Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analiza zmian struktury i gęstości kości gąbczastej w nasadzie bliższej kości udowej zmienionej zwyrodnieniowo

Burzyńska K., Nikodem A., Słowiński J., Filipiak J.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2015

|

z. 9

25--30

PL

Zmiany geometrii kości spowodowane rozwojem osteoartrozy (OA) dotyczą coraz szerszej populacji. Skomplikowany przebieg choroby wymaga prowadzenia dokładniejszych badań mechanizmów powstawania choroby. W pracy przeprowadzono analizę numeryczną przebudowy tkanki gąbczastej kości udowej według dwóch modeli przebudowy (model Tsuboty oraz model Cartera) w zależności od stadium rozwoju choroby zwyrodnieniowej. Pokazano wpływ zmian geometrii nasady na rozkład beleczek kostnych w chorobie zwyrodnieniowej.

EN

Changes in bone geometry caused by development of osteoarthritis (OA) affect more and more people. The complicated course of the disease necessitates a closer studies of mechanisms of the disease. In the paper numerical analysis of remodeling of femur spongy tissue was carried out. Two models of reconstruction were used (Tsubota model and Carter model) depending on the stage of development of osteoarthritis. Impact of changes in geometry of epiphysis on the distribution of trabecular bone in osteoarthritis were analyzed.

2

Configurational forces for growth and shape regulations in morphogenesis

Charletta P., Ambrosi D., Maugin G.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2012

|

Vol. 60, nr 2

253-257

EN

Morphogenetic theories investigate the mechanisms of creation and regulation of definite biological forms in living organisms. The incredible diversity of shapes and sizes is generated through a barely unknown coordination of biochemical processes occurring at molecular levels. Such a crosstalk not only defines the rules of a robust scheme of matter differentiation, but it also has the capacity to adapt with respect to some variations of the environmental conditions. In this work, we propose a continuum model of growth and mass transport for biological materials during morphogenetic processes. Using the theory of configurational forces, we define the thermomechanical bases for understanding how both the mechanical and the biochemical states can orchestrate growth. The model is successfully applied to describe the morphogen-driven growth control in the imaginal wing disc of Drosophila melanogaster.

3

Symulacja przebudowy kości gąbczastej

Heljak M., John A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2007

|

z. 1

59--64

PL

W pracy opisano wybrany model przebudowy (adaptacji) tkanki gąbczastej pod wpływem obciążenia zewnętrznego. Czynnikiem regulującym proces remodelingu w opisywanym modelu jest gęstość energii odkształcenia. Rezultatem przeprowadzonej symulacji numerycznej jest zmiana rozkładu gęstości tkanki kostnej w rozpatrywanym obszarze. W warunkach rzeczywistych zmiana gęstości tkanki kostnej pod wpływem działającego obciążenia dąży do wartości optymalnej, co oznacza, że organizm dąży do zmniejszenia masy kośćca, przy zachowaniu odpowiednich parametrów wytrzymałościowych.

EN

In the present paper one remodeling model of trabecular bone is considered. The model is based on the strain energy density criterion. The strain energy density is taken as the mechanical stimulus of bone remodeling. The results of the simulation demonstrate change of material density distribution. The change of bone tissue density caused by mechanical load is optimal, what means that tissue tends to minimal mass needed to bear load.

4

Functional adaptation of bone as an optimal control problem

Lekszycki T.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2005

|

Vol. 43 nr 3

555--574

EN

The functional adaptation of bone is a process of bone tissue remodeling induced by variable in time mechanical demands that the skeleton has to satisfy. It is a very complex but highly organized process composed of events at micro-level (molecular and cellular) but having effects in macro-scale (variation of bone internal structure and external shape). Mathematical models of this phenomenon proposed in the literature represent formulas postulated on the basis of the results of medical observations or laboratory investigations and describe locally the evolution of a material in space and time. In the present paper a use is made of the hypothesis of optimal response of bone, proposed earlier by the author, what enables derivation (instead of postulation) the remodeling rules from a very general and global assumption. It turns out that such a formulation has many similarities to engineering optimal control problems. The link between the postulated local adaptation rules and those derived from the global assumption is also discussed.

PL

Funkcjonalna adaptacja kości jest procesem polegającym na przebudowie tkanki kostnej wywołanej zmieniającymi się w czasie wymaganiami mechanicznymi, jakie musi spełniać szkielet kostny. Proces ten jest niezwykle złożony, ale doskonale zorganizowany i składa się z szeregu zjawisk zachodzących na poziomie mikro (molekularnym i komórkowym) lecz mających efekt na poziomie makro (zmiana zewnętrznego kształtu kości oraz jej struktury wewnętrznej). Matematyczne modele tego zjawiska, postulowane w oparciu o obserwacje medyczne i badania laboratoryjne, opisują lokalną ewolucję materiału w czasie i przestrzeni. W tej pracy zastosowano hipotezę optymalnej odpowiedzi kości zaproponowaną wcześniej przez autora w celu wyprowadzenia (zamiast postulowania) związków rządzących przebudową kości w oparciu o bardzo ogólne założenia. Okazuje się, że takie sformułowanie ma wiele wspólnego z zagadnieniami optymalnego sterowania. W pracy zaprezentowano przykład zastosowania omawianego podejścia oraz przeprowadzono krótką dyskusję na temat związków między postulowanymi modelami i wyprowadzonymi w oparciu o przyjętą hipotezę.

5

Endothelial cell responses to fluid shear stress

Kamiya A.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2000

|

Vol. 20, no. 3

21-33

EN

Implications of vascular endothelial cell (EC) responses to flow-oriented wall shear stress are outlined from the bioengineering viewpoint. These responses regulate the adaptive remodeling of the vascular system including capilIary networks, in a negative feedback mechanism maintaining the shear stress level constant. The preserved set point of the stress is selected so as to optimize the mass transport function of the system. To initiate such shear-dependent responses, EC has a mechano-sensor conjugated with second messengers, one of which is cytoplasmic Ca(2+) transient. The evidence that wall shear stress is the real factor inducing the transient, is visualized from an in vitro flow loading experiment to cultured ECs using mediums differing in viscosity.

PL

W artykule przedstawiono implikacje występowania reakcji komórki śródbłonka na naprężenia ścinające w ścianie naczynia, związane z przepływem płynu. Reakcje te kontrolują adaptację systemu naczyń krwionośnych, łącznie z siecią kapilar, utrzymując naprężenia ścinające na stałym poziomie za pomocą mechanizmu ujemnego sprzężenia zwrotnego. Zadany poziom naprężeń jest tak dobrany, aby optymalizować funkcję transportu masowego układu naczyniowego. W celu inicjacji reakcji, zależnej od poziomu naprężeń ścinających, komórki nabłonka wykorzystują mechano-sensor połączony z innymi "przekaźnikami", z których jednym jest transport wapnia. Dowód, że naprężenia ścinające w ściance naczyń są czynnikiem uruchamiającym ten "transport" jest widoczny podczas badań in vitro mechanizmu przepływu medium o różnej lepkości w hodowli komórek śródbłonka.

6

Optimality conditions in modelling of bone adaptation phenomenon

Lekszycki T.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

1999

|

nr 3

607-623

EN

Continuous bone remodeling consists in simultaneous resorption of tissues and synthesis of a new matrix. If, due to variable external or internal conditions, the equilibrium is disrupted, significant rearrangments of the micro-structure and bone shape are possible. Many mathematical and computational models of this adaptation phenomenon can be assigned one of two categories; namely, theoretical models originating from the theory of adaptive elasticity and computational models making use of the optimization theory. In the present paper the approach based on the hypothesis of optimal response of a bone is proposed. It enables derivation of various adaptation laws associated with extremum of the objective functional under a set of appropriate constraints and makes a bridge between the aforementioned categories. In order to illustrate possible application of the proposed general approach the specific formulation is presented and mathematical relations governing the adaptation process are derived. Four numerical examples illustrating some of possible applications of the presented relations are included.

PL

Na przebudowę kości mają zasadniczy wpływ dwa procesy: resorpcja tkanek oraz synteza nowej matrycy. W stanie ustalonym są one w równowadze, lecz gdy na skutek zmiennych warunków zewnętrznych któryś z nich zaczyna przeważać może nastąpić nawet znaczna zmiana struktury wewnętrznej i zewnętrznego kształu kości. W literaturze poświęconej problemowi modelowania zjawiska adaptacji kości można wyróżnić dwa charakterystyczne podejścia, jedno oparte na teorii adaptacyjnej sprężystości i drugie wykorzystujące matematyczne metody optymalizacji. W niniejszej pracy zaproponowano nowe sformułowanie wykorzystujące hipotezę optymalnej reakcji układu. Łączy ono w sobie wiele zalet obu wspomnianych metod. W celu zilustrowania ogólnej idei wyprowadzono konkretne, proste prawo adaptacji. Przedstawiono też kilka przykładów numerycznych ilustrujących niektóre z możliwych zastosowań omawianych związków teoretycznych.