1306

УДК 539.3

ОПЫТ БИОМЕХАНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ БОЛЬНЫХ КОКСАРТРОЗОМ

М.Б. Негреева

Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии СО РАМН,

Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1, negreeva@yandex.ru

Ключевые слова: коксартроз, женщины, биомеханические исследования, подография, эндопротезирование.

Введение

По мере совершенствования эндопротезирования тазобедренных суставов проблема диспансерного наблюдения за больными коксартрозом приобретает все бóльшую значимость [1–7]. Представленная работа обусловлена недостаточными сведениями о динамике восстановления функционального состояния опорно-двигательной системы женщин с заменёнными тазобедренными суставами.

Материалы и методы

В 2001–2007 гг. в рамках НИР выполнены биомеханические исследования двух групп больных коксартрозом. Первую группу составили 11 женщин с двусторонним заболеванием суставов в возрасте от 27 до 65 лет (средний возраст 47 лет). Исследования ходьбы выполнены до и в динамике после одноэтапного эндопротезирования тазобедренных суставов. Во вторую группу вошли 8 женщин с нестабильностью тазового компонента эндопротеза тазобедренного сустава. Возраст пациенток составил в среднем 51 год. Исследования ходьбы у больных II группы первоначально выполнены до первичного эндопротезирования и в последующем – перед ревизионной заменой тазового компонента искусственного сустава (в среднем через 5,7 лет после первичной имплантации). В зависимости от степени выраженности клинико-рентгеноло- гические нарушения конечности условно обозначены как «более пораженная конечность» (БПК) и «менее пораженная конечность» (МПК). Применена биомеханическая экспертиза – комплекс оригинальных технологий исследования ходьбы с использованием методов, средств и приемов, позволяющих оценить функциональное состояние опорно-двигательной системы человека, выявить его резервные возможности и реализовать их в коррекции двигательных нарушений [8–11].

162 Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014»

Результаты

Результаты подографических исследований ходьбы I группы больных в динамике приведены в табл. 1, 2.

* достоверные отличия одноименных показателей БПК и МПК.

Таблица 2 Продолжительность опорных периодов и времени шага (%), n = 11

* достоверные отличия одноименных показателей БПК и МПК.

Выявленная разница между одноименными показателями продолжительности фазы опоры на стопу, фазы переката через носок, одноопорного периода шага БПК и МПК у больных I группы достоверна (р < 0,05). Двуопорный период и время всего шага увеличены относительно нормы.

Через полгода после двусторонней замены тазобедренных суставов отмечено увеличение фазы опоры на стопу и уменьшение продолжительности фазы переката через носок на стороне БПК. На стороне МПК продолжительность фазы опоры на стопу не изменяется, фазы переката через носок – нормализируется. При общей положительной динамике сохраняется достоверная разница между одноименными показателями фазы опоры на стопу, переката через носок БПК и МПК (р < 0,05). Продолжительность одноопорных периодов шага на стороне каждой конечности увеличивается. При этом продолжительность одноопорного периода шага БПК достоверно отличается от одноименной показателя МПК (р < 0,05). Продолжительность двуопорного периода шага остаётся увеличенной относительно нормы. Время шага сокращается и приближается к показателям нормы.

Результаты исследования II группы больных перед первичным эндопротезированием показали на больной стороне уменьшение продолжительности

фазы переката стопы (32,56±5,15), увеличение – фазы переката через носок (27,00±4,80) относительно нормы. На стороне здоровой конечности определены противоположные изменения: продолжительность фазы переката через стопу составила 52,33±3,98, через носок – 17,57±0,94. Отмечена выраженная асимметрия показателей одноименных фаз переката через стопу и носок больной и здоровой конечностей. Перед ревизионным эндопротезированием выявлено увеличение продолжительности фазы переката через стопу конечности с нестабильным тазовым компонентом (41,14±4,04) и уменьшение одноименного показателя противоположной (47,81±5,50), при этом продолжительность фаз переката через носок на стороне каждой конечности в пределах нормы. Продолжительность фазы переката через носок конечности с нестабильным искусственным суставом составила 23,21±2,22, противоположной – 19,31±2,43. Установлено достоверное снижение асимметрий одноименных показателей опороспособности конечности с нестабильным искусственным суставом и противоположной, в частности, продолжительности фазы опоры на всю стопу (р = 0,035).

Обсуждение

Оценивая результаты исследований, можно заключить, что в дооперационном периоде ходьба женщин с двусторонней патологией тазобедренных суставов характеризуется биомеханическими асимметриями, обусловленными преимущественным ограничением функциональных возможностей одной из конечностей, условно названной «более пораженной». Противоположная – «менее пораженная конечность» выполняет главным образом опорную функцию. За счет увеличения продолжительности опорных фаз и периодов шага «менее пораженной конечности» компенсируются нарушения шага на «более пораженной» стороне. Через полгода после одновременной двусторонней замены тазобедренных суставов не отмечено полного функционального выравнивания нижних конечностей – опороспособность БПК остается сниженной по сравнению с МПК. В свою очередь, отмечено, что степень функционального восстановления каждой конечности находится в зависимости от ее дооперационного биомеханического статуса.

Перед ревизионной заменой тазового компонента искусственного сустава в целом отмечена та же динамика подографических показателей, что и перед первичной имплантацией пораженного сустава. При этом, функциональные возможности конечности с нестабильным искусственным суставом не уменьшены по сравнению с функциональными возможностями этой же конечности с пораженным природным суставом. Функция переката стопы конечности с искусственным тазобедренным суставом, даже при его дестабилизации, выше по сравнению с функциональными возможностями этой же конечности с пораженным природным суставом.

164Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014»

Всвязи с развитием эндопротезирования биомеханические исследования не теряют своей актуальности. Безусловно, имплантация эндопротеза порождает вероятность его извлечения и, как уже доказано, возможность замены другим. В свете этой проблемы возрастает значимость динамического мониторинга пациентов после эндопротезирования, так как особенности их кли- нико-биомеханического статуса могут быть предвестниками дестабилизации имплантатов.

Список литературы

1. Сазонова Н.В. Организация специализированной ортопедической помощи больным остеоартрозами тазобедренного и коленного суставов: автореф. дис. … д-ра мед наук: 14.00.22., 14.00.33 / РНЦ «Восстановительная травматология и ортопедия» им. акад. Г.А. Илизарова. – Курган, 2009. – 48 с.

2.Кошкарева З.В., Шендеров В.А., Печенюк В.И., Дмитриева Л.А. [и др.]. Опыт лечения больных коксартрозом в ИТО методом тотального эндопротезирования тазобедренного сустава за 26 лет // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. – 2002. – Т. 1, № 6. – С. 53–59.

3.Шендеров В.А., Негреева М.Б. К вопросу о диспансеризации населения с искусственными суставами // Вестник Всерос. гильдии протезистов-ортопедов. – 2010. – № 3(41). – С. 174– 175.

4.Негреева М.Б., Шендеров В.А., Клименко И.Г. Совершенствование специализированной помощи больным остеоартрозом в Иркутской области // Сибирский медицинский журнал. – 2008. – № 3. – С. 73–76.

5.Негреева М.Б., Ларионов С.Н. Роль биомеханических исследований в нейроортопедии // Травматология и ортопедия третьего тысячелетия: тезисы международной конференции, Россия (Чита) – Китай (Маньчжурия), 27–30 мая 2008 г. – Чита, 2008. – С. 140–142.

6.Негреева М.Б., Ларионов С.Н., Сороковиков В.А., Шендеров В.А. Биомеханические аспекты исследований дегенеративно-дистрофических заболеваний поясничного отдела позвоночника и тазобедренных суставов (обзор литературы) // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. – 2013. – № 5. –

С. 187–191.

7.Негреева М.Б. Биомеханические особенности функции переката стопы у женщин перед первичной и ревизионной заменой тазобедренного сустава // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. – 2011. –

№4 (80), приложение. – С. 76.

8.Негреева М.Б. Метрологические аспекты выполнения измерений пространственных параметров шага методом ихнографии // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. – 2010. – № 3. – С. 325–328.

9.Шендеров В.А., Китаев Н.Н., Негреева М.Б. Биомеханическая экспертиза: выявление индивидуальных особенностей походки и осанки при идентификации личности // Российский журнал биомеханики. – 2007. – Т. 11, № 2. – С. 75–78.

10.Негреева М.Б., Шендеров В.А., Комогорцев И.Е., Горбунов А.В. Биомеханические исследования в диагностике, лечении и реабилитации больных с патологией нижних конечностей, тазового пояса и позвоночника: итоги и перспективы // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. – 2006. –

№4(50). – С. 201–206.

11.Негреева М.Б., Шендеров В.А, Кошкарева З.В. Ходьба больных с двусторонним коксартрозом после одноэтапного двустороннего эндопротезирования // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. Вопросы травматологии и ортопедии. – 2001. – № 5(19). – С. 154–158.

УДК 576.08

МУЛЬТИФРАКТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ ДИНАМИЧЕСКОЙ ФАЗОВОЙ МИКРОСКОПИИ РАКОВЫХ И ЗДОРОВЫХ КЛЕТОК

А.С. Никитюк1, Е.И. Герасимова1, О.Б. Наймарк1, А.В. Кретушев2, И.В. Клемяшов2, Т.В. Вышенская2, О.С. Гилева3

1Институт механики сплошных сред УрО РАН,

Россия, 614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1, nas@icmm.ru, egerasimova@icmm.ru

2Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики, Россия, 119454, г. Москва, пр. Вернадского, 78

3Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера Минздрава России, Россия, 614000, г. Пермь, ул. Петропавловская, 26

Ключевые слова: биомеханика, когерентная фазовая микроскопия, раковые клетки, мультифрактальный анализ.

Введение

Практика показывает, что современные цитологические методы выявления раковых заболеваний в ряде случаев оказываются неэффективными. Поэтому возникает острая необходимость в освоении и адаптации новых подходов и методик исследования клеточного материала. Одним из таких методов является когерентная фазовая микроскопия (КФМ). Когерентный фазовый микроскоп «Эйрискан», разработанный в МГТУ МИРЭА под руководством профессора В.П. Тычинского, позволяет проводить измерения флуктуаций фазовой толщины клеток с высоким пространственным и временным разрешением [1, 2]. Целью данной работы является изучение прижизненной динамики клеток и выявление характерных признаков онкологической патологии.

Материалы и методы

Дизайн исследования

Материалом для исследования послужили 56 препаратов: 29 препаратов рака толстой кишки, молочной железы, почки и 27 препаратов приготовленных из окружающих тканей органов, пораженных раком. Для приготовления образца на пластинку из полированного кремния наносили каплю 3 мкл суспензии клеток под покровное стекло. Для предотвращения деформации клеток использовали тефлоновый спейсер толщиной 12 мкм. Записаны фазовые изображения клеток с объективом 20* (поле микроскопа 12,8×12,8 мкм2).

На полученном изображении в объективе строилась микросетка, в которой каждая точка имела свои координаты, изменяющиеся со временем вследствие метаболических процессов в клетке. Специальное программное обеспечение когерентного фазового микроскопа позволяло для произвольно установ-

Обсуждение

Эмпирически подтверждено, что развитие биологических систем является многомасштабным нерегулярным пространственно-временным процессом. Применение для его анализа (классических) вероятностных и спектральных методов означает, что рассматриваемый процесс можно считать приближенно эргодическим. Однако данная гипотеза не может быть использована для описания динамики живых организмов, что и подтвердили представленные результаты. В связи с этим более перспективным представляется применение специальных физических методов обработки данных, например мультифрактальный формализм, основанный на вейвлет-преобразованиях. Обоснованность данного подхода для анализа биологических систем подтверждается фактом наличия у них признаков систем неживой природы [3].

Благодарности

Авторы благодарят за финансовую поддержку правительство Пермского края (соглашение № С26/614 от 19.12.2012) и Российский фонд фундаментальных исследований (грант № 13-01-96044).

Список литературы

1.Тычинский В.П. Динамическая фазовая микроскопия // Успехи физических наук. – 2007. –

Т. 177, № 5. – С. 535–552.

2.Тычинский В.П. Когерентная фазовая микроскопия // Успехи физических наук. – 2001. –

Т. 171, № 6. – С. 649–661.

3.Наймарк О.Б. Структурно-скейлинговые переходы и локализованные моды дисторсии в двойной спирали ДНК // Физическая мезомеханика. – 2006. – Т. 9, № 4. – С. 15–29.

УДК 539.3

РАЗВИТИЕ МНОГОУРОВНЕВОЙ БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ВИРТУАЛЬНЫЙ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ЧЕЛОВЕК»

Ю.И. Няшин1, В.М. Тверье1, В.А. Лохов1, М. Менар2

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, nyashin@inbox.ru 2Université de Bordeaux,

France, Bordeaux, michel.mesnard@u-bordeaux1.fr

Ключевые слова: зубочелюстная система, височно-нижнечелюстной сустав, биомеханическое давление, виртуальный физиологический человек.

Введение

Виртуальный физиологический человек – это методологическая и технологическая структура, которая делает возможным исследование человеческого тела как единой комплексной системы. Этот проект даст возможность объединить и сравнить наблюдения и исследования из всевозможных достоверных источников, что поможет улучшить понимание человеческого организма и его патологий как единой целостной системы.

Концепция «Виртуальный физиологический человек» начала развиваться сначала в США, а затем в странах Западной Европы с конца XX в. Согласно этой концепции (Virtual Physiological Human, VPH) организм человека рассматривается как сложная многоблочная система. В состав этой системы входят все подсистемы организма (сердечно-сосудистая система, система дыхания, нервная система, зубочелюстная система, билиарная система, опор- но-двигательный аппарат и др.). Каждая из указанных подсистем состоит из ряда других подсистем различного уровня (от макроуровня до наноуровня). Цель развития данной концепции – ускорить и улучшить диагностику, а также найти оптимальный метод лечения каждого пациента индивидуально, включая проведение виртуальной операции.

В предлагаемой работе особое внимание уделяется описанию зубочелюстной системы в динамике ее развития, а также анализу патологических изменений в этой системе и сопутствующих изменений в системе кровообращения сосудов головного мозга, включая инсульт сосудов головного мозга.

Выбор объекта исследования связан с тем, что город Пермь всегда был одним из центров развития стоматологии и одонтологии в России.

Материалы и методы

Зубочелюстная система современного человека образовалась в результате длительного процесса филогенеза. Клинические и морфологические исследования позволяют выделить два основных блока твердых тканей: 1) ко-

стно-мышечный блок в районе височно-нижнечелюстных суставов, 2) зубоальвеолярный блок, соединяющий зубные дуги верхней и нижней челюстей (рис. 1). Зубочелюстная система содержит также передний и задний мягкотканые блоки (рис. 2).

Очень важное значение имеют два парных височно-нижнечелюстных сустава (ВНЧС), которые являются одними из наиболее сложных суставов человека. ВНЧС также является самым молодым суставом в истории человека как биологического вида, эмбриональное развитие которого повторяет филогенез человека. На рис. 3 показан ВНЧС современного человека.

Жевательные

мышцы

Височно-нижнечелюстной сустав

Зубные дуги

Диск Мыщелок

Рис. 3. Биомеханическая схема височно-нижнечелюстного сустава человека

Очень важной и сложной частью ВНЧС является диск сустава, представляющий собой двухфазную твердожидкую систему: твердый скелет с порами, заполненными внутритканевой жидкостью. Математическое моделирование диска основано на теории пороупругого тела (M. Biot [1], 1941). Постановка краевой задачи пороупругости для диска ВНЧС подробно рассмотрена в работе [2].

Связь различных элементов зубочелюстной системы реализуется через генетические факторы (закодированные в клетках) и биомеханическое давление. В результате реализуются процессы филогенеза и онтогенеза. Биомеханическое давление (и, как следствие, развитие суставов и других элементов зубочелюстной системы) возникает с самого начала жизни ребенка вследствие сил давления при сосании молока и сил жевания после появления зубов. Поэтому нарушение усилий сосания и жевания у ребенка ведет к различным патологическим процессам в ВНЧС и, в частности, к деформации и смещению диска ВНЧС.

В процессе онтогенеза имеет место постепенное углубление ямки для диска сустава, которая почти отсутствует у новорожденного ребенка. Вследствие действия биомеханических усилий при сосании молока и последующем жевании после появления зубов происходит постепенное углубление ямки сустава. При потере части зубов и уменьшении давления при жевании происходит обратный процесс инволюции, когда ямка уплощается, и это может привести к выпадению диска из ямки сустава (вывих сустава), что имеет весьма отрицательное воздействие на качество жизни человека. Данное явление является одним из проявлений закона Вольфа о зависимости костной структуры от механической нагрузки.

Результаты

Медицинские проблемы, связанные с височно-нижнечелюстными суставами, довольно распространены в России и других странах (до 20–25 % населения). Патологическая механическая нагрузка, действующая при жевании

иречи, вызывает развитие некоторых заболеваний (например, дисфункция сустава при бруксизме, особенно во время сна). При действии этих нагрузок

идеформаций диск сустава повреждается, делается тоньше и часто перфорируется. Это, в свою очередь, вызывает повреждение поверхностей сустава, что препятствует движению нижней челюсти. Диск ВНЧС позволяет челюстям совершать сложные вращательно-трансляционные движения, перераспределяет нагрузки и демпфирует удары при жевании.

Взаключение обсудим соотношение между дисфункцией ВНЧС и таким тяжелым заболеванием, как инсульт сосудов головного мозга. Согласно официальным статистическим данным, в настоящее время в России более 50 % смертей происходит вследствие мозгового инсульта.