух- трёхкратного превышения. Однако все эти подходы до сих пор мало способствовали преодолению сложившегося кризиса.

В работе детально обсуждается сложившаяся ситуация, анализируются различные попытки преодоления кризиса и намечаются иные пути выхода из него, главные из которых связаны с выяснением и количественными оценками биологических механизмов, обусловливающих поражающий эффект гипертермических температур для популяций клеток опухолевых и злокачественных тканей. Широкий спектр таких механизмов обосновывает необходимость индивидуального подхода к проведению гипертермии в каждом конкретном клиническом случае, при котором учитывается специфика опухоли.

Для реализации такого подхода рассмотрены следующие факторы:

а) термомеханические аспекты, в том числе связанные с изменением вязкоупругих свойств мембран клеток опухолевой ткани

б) структурные переходы в водных растворах цитоплазмы и межклеточного пространства

в) изменение гидрофильно-гидрофобного баланса для границы поверхности раздела фаз

г) термоэлектрические явления, в том числе термодиффузиофорез

д) осмотический гомеостаз клеток нормальных и злокачественных тканей

е) гомеопатическое воздействие малых доз тепла

ж) неоднородность структуры опухоли, существенно отличающая её от нормальной ткани

з) нелинейность процессов биотеплопереноса

и) экстремальность зависимости кровотока в тканях от температуры и времени нагрева

к) изменение кровотока под действием внешнего локального нагрева.

На основе проведенного анализа с использованием компьютерного

моделирования сформулированы рекомендации по составлению оптимального протокола воздействия локальной гипертермии, в котором учитываются рассмотренные биомеханические свойства конкретных опухолей.

ОСОБЕННОСТИ БИОМЕХАННИКИ ЧЕРЕПА У БОЛЬНЫХ ИШЕМИЧЕСКИМ ИНСУЛЬТОМ В ОСТРОМ ПЕРИОДЕ

К.В. Сиденков, М.И. Тимофеева, Р.Г. Образцова

Россия, 620149, г.Екатеринбург, ул. Хохрякова, 73, НПО "Бонум"

Диагностика и лечение цереброваскулярных заболеваний является насущным вопросом современной неврологии. Базируясь на основных данных о ишемическом инсульте (ИИ) и работах основоположников краниальной концепции и

краниосакральной терапии (В.Г. Сатерленд, 1940 г., Г.И. Мэгон 1976 г., В. Фрайман 1995 г., А. Гехин 1992 г.) становится ясным, что проблема патобиомеханики костей черепа у больных И.И. в настоящий момент изучена недостаточно.

Клинические наблюдения у 30 больных ИИ в остром периоде позволили диагностировать биомеханические нарушения внутренней ротации височной кости, торсии сфенобазиллярного синхондроза либо латерофлексии, что сочеталось с ипсилатеральным нарушением мозгового кровообращения в регионе каротидного бассейна - внутренней сонной артерии.

Известны физиологические изгибы внутренней сонной артерии в сонном канале при вхождении и при выходе из него. Дополнительное биомеханическое напряжение возникает при прохождении сосуда через твердую мозговую оболочку, находящуюся в состоянии напряжения.

Нарушения нормальных взаимоотношений костей на основании черепа ведет к перерастяжению сосудов, что усиливает турбулентность крови, а при нарушении реологии описанные биомеханические факторы создают дополнительные условия для тромбообразования.

Мануальное лечение включает декомпрессию крестца, раскрытие большого затылочного отверстия, декомпрессию всех швов черепа и височных костей. У всех больных эффективность лечения контролировалась по данным РЭГ. Получены следующие результаты:

Пульсовое кровенаполнение в пораженном бассейне увеличивается в среднем на 37-40% от исходного уровня, время альфа уменьшается на 39-41%, т. е. сосудистая стенка становится более эластичной.

Соотношение альфа:Т изменяется также на 39-41%, что подтверждает уменьшение тонического состояния сосудов. Модуль упругости, отражаемый в показателе альфа\ку, и характеризующий тоническое состояние сосудов на отрезке от сердца до пораженного участка увеличивается на 37-38%, коэффициент асимметрии уменьшается на 38-40%, внутричерепное давление уменьшается на 35-37%.

Мануальная краниосакральная терапия в остром периоде ИИ положительно влияет на гемодинамику мозга, снижая внутричерепное давление, улучшая артериальный приток и венозный отток, нормализуя перфузионное давление. Таким

образом, учет биомеханических нарушений черепа позволяет обосновать применение новых технологий и получать лучшие результаты.

ЖЕВАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ КАК СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ МНОГОБЛОЧНАЯ БИОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-АДАПТАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Е.Ю. Симановская1, М.Ф. Болотова1, Ю.И. Няшин2, А.П. Осипов1

1Россия, 614000, Пермь, ул. Куйбышева, 39, Пермская государственная медицинская академия

2Россия, 614600, Пермь, Комсомольский проспект, 29а, Пермский государственный технический

университет

Жевательный аппарат человека, сформировавшийся в процессе фило- и онтогенеза, в сущности, есть многоблочная биомеханическая система, которая обеспечивает прием, апробирование пригодности пищи, рефлекторные акты: сосание, жевание, глотание, секрецию слюнных желез и др., формирует произношение звуков и слов, регулирует дыхание.

Анализ анатомо-топографической структуры и функции жевательного аппарата выявил четкую функционально-ориентированную многоблочную систему специализированных тканей.

Имеется два основных костно-мышечных блока. Первый представлен уникальными по форме и по функции височно-нижнечелюстными суставами, с их помощью нижняя челюсть причленяется к височной кости и благодаря сокращениям мускулатуры осуществляет сложный двигательный акт перемещения ее в различных направлениях. Второй блок - денто-альвеолярное сочленение между зубами верхней и нижней челюстей. Эту систему дополняют мягкие ткани, функционирующие как затворы, располагающиеся последовательно в соответствие с процессом приема и переработки пищи: передний вестибулярный затвор, функционирующий как клапан, удерживающий пищу, и задний небно-глоточный затвор, обеспечивающий транспорт пищевого комка из полости рта в глотку и пищевод.

Особого внимания заслуживает изучение уникальной структуры зубов, их анатомические формы, фиксации, а также костей лицевого скелета в этой системе функциональных механизмов.

Зубы человека гетеродонтичны. Эмаль зуба - самая твердая из всех тканей организма и соответствует 7° по шкале твердости (для сравнения твердость алмаза по этой шкале соответствует 10°), толщина эмали от 0.01 мм у шейки увеличивается до 3.5 мм в области бугров, что позволяет зубам выдерживать большие нагрузки.

В плавности трансформации жевательного давления большое значение имеют количество, анатомическая форма и геометрическое расположение корней зуба, а также синдесмоз между корнем и альвеолой, пучки волокон которого определяет диапазон микроэкскурсий зуба. Регламентируют нагрузку на зуб механорецепторы. В амортизации жевательного давления участвует тканевая жидкость периодонта, перемещаясь при нагрузке она равномерно распределяет давление. В области как верхней, так и нижней челюсти имеются участки повышенной прочности (контрфорсы), располагающиеся в зонах максимальной функциональной нагрузки. В

этих зонах губчатое вещество кости образует траектории различной протяженности, которые отсутствуют у новорожденных (В.Воробьев, Г.Ясвоин, 1936).

В общей системе функциональной адаптации к жевательной нагрузке интегрирующим центром являются височно-нижнечелюстные суставы, передающие сигналы от рецепторов пародонта в центральную нервную систему. Амортизирующую функцию в суставе играет суставной диск. Увеличивая площадь суставных поверхностей, он снижает давление суставной головки на дно суставной ямки и тем самым препятствует нагружению тонкой пластинки, отделяющей височнонижнечелюстной сустав от полости черепа. Повышает устойчивость сложный связочный комплекс.

Таким образом, наши исследования жевательного аппарата как специализированной биомеханической системы позволили установить, что особенности его каркаса, образованного большим числом синдесмозстезированных между собой зубных и костных образований лицевого и мозгового черепа, повышают его резистентность к нагрузке. Благодаря анатомической, морфологической и функциональной взаимосвязи всех звеньев зубочелюстно-лицевой системы, а также специфического для данной области многозвеньевого блока функциональноадаптированных компенсаторных механизмов, сформировавшихся в процессе фило- и онтогенетического развития, создаются оптимальные условия для всей деятельности жевательного аппарата.

К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ ЖЕВАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ ЧЕЛОВЕКА

М.А. Ситникова1, А.М. Еловиков1, А.А. Селянинов2

1Россия, 614000, Пермь, ул.Куйбышева 39, Пермская государственная медицинская академия, кафедра ортопедии и травматологии

2Россия, 614600, Пермь, Комсомольский пр-т, 29а, Пермский государственный технический университет, кафедра теоретической механики

При операции гайморотомии в верхней челюсти создаются концентраторы напряжений, которые изменяют напряженно-деформированное состояние в процессе жевания. Для оценки прочности костных тканей верхней челюсти необходимо знать величины сил жевательных мышц при различных жевательных движениях и различной нагрузке.

Задача является статически неопределимой не смотря на то, что каждому определенному жевательному движению соответствует определенное сочетание мышечных возбуждений. В работе использованы критерии минимума реакции в височно-нижнечелюстном суставе и минимума суммарного усилия жевательных мышц, позволяющие свести задачу определения усилий жевательных мышц к задаче оптимального управления.

При постановке задачи использованы следующие допущения:

а) рассматривались основные мышцы, прикрепленные к нижней челюсти (жевательная, медиальная и латеральная крыловидные, височная);

б) значения плеч сил жевательных мышц относительно височно-нижнечелюстного сустава принимались постоянными, известными из эксперимента;

в) принята плоская постановка (в сагиттальной плоскости);

г) направление жевательной нагрузки принято перпендикулярным окклюзионной плоскости;

д) нижняя челюсть считалась абсолютно твердым телом.

При реализации данной постановки были получены реакции в суставе, усилия в жевательных мышцах и их максимальные значения. Показано, что оба критерия дают одинаковое решение, согласующееся с известными литературными данными.

КЛИНИЧЕСКАЯ БИОМЕХАНИКА - ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ФАКТИЧЕСКИЕ РАЗДЕЛЫ

Д.В. Скворцов

Россия, Москва, 109180, ул. Б.Якиманка, 27-17, НМФ “МБН”

В настоящее время биомеханика как фундаментальная наука используется в различных отраслях медицины. Многие ее разделы уже определились в самостоятельные теоретические и практические направления. Однако, в силу различного рода факторов, эти свершившиеся события до сегодняшнего дня остаются малоизвестными в отечественной медицинской науке и практике.

БИОМЕХАНИКА. Этим термином сегодня обозначается очень широкий спектр теоретических и прикладных наук, рассматривающий или использующий механические явления в живой природе от животной или растительной клетки до целого организма, включая человека. Такая широта трактовки требует конкретизации в зависимости от применения. Поэтому различают инженерную, спортивную и другие тематические разделы биомеханики. Биомеханика дыхательной, опорно-двигательной, кровеносной и других систем человеческого организма (до внутриклеточных структур включительно) и видов его деятельности объединяются общим понятием медицинской биомеханики. Однако, и медицинская биомеханика представлена во множестве областей как практических, так и теоретических. Поэтому будет оправдано обозначить сферу практического применения биомеханики в медицине уже известным термином -клиническая биомеханика. Тем не менее и этот раздел биомеханики сегодня весьма значителен. Из всего многообразия клинической биомеханики существенную и относительно однородную часть представляет раздел, занимающийся изучением движений. Этот раздел можно определить как клинический анализ движений. Приставка “клинический” вполне оправдана, т.к. анализ движений в целом представляет собой весьма широкую область. Значительная часть всего современного клинического анализа движений представлена использованием ходьбы человека в качестве глобального двигательного теста. Данное направление можно обозначить как анализ походки. Ходьба удобна тем, что в ее осуществлении участвует весь опорнодвигательный аппарат, что дает возможность исследовать функцию любых его отделов, включая верхние конечности и позвоночник. Ходьба филогенетически древняя локомоция, хорошо автоматизированная и циклическая. Другой двигательный тест, нашедший большое распространение для определения состояния двигательной сферы, анализ основной стойки - исследование положения и движений общего центра давления тела при стоянии обследуемого на специальной платформе. Этот метод известен как стабилометрия.

В целом, различные виды клинического анализа движений возможно объединить по функциональному признаку. Современный клинический анализ движений используется, во многом, как средство диагностики и определения функционального состояния опорно-двигательного аппарата. По аналогии с известной в медицине функциональной диагностикой сердца, сосудов, органов дыхания и др. можно определить данное приложение клинического анализа движений как функциональная диагностика опорно-двигательной системы.

КОНЦЕПЦИЯ АНАЛИЗА ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ПОХОДКИ

Д.В. Скворцов

Россия, Москва, 109180, ул. Б.Якиманка, 27-17, НМФ “МБН”

Предлагаемая концепция основана на исследовании походки 50 здоровых испытуемых и 149 пациентов с различной ортопедотравматологической и неврологической патологией. Из них 65 - с последствиями переломов пяточной кости, 49 - с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника, ДЦП - 28 человек и 7 - с закрытыми переломами костей голени. Исследование произведено на комплексе “МБН-БИОМЕХАНИКА” производства НМФ “МБН” г. Москва и его предшествующих вариантах.

Обнаружено, что все симптомы двигательных нарушений, обнаруживаемые со стороны различных параметров походки, можно разделить на неспецифические и специфические. Неспецифические симптомы характеризуют лишь общую тенденцию замедления скорости ходьбы. Специфические - являются результатом определенной патологии.

Выделены уровни компенсации в зависимости от степени вовлечения в процесс различных отделов опорно-двигательного аппарата. Первый уровень - уровень пораженной конечности. На этом уровне компенсация происходит только за счет перестройки функции данной конечности. Здоровая конечность остается интактной. Следующий уровень - уровень межконечностного взаимодействия, когда в процесс функциональной перестройки вовлекается здоровая конечность. На этом уровне выделены две основных группы механизмов компенсации: механизмы компенсации относительно короткой или длинной конечности, и общие компенсаторные механизмы.

К общим механизмам относится следующее.

Перераспределение функций: здоровая конечность выполняет

преимущественно функцию опоры, а больная - преимущественно функцию переноса.

Функциональное копирование: здоровая конечность копирует функцию больной с целью уменьшения функциональной асимметрии.

Обеспечение оптимума: изменение функции здоровой конечности дает

возможность больной двигаться в режиме, максимально приближенном к нормальному.

При нарастании степени и глубины двигательного дефекта в процесс компенсации вовлекается выше лежащий уровень таза и поясничного отдела позвоночника. В этом случае таз выполняет роль балансира-компенсатора, а поясничный отдел позвоночника восполняет его колебания, оставляя верхнюю часть туловища относительно стабильной. При невозможности сохранения стабильности

привлекаются движения вышележащего уровня туловища и верхних конечностей. Использование для балансировки движений этого уровня - последняя возможность сохранения баланса тела за счет собственных ресурсов. Дальнейшее углубление двигательной патологии приводит к необходимости использования средств дополнительной опоры. Последний уровень локомоции, отличной от ходьбы, используется при полной невозможности самостоятельного передвижения (механические средства и др.).

БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ КЕРАТОПЛАСТИКИ НА ФИЛЬТРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ТРАБЕКУЛЫ

А.С. Скобликов, В.В. Науменко, И.В. Малаховский, Б.А. Смольников

Россия, 193029, С.-Петербург, Большой Смоленский пр., д.2, офис 512, ЗАО “Питерком”

В практике офтальмохирургии замечено, что такие операции на роговице как кератопластика часто связаны с возникновением вторичной глаукомы. В представленной работе рассмотрено воздействие, наносимых на роговицу глаз круговых роговичных разрезов при операции кератопластики на фильтрующие свойства трабекулы.

Особенность этих разрезов заключается в том, что при их зашивании после операции нить не захватывает всю толщину роговицы. Небольшой слой на внутренней поверхности роговицы по физиологическим причинам должен остаться незакреплённым швом. Из-за этого меняются фильтрующие свойства трабекулы. Задачей исследования является изучение зависимости фильтрующих свойств трабекулы от различий в размерах отверстия и имплантата, различий в толщине имплантата и родной роговицы, профиля разреза и шва и т.д. В этой работе рассмотрено лишь воздействие радиуса имплантата, который полагается равным радиусу отверстия, на отток внутриглазной жидкости (ВГЖ). Рассматриваются только цилиндрические профили разрезов и не учитываются последствия особенностей наложения шва, такие как сжатие и локальное натяжение ткани вблизи шва.

При анализе задачи роговица рассматривается как тонкая безмоментная оболочка. Такое рассмотрение возможно, поскольку роговица состоит из трёх слоёв, самый прочный из них - десцеметова мембрана, расположенная на внутренней поверхности роговицы, - имеет толщину приблизительно 20мкм, что много меньше радиуса роговицы. Безмоментное поведение этой оболочки обусловлено с одной стороны тем, что большинство биологических тканей не сопротивляется изгибу. С другой стороны, любая оболочка может находиться в безмоментном состоянии при соответствующих нагрузках и граничных условиях. В математической постановке имеют место именно такие нагрузки и условия.

В результате анализа задачи в математической постановке получено различие между нормальным положением точки крепления десцеметовой мембраны к трабекуле и положением этой точки в прооперированном глазе в зависимости от радиуса отверстия и имплантата, которые полагались равными.

Вследствие такого смещения края трабекулы она испытывает незначительное сморщивание, то есть отверстия, через которые проходит ВГЖ в пути её оттока, уменьшаются, и фильтрующие свойства трабекулы ухудшаются. Фильтрующие

свойства трабекулы становятся тем хуже, чем больше пересаживаемая часть роговицы, что может быть использовано для снятия или коррекции гипотонии.

Для компенсации этого эффекта ресничной мышце, натягивающей другой край трабекулы, необходимо изменить режим работы. Изменение в работе ресничной мышцы напрямую повлияет на аккомодацию, так как исполнительный механизм в системе управления оттоком ВГЖ и аккомодацией один: ресничная мышца.

Учёт этих взаимосвязей и индивидуальных характеристик дренажной системы оперируемого позволяет выбрать более патогенетически направленные способы лечения.

ВОЗМОЖНЫЙ МЕХАНИЗМ КОМПЕНСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ГЛАУКОМЕ ПСЕВДОНОРМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

А.С. Скобликов, И.В. Малаховский, Б.А. Смольников

Россия, 193029, С.-Петербург, Большой Смоленский пр., д.2, офис 512, ЗАО “Питерком”

Статистические исследования показывают, что 60% больных глаукомой в Японии страдают от глаукомы псевдонормального давления. В США количество таких больных меньше — 40%. Глаукома псевдонормального давления возникает, если внутричерепное давление (ВЧД) становится слишком низким и не может сопротивляться нормальному уровню внутриглазного давления (ВГД). При этом решетчатая пластинка склеры продавливается в зрительный нерв аналогично тому, как это происходит при повышенном ВГД.

Нормальный баланс давлений вблизи решетчатой пластинки реализуется, если ВГД=2ВЧД. При понижении внутричерепного давления или при повышении внутриглазного этот баланс нарушается и начинается развитие глаукомы.

В работе рассмотрен возможный механизм компенсации пониженного ВЧД. Мякотные волокна зрительного нерва окружены цилиндрической мягкой оболочкой, которая находится внутри твёрдой оболочки нерва. Между мягкой и твёрдой оболочками имеется межоболочечное пространство в виде тонкого цилиндрического кольца. Это межоболочечное пространство играет важную роль в процессе компенсации пониженного ВЧД.

При понижении ВЧД в межоболочечное пространство добавляется ликворная жидкость. При добавлении жидкости повышается тканевое давление в зрительном нерве до уровня, достаточного для предотвращения от прогиба в сторону черепа решетчатой мембраны, испытывающей воздействие ВГД. Для поддержания равновесного состояния решетчатой мембраны добавление этой жидкости требуется в малых объёмах. Добавление любого количества жидкости в межоболочечное пространство вызывает резкое повышение давления, так как все структуры глазного нерва в основном состоят из жидкости, которая обладает свойством несжимаемости. Разработана адекватная биомеханическая модель, описывающая взаимосвязь между объёмом добавляемой в межоболочечное пространство ликворной жидкости, давлением в зрительном нерве и прогибом решетчатой пластинки.

Принцип работы этого механизма аналогичен принципу работы домкрата, где большие усилия вызываются подкачкой небольших доз масла в закрытую камеру.

Таким образом, такой природный механизм компенсации пониженного ВЧД при глаукоме псевдонормального давления представляется весьма разумным. Окончательное подтверждение существования этого механизма требует более детального рассмотрения

• взаимосвязи желудочков мозга, продуцирующих ликворную жидкость, и различных полостей мозга, наполненных ею с передачей жидкости в межоболочечное пространство зрительного нерва;

• связи передачи ликворной жидкости и ВЧД.

ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ НЕСЪЕМНОГО КОМБИНИРОВАННОГО МОСТОВИДНОГО ПРОТЕЗА

О.Ю. Сметанников1, Л.М. Гвоздева2, Л.В. Майорова2

1Россия, 614600, Пермь, Комсомольский проспект, 29а, Пермский государственный технический университет, кафедра вычислительной математики и механики

Россия, 614000, Пермь, ул. Куйбышева, 39, Пермская государственная медицинская академия, кафедра детской стоматологии

В детской ортопедической стоматологии для устранения частичной адентии традиционно используются съемные пластинчатые протезы. Их эксплуатация причиняет ребенку ряд неудобств: длительный период привыкания, необходимость снятия и чистки после приема пищи и перед сном, нарушение дикции, раздражающее воздействие на слизистую оболочку неба и альвеолярного отростка. Несъемные протезы с двусторонней жесткой фиксацией можно применять только после окончания роста альвеолярных отростков и челюстей: во фронтальном отделе с 16-18 - летного возраста, в боковом - с18-20 лет.

Коллективом авторов предложена конструкция несъемного разборного мостовидного протеза, состоящего из двух тонкостенных коронок и закрепленной на них при помощи пайки или отлитой вместе с ними разборной промежуточной части. Материал - титановый сплав КХС. Промежуточная часть состоит из двух деталей -рабочего (РЭ) и направляющего (НЭ) элементов. НЭ, представляющий собой цилиндрический штифт диаметром 4 мм, входит в отверстие, высверленное в РЭ с зазором 0.02 - 0.05 мм. Глубина отверстия меньше длины НЭ на 2 - 3 мм. Оставшаяся полость в случае необходимости заполняется резиноподобным материалом для создания отталкивающего усилия, препятствующего сближению опорных зубов. Данная конструкция протеза подвижна в направлении оси альвеолярной дуги, что исключает искривление опорных зубов при росте челюсти ребенка. Со временем штифт выдвигается из канала, косметическая фасетка наращивается в полости рта композиционным материалом соответствующего цвета.

В работе дана оценка кратковременной прочности протеза. Расчет проводился методом конечных элементов с использованием научного программного пакета ANSYS 5.3. В полной постановке задача исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции протез - зуб и оценка ее прочности является физически нелинейной, контактной, объемной. Вычисления проводились в два этапа:

1 .Расчет перераспределения напряжений в системе опорные зубы - протез при учете контактного взаимодействия рабочего и направляющего элементов. Оценивалось влияние взаимодействия РЭ и НЭ через поверхность контакта на уменьшение

напряжений в зоне крепления РЭ к зубу, возникающих под действием максимального жевательного усилия. Опорные зубы и периодонт моделировались системой балок и упругих связей, соответственно. Показано, что наличие контакта с НЭ снижает уровень максимальных напряжений в 2 - 2.5 раза и создает 2-кратный запас прочности в зоне соединения РЭ с зубом.

2. Уточненный расчет напряжений в зоне крепления рабочего элемента на опорном зубе. Оценивалось влияние конструктивного исполнения коронки на прочность соединения протеза с зубом. Коронка рассматривалась как оболочка, опорный зуб -трехмерный объект. При оценке прочности в зоне крепления учитывались результаты первого этапа. Исследовано два типа коронок - полная и частичная (боковая). Показано, что в обоих случаях протез работает без разрушения при кратковременных нагрузках, а в варианте с полной коронкой максимальные главные напряжения ниже предела усталости сплава КХС.

ВЗАИМОСВЯЗЬ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ И ГИСТОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТКАНЕЙ

Н.С. Снегирева, В.Н. Федорова, С.А. Обрубов, А.А. Древаль, Е.Е. Фаустова

Россия, 117869, Москва, ул. Островитянова, 1, Российский государственный медицинский университет, Московский институт медико-социальной реабилитологии

При рассматривании возможностей механического акустического метода всегда возникает вопрос о взаимосвязи механических и гистологических характеристик тканей Решение этого вопроса позволяет приблизиться к пониманию влияния структурной организации ткани на ее механические свойства. В работе проведено сопоставление механических акустических и гистологических данных на примере некоторых тканей.

Исследована рубцовоизмененная ткань гипертрофических и келоидных рубцов. По акустическим данным скорость распространения поверхностных волн в гипертрофических и келоидных рубцах отличается от скорости в нормальной коже, соответственно , на 20-50 % и 80-100 %. Из сравнения гистологических данных для двух типов рубцов получено следующее. Толщина эпидермиса больше в келоидном рубце по сравнению с гипертрофическим; блестящий слой определен более в келоидном рубце; толщина коллагеновых волокон больше в келоидном рубце; упорядоченность коллагеновых волокон имеет место в гипертрофическом рубце, в келоидном рубце упорядоченность волокон почти отсутствует; инфильтрация фибробластов более выражена в келоиде.Сопоставление показывает: что более "жесткой" ткани соответствует большее значение скорости поверхностных волн.

Исследование другой ткани - склеры глаза (в эксперименте на глазах кроликов) также показало наличие взаимосвязи. Представлены данные наблюдения за ходом перестройки коллагеновых компонент ткани глаза после коллагенопластики в различные сроки после операции (1,3,6 месяцев). Выявлено, что параллельно с восстановлением волокнистой структуры коллагена нормализуются акустические показатели скорость распространения волны и акустическая анизотропия.

Приведенные данные подтверждают единство концепции существования морфофункциональных связей, наблюдаемых для протяженно-покровных

структурированных систем и показывают соответствие гистологических и механических акустических свойств.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАВМЫ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ

М.М. Соловьев1, Г.А. Хацкевич1, И.И. Демидова2

1Россия, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого 6/8, СПбГМУ им. Акад. И.П. Павлова, кафедра детской стоматологии,

2СПбГУ, математико-механический факультет, кафедра теории упругости.

Среди травм костей лицевого черепа основную часть составляют переломы нижней челюсти. Причиной столь частых травм являются, в первую очередь, анатомические особенности нижней челюсти: подковообразная форма, относительно жесткая фиксация концов (по типу шарнира), исходные напряжения в ткани как ростовые, так и функциональные, связанные с тягой фиксирующихся к ней мышц и жевательной нагрузкой. Поэтому при ударе возникает сложная картина деформирования в костной ткани. результате возникают переломы нижней челюсти, которые имеют достаточно типичную локализацию в зависимости от характера травм.

Путем математического моделирования можно предсказать вероятные зоны разрушения в зависимости от направления и места приложения нагрузки на основании использования ряда аналитических биомеханических моделей: модель кривого бруса, моделей консоли и балки с двумя заделанными концами. Проанализированы возможности использования каждой из этих моделей для разнообразных направлений ударов в разных отделах челюсти. Проведено исследование методом фотоупругости плоской модели нижней челюсти при приложении горизонтальных нагрузок в разных ее отделах. Выявлены зоны концентрации напряжений в челюсти как локальные - в области действия приложенных сил, так и отдаленные, вызванные формой челюсти.

Полученные результаты показывают, что при любых травмах нижней челюсти опасные напряженные состояния, возникающие вне зоны удара, оказываются смещенными в область угла, где обычно и диагностируются отраженные переломы. С позиций механики деформируемого твердого тела обсуждается характер переломов в зависимости от вида нагрузки и анализируется поверхность переломов.

ВЛИЯНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО КОНТАКТА НА ПОДДЕРЖАНИЕ РАВНОВЕСИЯ ПРИ СТОЯНИИ НА НЕУСТОЙЧИВОЙ ОПОРЕ

И.А. Оолопова, О.В. Казенников

Россия, 101447, Москва, Большой Каретный пер., 19, Институт проблем передачи информации РАН

Целью работы являлось изучение стратегии поддержания равновесия на подвижной опоре. Для этого изучалось стояние человека с закрытыми глазами на подвижной опоре в виде пресс-папье (радиусом основания 30 см) различной высоты(6,14,22 или 35 см), а также исследовалась роль дополнительного контакта сзади (на уровне колен или крестца) при стоянии на подвижной опоре высотой 35 см. Регистрировали угол поворота платформы, горизонтальное перемещение верхней части

корпуса и ЭМГ-активность мышц голени. В экспериментах с использованием дополнительного контакта измеряли силу давления в месте контакта и следили за тем,чтобы эта сила была как можно меньше.

На подвижной опоре регуляция вертикальной позы осуществлялась в основном за счет движения в голеностопном суставе и являлась по-существу подстановкой опоры под проекцию центра тяжести. При увеличении высоты пресс-папье до 14 и 22 см наблюдалось ухудшение стояния, выражавшееся в увеличении амплитуды колебаний платформы( в 1.2-2 раза) и верхней части корпуса(в 1.1 -2 раза), а также, в возникновении вспышечной активности передней большеберцовой мышцы, перекрывающейся по времени с увеличенной активностью икроножной мышцы. При увеличении высоты пресс-папье до 35 см ( когда высота подвижной опоры больше радиуса ее основания) наклон корпуса вперед сопровождался уменьшением момента в голеностопном суставе и поддержание вертикальной позы с закрытыми глазами становилось невозможным. Однако при наличии дополнительного контакта сзади, который не уменьшал подвижности звеньев тела, наблюдалось резкое уменьшение колебаний, а также снижение активности икроножной мышцы и исчезновение активности передней большеберцовой мышцы. Следовательно, дополнительный контакт сзади позволял поддерживать равновесие малыми усилиями в тех условиях в которых без него это сделать было невозможно.

Поскольку силы в месте контакта были невелики, можно предположить, что этот контакт имел преимущественно информационое значение. Возможно наличие этой информации дает ЦНС возможность построить референтную вертикаль независимую от проприоцептивной информации от подвижных звеньев тела. Наличие такой вертикали, видимо, позволяет более точно отрабатывать нарушения позы.

Работа была поддержана грантом РФФИ N98-04-48935.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАГРУЗОК НА ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ КОРТИКАЛЬНОЙ КОСТИ БЕДРА ПОСЛЕ ОПЕРАЦИИ ЭНДОПРОТЕЗИРОВАНИЯ

А.В. Сотин1, А.С. Денисов2, Ю.В. Акулич1, В.Л. Скрябин2

1Россия, 614600, Пермь, Комсомольский пр-т, 29а, Пермский государственный технический университет, кафедра теоретической механики

2Россия, 614000, Пермь, ул.Куйбышева 39, Пермская государственная медицинская академия, кафедра ортопедии и травматологии

Целью настоящей работы является определение влияния напряженно-деформированного состояния бедра при ходьбе на свойства компактной костной ткани.

Необходимость повторного хирургического вмешательства при эндопротезировании часто вызвана нестабильностью имплантата. Основной причиной подвижности эндопротеза является резорбция костной ткани вокруг ножки имплантата. Зная напряженно-деформированное состояние протезированного бедра, можно оценить влияние механических свойств эндопротеза на процесс резорбции. Технология изготовления композиционных материалов позволяет получать конструкции с неоднородным распределением механических свойств. Проектирование эндопротеза из углепластика позволяет, учитывая индивидуальные особенности пациента,

минимизировать негативное механическое воздействие имплантата на кость, и тем самым увеличить его долговечность. Расчет напряженно-деформированного состояния системы бедро - имплантат проводится для всего цикла двойного шага. Данные по кинематике ходьбы, необходимые для расчета нагрузок на сустав взяты из монографии [1]. Методика расчета нагрузок описана в работе [2]. Кортикальная кость моделируется как полидисперсный композиционный материал. Изменение ее механических свойств рассчитывается с использованием геометрической модели перестройки костной ткани описанной в работе [3].

Литература

1. ВИТЕНЗОН А.С. Закономерности нормальной и патологической ходьбы человека.

Москва. ЦНИИПП, 1998.

2. СОТИН А.В., АКУЛИЧ Ю.В. Определение нагрузок на бедро при здоровой ходьбе. Тезисы докладов. IV Всероссийская конференция по биомеханике «Биомеханика-98». Нижний Новгород, 80, 1998.

3. MARTIN R. Bruce The effects of geometric feedback in the development of osteoporosis. J Biomechanics, 5: 447-455, 1972.

ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ ТОМОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА

А.В. Сотин1, В.А. Мусихин2

1Россия, 614600, Пермь, Комсомольский пр-т, 29а, Пермский государственный технический университет, кафедра теоретической механики

2Россия, 614097, Пермь, ул. Подлесная, 6, Пермский областной госпиталь ветеранов войн

Целью работы является построение пространственной модели тазобедренного сустава по данным полученным на томографе.

Для расчета напряженно-деформированного состояния костной ткани с помощью метода конечных элементов необходимо знать геометрию сустава, точки прикрепления и направление действия мышечных сил. По внешним антропометрическим данным невозможно точно описать индивидуальные особенности строения скелета пациента. Применение томографии позволяет решить эту проблему. Исследование проводилось на шаговом томографе CT Sytec 2000i компании General Electric, напряжение на трубке 120 kV, ток 100mA, время вращения трубки 3,6 сек., зона интереса 350 мм, толщина среза 10 мм. Полученные снимки были отпечатаны на фотобумаге. При помощи сканера фотоизображение преобразовывалось в графический файл и обрабатывалось на компьютере. Снимок увеличивался до необходимого размера и на него наносилась масштабированная координатная сетка. При построении геометрии конечно-элементной модели использовалась декартова ортогональная система координат OXYZ. Значение Z для контура кости определялось номером снимка умноженным на толщину среза, а X и Y находились по координатной сетке на снимке. Аналогично были получены точки прикрепления мышц на бедре и на тазовой кости. Использование цифрового изображения позволило для некоторых мышц вычислить площадь поперечного сечения. Эти данные необходимы для расчета мышечных сил при функциональных нагрузках. Таким образом, использование компьютерного

томографа, позволяет получать индивидуальные антропометрические данные, необходимые для построения математических моделей тазобедренного сустава.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНАТОМИЧЕСКИХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БЕДРА ЧЕЛОВЕКА

А.В. Сотин1, Д.В. Бородулин2, П.А. Гаряев3, А.В. Светлаков2

1Россия, 614600, Пермь, Комсомольский пр-т, 29а, Пермский государственный технический университет, кафедра теоретической механики

2Россия, 614039, Пермь, ул. Революции, 56, Пермская государственная медицинская академия, кафедра судебной медицины

3Россия, 614600, Пермь, ул. Куйбышева, 39, Пермская государственная медицинская академия, кафедра анатомии человека

Исследование посвящено измерению геометрических параметров нижней конечности человека на анатомических препаратах.

Для расчета оптимальной конфигурации эндопротеза тазобедренного сустава необходимо знать геометрию сустава, точки приложения и значения сил, действующих на бедро, со стороны таза. Максимальная изометрическая сила, развиваемая мышцей, зависит от площади ее физиологического поперечника. В работе [1] приведена следующая зависимость: Бшах = КЛсоБ(а), где К - удельная мышечная сила (~ 40Н/см); А - площадь физиологического поперечника мышцы; а - текущий угол перистости.

В работе измеряли внешние геометрические размеры нижней конечности, а также для каждой мышцы проводились замеры ее анатомического поперечника, угла перистости, длины брюшка, длины и поперечного сечения сухожилия. Были рассмотрены все мышцы тазобедренной области. По полученным экспериментальным данным были вычислены относительные по отношению к размерам бедра величины.

Литература

1. ЗАЦИОРСКИЙ В.М., ПРИЛУЦКИЙ Б.И. Нахождение усилий мышц человека по заданному движению. Современные проблемы биомеханики, 7: 81-123, 1992.

БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИСХОДОВ ЧРЕСКОСТНОГО ОСТЕОСИНТЕЗА ТЯЖЕЛЫХ ПЕРЕЛОМОВ ТАЗА

К.К. Стэльмах, Л.И. Мякотина

Россия, 620014, г. Екатеринбург, Банковский переулок, 7, Уральский НИИ травмотологии и ортопедии

Чрескостный остеосинтез тяжелых повреждений тазового кольца произведен 130 больным. Аппарат внешней фиксации позволяет устранить смещение тазовых структур и осуществить их жесткую фиксацию до полного сращения повреждений, что характеризуется хорошими клинико-рентгенологическими показателями. Однако эти показатели недостаточны для оценки функций опорно-двигательной системы (ОДС) и иногда не соответствуют предъявляемым жалобам больных на болевой синдром, возникающий при ортоградном стоянии и в локомоторном акте. Для изучения полноты восстановления функций ОДС 83 больным произведено в динамике многокритериальное биомеханическое исследование, определяющее количественно

опороспособность конечностей, длительность фаз шага, силу толчков, амплитуду движений в суставах, фронтальные и сагиттальные отклонения таза и плечевого пояса, а также функцию мышц туловища и нижних конечностей в ходьбе.

Впервые примененное инструментальное исследование в период фиксации таза аппаратом выявило минимальные биомеханические асимметрии статики и локомоторного акта, свидетельствующие о полноценной жизнедеятельности ОДС у всех больных. Однако после снятия аппарата биомеханические показатели оказались неоднозначными. Исходы лечения свежих переломов отличаются ранним (от 3 до 6 месяцев) восстановлением функций, тогда как при застарелых переломах завершение фиксации сопровождается увеличением биомеханических асимметрий, оптимизация которых наступает через один год после снятия аппарата в связи с замедленной перестройкой старого патологического стереотипа ходьбы.

Следовательно, объективная биомеханическая оценка функциональных исходов существенно дополняет клинико-рентгенологические данные и обеспечивает целенаправленную реабилитацию больных с тяжелыми нестабильными повреждениями тазового кольца при оперативном методе лечения.

ИНФОРМАТИВНОСТЬ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ХОДЬБЕ ДО И ПОСЛЕ КУРСА ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ МЫШЦ ПРИ ХОДЬБЕ

И.А. Сутченков

Россия, 127486, Москва, ул. Ивана Сусанина, 3, Центральный НИИ протезирования и протезостроения

Целью работы является выяснение информативности биомеханических параметров ходьбы под влиянием электростимуляции мышц (ЭСМ).

Всего исследовано 12 биомеханических параметров для обеих нижних конечностей, включая основные характеристики ходьбы (длительность дв. шага, длина дв. шага, скорость ходьбы, темп ходьбы), некоторые характеристики подограммы (коэффициент ритмичности, интервал т, представляющий собой длительность от момента наступания на носок одной ноги до начала касания пола другой ногой, длительность дв. опоры), динамические характеристики (экстремумы составляющих опорных реакций Яу, Ях, Я^, экстремум дополнительной опоры, экстремумы угловых перемещений туловища во фронтальной, сагиттальной и горизонтальной плоскостях).

Изучались больные с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника (7 чел.), с культей бедра травматического генеза (7 чел.) и с культей бедра сосудистого генеза (9 чел.).

Изменчивость исследованных биомеханических параметров была оценена по относительному приращению каждого параметра до и после курса ЭСМ при ходьбе.

При ходьбе больных с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника наибольшую изменчивость проявили сдвиг т обеих ног, горизонтальные и сагиттальные угловые перемещения таза, экстремум переднего толчка Яу для обеих ног.

При ходьбе на протезе больных с культей бедра травматического генеза максимальная изменчивость была обнаружена у интервала т обеих ног, у экстремума Rz дополнительной опоры и у экстремума Ry обеих ног.

При ходьбе на протезе бедра больных сосудистого генеза изменчивость наиболее резко была выражена у интервала т и у экстремума Ry в фазе перед его толчка обеих ног.

Таким образом, наиболее информативными параметрами при разных видах патологической ходьбы, реагирующими на электростимуляционные изменения, оказались интервал т обеих ног и экстремум Ry а в ряде случаев также экстремум Rz дополнительной опоры, горизонтальная и сагиттальная составляющие угловых перемещений таза.

ОРТЕЗ НА ВСЮ НОГУ С ГИЛЬЗАМИ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

А.И. Суховерхова, А.П. Кужекин, Б.Г. Спивак, М.Г. Гаджиев

Россия, 127486, Москва, ул. Ивана Сусанина, 3, Центральный НИИ протезирования и протезостроения

Для ортезирования взрослых и подростков с вялыми параличами и парезами мышц нижней конечности в ЦНИИПП разработан новый ортез (аппарат) на всю ногу с гильзами из полимерных материалов. Он имеет существенные преимущества по сравнению с шинно-кожаными аппаратами по массе, косметичности, а также по технологии и срокам изготовления. Это достигается за счет создания высокопрочных несущих гильз, позволяющих исключить из ортеза металлические стельку и полукольца гильз бедра и голени, а также применить в нем шарнирные модули с укороченными шинами.

Гильзы изготавливаются методом вакуумного ламинирования из полимерных композиционных материалов, выбор которых осуществлен по специально разработанной методике. Основу гильзы составляет арматура, состоящая из трикотажных трубок “Белан” на основе полиамидных нитей, хлопчатобумажных (х/б) трубок с нитью СВМ и высокопрочной углеткани УТ-900-2,5А, которая выкладывается на позитиве в соответствии с разработанной схемой в областях наибольшего нагружения гильз. Арматура пропитывается связующим на основе одного из трех видов смол: “Акрилона 3”, полиэфирной ненасыщенной ПН 609-21”К” и ортокриловой М 617Н19 (согласно каталогу фирмы “Otto Bock”).

Предложенная схема армирования гильз, предусматривающая использование в области расположения шин и полуколец двойного слоя специально изготовленных лент из углеткани шириной 50мм или 60мм с размещением между ними двойного слоя х/б трубки с нитью СВМ, а также применение указанной марки углеткани позволяют получить после пропитки связующим и полимеризации легкие, прочные и жесткие гильзы.

В ортезе осуществлено надежное соединение гильз, упрочненных углепластиковым каркасом, с укороченными плоскими шинами разработанных модификаций голеностопных, коленных и тазобедренных модулей. Путем сочетания различных модификаций модулей можно построить более 160 вариантов ортеза.

В результате создан опытный образец ортеза с уменьшенной на 25% массой (по сравнению с шинно-кожаным аппаратом с титановыми коленными шинами) и

улучшенной косметичностью. После проведения ведомственных испытаний он рекомендован комиссией для внедрения на протезно-ортопедических предприятиях РФ.

О ВОЗМОЖНЫХ МОДЕЛЯХ ИМПЕДАНСНЫХ СВОЙСТВ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЯГКИХ ТКАНЕЙ

Е.М. Тиманин

Россия, 603600, Нижний Новгород, ул.Ульянова,46, Институт прикладной физики РАН

В связи с развитием компьютерных средств измерений и обработки данных в последнее время получили новый толчок экспериментальные исследования импедансных характеристик биологических мягких тканей, а вследствие этого, получает толчок и модельное описание таких экспериментов. К настоящему времени известно достаточно большое число моделей импедансных свойств биологических тканей, однако, часть этих моделей неточно соответствует экспериментам вследствие упрощенности подхода, использованного при их построении, а другая их часть неудобна для практического использования вследствие их сложности. Кроме того, в связи с большим разнообразием свойств и строения реальных тканей возможно огромное разнообразие экспериментальных ситуаций, где необходима интерпретация результатов импедансных измерений. Таким образом, создание моделей импедансных свойств биологических тканей остается актуальной задачей.

В данной работе на основе известного описания системы «колеблющийся штамп на биологической ткани» в рамках первой краевой задачи построен ряд сравнительно простых моделей этой системы и проведено исследование их адекватности экспериментам на реальных биологических тканях и на их фантомах. В частности, построены модели типа «слой, сцепленный с жестким основанием». В О-модели задаётся равномерное распределение нормальных напряжений под штампом, а его смещение определяется по смещению поверхности слоя под его центром. В А-модели смещение штампа определяется по осредненному по его площади смещению поверхности. В Р-модели задаётся параболическое распределение нормальных напряжений под штампом, а смещение определяется по смещению поверхности под его центром. Наилучшее соответствие расчетов и экспериментов на однородном желатиновом слое наблюдается в А-модели. Модель воспроизводит низкочастотное плато динамической жесткости слоя К(/), высокочастотное плато механического импеданса слоя Z(/) и качественную картину слоевых резонансов, причем воспроизведение всех этих характеристик кривых при фиксированных параметрах модели сохраняется для различных диаметров штампа. Высокочастотный спад кривой К(/) воспроизводится в модели более крутым по сравнению с экспериментом. По-видимому, это можно отнести на счет приближенности подхода, принятого при построении модели. Важной особенностью модели является то, что низкочастотное поведение К(/) и высокочастотное поведение Z(/) определяются только одним её параметром - модулем упругости слоя Д Величина модуля сдвиговой вязкости слоя ] в диапазоне принимаемых значений на это поведение практически не влияет. Эта величина определяет только вид кривых К(/) и Z(/) в области слоевых резонансов и может быть оценена по этому виду. Таким образом, данная модель описывает потери в

желатиновом слое как сумму «упругой» составляющей, связанной с потерями на излучение волн штампом, и существенно меньшей «вязкой» составляющей. Поскольку при изменении диаметра штампа изменение потерь моделью воспроизводится, то такое представление, по-видимому, близко к реальности. Аналогичным образом в А-модели удается описать и свойства расслабленных тканей передней поверхности предплечья.

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ БИОМЕХАНИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ МУСКУЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

В.В. Тимошенков

Республика Беларусь, 220020, Минск, проспект Машерова, 105, НИИ физической культуры и спорта Республики Беларусь

Актуальность исследований вытекает из проблемы реализации потенциальных способностей человека в классе двигательных действий, связанных с использованием механических преобразователей мускульной энергии, которая состоит в том, что необходимо найти способы эффективного построения моторных структур, в максимальной степени согласованных с особенностями конструкций механических преобразователей мускульной энергии, а также с морфологическими и функциональными характеристиками аппарата движений, обеспечивающих оптимальное функционирование систем организма человека. Для этого нами были проведены исследования на модели спортивного педалирования.

Для определения динамических характеристик техники спортивного педалирования изучались силы, прикладываемые гонщиками к опорным частям велосипеда: педалям, рулю и седлу. На основании проведенного анализа был выявлен ранее неизвестный «феномен статических сил при велосипедном педалировании», который учитывался нами при дальнейшем анализе тензодинамограмм (В.В.Тимошенков, 1997, 1998).

С учетом важности разработки модельных характеристик для спортсменов различной квалификации нами были изучены особенности технического мастерства спортсменов-велосипедистов в основных режимах педалирования: от 60 до 150 об/мин., в индивидуальном темпе, с акцентом на давление и с акцентом на подтягивание педалей, в максимальном темпе, способом «танцовщица» и при выполнении теста «3 км с места». В процессе педалирования изучались динамические и временные параметры. На основании проведенных исследований было установлено что одним из интегральных показателей технического мастерства велосипедистов являются значения суммарных тангенциальных сил, прикладываемых к педалям велосипеда. В результате анализа полученного материала были выявлены модельные характеристики сил, прикладываемых к педалям, рулю и седлу велосипедистами различной спортивной квалификации в изучаемых режимах педалирования (В.В.Тимошенков, 1979, 1980, 1997).

В заключение следует отметить, что наши исследования подкрепляют мнение о том, что в видах спорта с циклическим характером деятельности традиционные методы подготовки атлетов высокого класса почти исчерпали свои возможности и поэтому на первый план выдвигается проблема оптимизации технического мастерства, способствующая, прежде всего, раскрытию их потенциальных способностей.

Наибольшие перспективы ожидаются в циклических локомоциях с механическими преобразователями мускульной энергии, в видах спорта, связанных с проявлением

выносливости.

ОСОБЕННОСТИ БИОМЕХАНИКИ ПОЗВОНОЧНИКА ПРИ БОЛЕЗНИ БЕХТЕРЕВА

А.Н. Ушаков

Москва, ул.Новокосинская д15, корп.4, кв.56

Рассматривается пример центральной формы болезни Бехтерева. Срок заболевания более 13 лет.

Рассматривается пример центральной формы болезни Бехтерева. Срок заболевания более 13 лет.

Диагноз подтвержден на клинической базе института ревматологии (г.Москва).

Больной мужчина 37 лет отметил появление боли в тазобедренных суставах и поясничном отделе позвоночника 13 лет назад. Проходил неоднократное лечение по поводу остеохондроза позвоночника с временным эффектом. В 1991 году установлен диагноз - болезнь Бехтерева. Регулярно проводится фармакологическое лечение.

На момент обращения: резкое ограничение движений во всех отделах позвоночника, боль во всех отделах позвоночника, в тазобедренных и плечевых суставах, «поза просителя».

Диагностическое исследование проводилось на оборудовании «LUMBAR MOTION MONITOR» USA, 1997г. Оборудование позволяет оценить совокупное движение в поясничном и нижнегрудном отделах позвоночника.

Для теста использовались следующие произвольные движения:

Флексия

Латерофлексия

Ротация

Во время выполнения каждого теста измерялся объем движения сразу в 3-х плоскостях: флексия, латерофлексия, ротация.

Результат исследования объема выполняемых движений

На основании относительного сравнения объема движения можно отметить, что максимальные нарушения происходят при выполнении флексии. Так при выполнении стандартного наклона вперед флексия минимальна и, выполняя движение, пациент для решения поставленной задачи привлекает менее блокированное направление -латерофлексию.

При выполнении ротации движения ограничены менее всего и по отношению ФЛЕКСИЯ/РОТАЦИЯ/ЛАТЕРОФЛЕКСИЯ приближаются к варианту нормы, хотя и составляют 31% от возможного движения в позвоночнике. Такая степень ограничения

Объем движений

35

30

25

3

S' 20

Я

S 1 5

4 15

и

10

5

0

31

18

14

10

5 2| 44

1 А

□ флексия

□ латерофлексия

□ ротация

Флексия Ротация Латерофлексия

плоскости движения

может наблюдаться и в норме, например, у пожилых, при длительном деструктивном распространенном заболевании опорно-двигательного аппарата.

При выполнении латерофлексии плоскостью выбора является флексия.

Суммарный объем движений в условный единицах (приближенных к %) составляет:

Флексия - 21% ( норма по оборудованию- 100%)

Ротация - 40% ( норма по оборудованию - 50%)

Латерофлексия - 28% ( норма по оборудованию - 50%)

Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать вывод о специфичности нарушений двигательного стереотипа грудного и поясничного отделов позвоночника при болезни Бехтерева.

Выявленные особенности биомеханики позволяют четко определить тактику терапевтического вмешательства. Периодическая «биомеханическая диагностика» позволит отслеживать особенности эволюции двигательного стереотипа и корректировать применение лечебных средств и методов.

ОСОБЕННОСТИ БИОМЕХАНИКИ ПОЗВОНОЧНИКА ПРИ ЛЮМБАЛГИИ

А.Н. Ушаков

Россия, Москва, ул. Новокосинская д15, корп.4, кв.56

Современная мануальная терапия оперирует с заболеваниями, имеющими общие черты - патологию движения. К сожалению, большинство врачей вынуждены руководствоваться при обследовании таких пациентов традиционными методиками (неврологический осмотр, гониометры, динамометры и т.п.) или опираться на субъективные ощущения. Т.о. современные врачи и мануальные терапевты, в особенности, сталкиваются с парадоксом - «...имеющиеся в руках врача технологии восстановления или изменения анатомии и функции опорно-двигательного аппарата не соответствуют средствам оценки его функциональной активности.».

Цель данной работы - показать практическую значимость аппаратного (объективного) исследования биомеханики позвоночника, выявить скрытые нарушения двигательного стереотипа, не находящего отражения ни в жалобах пациента, ни в данных объективного обследования.

В данном исследовании рассматривается случай люмбалгии с компенсированной ограниченной нижней миофиксацией. Субъективно боль локализована центрально в области пояснично-крестцового сочленения. Подобные случаи довольно часто встречаются в клинической практике врача - мануального терапевта и при скудности жалоб и неопределенности результатов стандартных методов исследования вынуждают врача эмпирически подбирать терапевтическую тактику.

ЛАТЕРОФЛЕКСИЯ

ФЛЕКСИЯ

РОТАЦИЯ

50 вправо

100 вперед

50 вправо

ОБЪЕМ

ДВИЖЕНИЯ

(градусы)

50 влево

50 влево

Исследование проводилось с использованием стандартного оборудования «LMM» Chattanooga grp. 1997nUSA. Оборудование позволяет одномоментно оценить совокупное движение в пояснично-крестцовом, поясничном, нижнегрудном отделах позвоночника в трех плоскостях. Проводилось тестирование флексии с целью выявления нарушений биомеханики, «скрытых» при стандартных методах обследования. При исследовании флексии с одномоментным фиксированием возможных девиаций латерофлексии и ротации выявлены дополнительные движения.

При исследовании флексии выявлена латерофлексия влево и ротация вправо.

Латерофлексия (град) Флексия (град) Ротация (град)

12 65 5

Таким образом, в результате аппаратного исследования мы можем выявить особенности адаптационного стереотипа для данного клинического случая -существование компрессии на уровне Ь4-Ь5 справа и поражение фасеточного сустава на этом же уровне слева. Позвоночник уменьшает воздействие на заинтересованный сегмент, отклоняясь влево на 12 градусов, и, ротируя вправо на 5 градусов.

Четкое представление о двигательной реакции поясничного отдела позвоночника позволяет выявить особенности «инициирующего» блока и проводить «... лечение методами мануальной терапии с учетом формирующегося двигательного стереотипа...», не нарушая саногенетических реакций организма.

Использование «биомеханической диагностики» позволяет значительно повысить эффективность лечения больных с заболеваниями позвоночника.

Литература

1. Скворцов Д.В. Неизвестное в неврологии: технологии анализа движений. Вестник практической неврологии, 4: 257-264 1998.

2. Веселовский В.П. Практическая вертеброневрология и мануальная терапия. Рига, 1991.