Get Adobe Flash player

3D-МОДЕЛЬ МІЦНОСТІ ПЛЕЧОВИХ КІСТОК ЩУРІВ ПІД ВПЛИВОМ РІЗНИХ ВИДІВ ДЕФОРМАЦІЇ

Автор: Буштрук А.Н., Ткач Г.Ф., Погорелов М.В., Сікора В.З.

Сторінки: 398-407

Анотація

            

     Робота присвячена вивченню міцності плечових кісток лабораторних тварин під час навантаження на стиснення, згин і розтягнення та створенню 3D-моделі довгої трубчастої кістки щурів різних вікових груп. Ця модель дозволить проводити багатократне дослідження міцності за різних вихідних параметрів експерименту. Для випробовування міцності плечових кісток використовували переносну експериментальну установку із точністю вимірювальної шкали 0,25 кг. Розрахунок міцності виконували за допомогою програмного комплексу Pro/Engineer (PTC, USA) і розрахункового модуля Pro/Mechanica. Встановлено, що для всіх видів навантаження мінімальне значення межі міцності кісток було у щурів підсосного віку. Для розтягнення, на відміну від згину та стиснення, отримали практично прямо пропорційну залежність межі міцності кісток від віку тварини. Після порівняння експериментальних та розрахункових даних значення сили руйнування і різниця показників становили не більше 7 %. Отримана 3D-модель трубчастої кістки тварин різного віку дозволяє проводити багатократні розрахунки показників міцності за різними вихідними параметрами кісткової тканини.

        Ключові слова: міцність, плечова кістка, деформація, 3D-модель

      *Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

 

  

Список літератури

  1. Currey J. D. Bones / J. D. Currey // Princeton: Princeton University Press. – 2002.
  2. Turner C. H., Burr D. B. Basic biomechanical measurements of bone: a tutorial. / C. H. Turner, D. B. Burr // Bone. – 1993. – Vol. 14. ­ P. 595–608.
  3. Bone biomechanical properties in prostaglandin EP1 and EP2 knockout mice./ M. P. Akhter, D. M. Cullen, G. Gong [et al.] // Bone. – 2001. – Vol. 29. – P.121–5.
  4. Currey J. D. Mechanical properties of bone tissues with greatly differing functions. / J. D. Currey // J Biomech. – 1979. – Vol. 12. – P. 313–9.
  5. Behiri J. C., Bonfield W. Orientation dependence of the fracture mechanics of cortical bone. / J. C. Behiri, W. Bonfield // J Biomech. – 1989. – Vol. 22. – P. 863–7.
  6. Vashishth D. Rising crack-growth-resistance behavior in cortical bone: implications for toughness measurements. / D. Vashishth // J Biomech. – 2004. – Vol. 37. – P. 943–6.
  7. Mechanistic aspects of fracture and Rcurve behavior in human cortical bone./ R. K. Nalla, J. J. Kruzic, J. H. Kinney [et al.] // Biomaterials. – 2005. – Vol. 26. – P. 217–31.
  8. Taylor D., Hazenberg J. G., Lee T. C. Living with cracks: damage and repair in human bone. / D. Taylor, J. G. Hazenberg, T. C. Lee // Nature Mater. – 2007. – Vol. 6. – P. 249–317.
  9. The effect of calcium supplementation on bone density during lactation and after weaning. / H. J. Kalkwarf, B. L. Specker, D. C. Bianchi [et al.] // New Engl J Med. – 1997. – Vol. 337. – P. 523–8.
  10. Zioupos P., Currey J. D. Changes in the stiffness, strength, and toughness of human cortical bone with age. / P. Zioupos, J. D. Currey // Bone. – 1998. – Vol. 22. –P. 57–66.
  11. Alendronate versus calcitriol for the prevention of bone loss after cardiac transplantation. / E. Shane, V. Addesso, P. Namerow [et al.] // New Engl J Med. – 2004. – Vol. 350. – P. 767–76.
  12. Roodman G. D. Mechanisms of bonemetastasis. / G. D. Roodman // New Engl J Med. – 2004. – Vol. 350. – P. 1655–64.
  13. Glucocorticoidtreated mice have localized changes in trabecular bone material properties and osteocyte lacunar size that are not observed in placebo-treated or estrogendeficient mice. / N. E. Lane, W. Yao, M. Balooch [et al.] // J Bone Miner Res. – 2006. – Vol. 21. – P. 466–76.
  14. Bone biomechanical properties in lrp5 mutant mice./ M. P. Akhter, D. J. Wells, S. J. Short [et al.] // Bone. – 2004. – Vol. 35. – P. 162–9.
  15. Nanoindentation and whole-bone bending estimates of material properties in bones from the senescence accelerated mouse samp6. / M. J. Silva, M. D. Brodt, Z.  Fan [et al.] // J Biomech. – 2004. – Vol. 37. – P. 1639–46.
  16. 3D bone microarchitecture modeling and fracture risk prediction / H. Li, X. Li, L. Bone [et al.]// Conference on Bioinformatics, Computational Biology and Biomedicine, BCB. – 2012. – P. 361-368
  17. Cristofolini L., Viceconti M. Mechanical validation of whole bone composite tibia models / L. Cristofolini, M. Viceconti // Journal of Biomechanics. – Vol. 33 (3). – P. 279-288.
  18. Modelling the fibrous tissue layer in cemented hip replacements: Experimental and finite element methods / V. Waide, L. Cristofolini, J. Stolk [et al.] / Journal of Biomechanics. – 2004. – Vol. 37 (1). – P. 13-26.
  19. Experimental validation of a finite element model of a human cadaveric tibia / H. A. Gray, F. Taddei, A. B. Zavatsky [et al.] //Journal of Biomechanical Engineering. – 2008. – Vol. 130 (3).
  20. Computationally-optimized bone mechanical modeling from high-resolution structural images / J. F. Magland, N. Zhang, C. S. Rajapakse, [et al.]. – PloS one. – 2012. – Vol. 7 (4). – P. 35–25.
  21. Harrison N. M. Failure modelling of trabecular bone using a non-linear combined damage and fracture voxel finite element approach / N. M. Harrison, P. McDonnell, L. Mullins // Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. – 2012. – P. 1-17.
  22. Chennimalai Kumar N. Modeling of cortical bone adaptation in a rat ulna: Effect of frequency (2012) / N. Chennimalai Kumar, J. A. Dantzig, I. M. Jasiuk // Bone. – Vol. 50 (3). – P. 792–797.
  23. Finite element modelling of squirrel, guinea pig and rat skulls: Using geometric morphometrics to assess sensitivity (2011) / Cox P.G., Fagan M. J., Rayfield E. J. [et al.] // Journal of Anatomy. – Vol. 219 (6). – P. 696–709.
  24. Bernard S. Accurate measurement of cortical bone elasticity tensor with resonant ultrasound spectroscopy /, Q. Grimal, P. Laugier // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. – 2013. – Vol. 18. – P. 12–19.
  25. A computational method for determining tissue material properties in ovine fracture calluses using electronic speckle pattern interferometry and finite element analysis / M. Steiner, L. Claes, U. Simon [et al.] // Medical Engineering and Physics. – 2012. – Vol. 34 (10). – P. 1521–1525.
  26. Sacco S. M. Phytonutrients for bone health during ageing / S. M. Sacco, M.-N. Horcajada, E. Offord // British Journal of Clinical Pharmacology. – 2013. – Vol. 75 (3). – P. 697–707.
  27. Inactivation of Lrp5 in osteocytes reduces Young's modulus and responsiveness to the mechanical loading 2013 / L. Zhao, J. W. Shim, T. R. Dodge [et al.] // Bone. – Vol. 54 (1). – P. 35–43.