Халиулова А.Р., Иванов Д.В. Влияние облучения на биомеханику различных структур организма // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2025. № 4(66). С. 142-156. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2025.66.4.009. EDN: TWJGXD.

Автор(ы)

Халиулова А.Р. — Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. ЧернышевскогоORCIDeLibrary

Иванов Д.В. — Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. ЧернышевскогоORCID

Название статьи

Влияние облучения на биомеханику различных структур организма

Название (англ.): The effect of radiation on the biomechanics of various body structures

Индекс(ы) УДК

612.75,612.79

DOI

10.37972/chgpu.2025.66.4.009

EDN

TWJGXD

Ключевые слова

облучение; биологические ткани; механические свойства тканей; модуль упругости; жесткость; твердость

Аннотация

Облучение является одним из самых результативных методов воздействия в медицине. Данный метод позволяет влиять на глубоко расположенные ткани, не нарушая целостность организма. Однако излучение отличается разрушительным действием на структуры организма, при этом нарушается функция органа и меняются его биомеханические свойства. В работе собраны результаты различных исследований из 15 стран, направленных на оценку влияния облучения на механические свойства тканей организма человека и животных. В изученных работах присутствовали сведения о механических свойствах кожи, роговицы, кости, сухожилий. Для различных структур критическими являются дозы облучения в диапазоне 25-35 кГр. Однако для достижения максимального эффекта необходимы большие дозы, при этом во избежание необратимых изменений в тканях комплексно используются различные химические вещества и фармакологические препараты. Таким образом, возможно сохранение структуры и функции органа или ткани при достижении оптимального эффекта от лечения. Стоит обратить внимание на то, что облучение может оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на биологические ткани. Таким образом, проблема оценки воздействия облучения на ткани и органы нуждается в дальнейшем изучении вследствие технического развития и применения новых медицинских технологий и приборов

Финансирование

Название программы финансирования: Работа выполнена в рамках Государственного задания FSRR-2023-0009.. Номер программы финансирования: FSRR-2023-0009. Организация, предоставившая финансирование: Государственного задание.

Даты

Поступила: 06.06.2025; Принята: 22.12.2025; Опубликована: 30.12.2025

Страницы

142-156

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Effects of (60) Co gamma radiation dose on initial structural biomechanical properties of ovine bone-patellar tendon-bone allografts / K. C. McGilvray [et al.] // Cell Tissue Bank. - 2011. - Vol. 2. - P. 89-98.  DOI: 10.1007/s10561-010-9170-z EDN: XOFQZS
2. The effect of hyperbaric oxygen therapy on bone macroscopy, composition and biomechanical properties after ionizing radiation injury / L. H. F. Junior [et al.] // Radiat Oncol. - 2020. - Vol. 15. - P. 951-958.
3. γ-Irradiation sterilized bone strengthened and toughened by ribose pre-treatment / T. L. Willett [et al.] // J Mech Behav Biomed Mater. - 2015. - Vol. 44. - P. 147-155.
4. The mechanical effects of extracorporeal irradiation on bone / S. Gupta [et al.] // Bone Joint J. - 2015. - Vol. 8. - P. 1151-1156.
5. Irradiation does not modify mechanical properties of cancellous bone under compression / C. J. Hernandez [et al.] // Clin Orthop Relat Res. - 2012. - Vol. 470. - P. 2488-2495.
6. Alterations in femoral neck strength following pelvic irradiation. A finite element analysis of simulated eccentric forces using bone density data derived from CT / V. M. Almendros-Abell'an [et al.] // Bone. - 2021. - Vol. 145. - P. 116-125.
7. Fractionation of 50 kGy electron beam irradiation: effects on biomechanics of human flexor digitorum superficialis tendons treated with ascorbate / W. Wei [et al.] // J Biomech. - 2012. - Vol. 64, no. 4. - P. 658-661.
8. Effects of Chemical Sterilization and Gamma Irradiation on the Biochemical and Biomechanical Properties of Human Tendon Allografts: In Vitro Study / H. R. Zhang [et al.] // Orthop Surg. - 2022. - Vol. 14. - P. 2657-2668.  DOI: 10.1111/os.13465 EDN: YDJARA
9. Effects of gamma irradiation and repetitive freeze-thaw cycles on the biomechanical properties of human flexor digitorum superficialis tendons / D. Ren [et al.] // J Biomech. - 2012. - Vol. 45. - P. 252-256.
10. Effects of gamma irradiation on the biomechanical properties of peroneus tendons / C. M. Aguila [et al.] // Open Access J Sports Med. - 2016. - Vol. 7. - P. 123-127.
11. Maximum load to failure of high dose versus low dose gamma irradiation of anterior cruciate ligament allografts: A meta-analysis / A. C. DiBartola [et al.] // Knee. - 2016. - Vol. 23. - P. 755-762.
12. Evaluation of Biomechanical and Chemical Properties of Gamma-Irradiated Polycaprolactone Microfilaments for Musculoskeletal Tissue Engineering Applications / L. Rojas-Rojas [et al.] // Int J Biomater. - 2022. - Vol. 1. - P. 21-29.  DOI: 10.1155/2022/5266349 EDN: GOZJWZ
13. Radiation-induced changes in load-sharing and structure-function behavior in murine lumbar vertebrae / T. Wu [et al.] // Comput Methods Biomech Biomed Engin. - 2024. - Vol. 10. - P. 1278-1286.
14. The influence of radiation-induced collagen chain fragmentation, crosslinking, and sequential irradiation on the high-cycle fatigue life of human cortical bone / D. B. Crocker [et al.] // J Mech Behav Biomed Mater. - 2024. - Vol. 160. - P. 106-121.  DOI: 10.1016/j.jmbbm.2024.106759 EDN: WGPTDA
15. Fractionation of high-dose electron beam irradiation of BPTB grafts provides significantly improved viscoelastic and structural properties compared to standard gamma irradiation / A. Hoburg [et al.] // Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. - 2011. - Vol. 19. - P. 1955-1961.  DOI: 10.1007/s00167-011-1518-9 EDN: KDENSL
16. Ittycheri A., Lipsky Z. W., Hookway T. A. Ultraviolet light induces mechanical and structural changes in full thickness human skin // J Mech Behav Biomed Mater. - 2023. - Vol. 143. - P. 105-115.  DOI: 10.1016/j.jmbbm.2023.105880 EDN: FNNBOU
17. Skin Biomechanics and miRNA Expression Following Chronic UVB Irradiation / B. N. Blackstone [et al.] // Adv Wound Care (New Rochelle). - 2020. - Vol. 9. - P. 379-389.  DOI: 10.1089/wound.2019.1034 EDN: KMJDYY
18. Single-cell transcriptional analysis of irradiated skin reveals changes in fibroblast subpopulations and variability in caveolin expression / L. E. Kameni [et al.] // Radiat Oncol. - 2024. - Vol. 19. - P. 82-93.  DOI: 10.1186/s13014-024-02472-z EDN: ZMADSN
19. Иомдина Е. Н. Биомеханические аспекты кераторефракционной хирургии и корнеального кросслинкинга // Российская педиатрическая офтальмология. - 2015. - Т. 4. - С. 32-37. EDN: VBISSD
20. Влияние эксимерлазерных вмешательств на биомеханические свойства роговицы пациентов с различными фототипами кожи / Э. Ф. Тазиева [и др.] // Медицинский вестник Башкортостана. - 2019. - Т. 3. - С. 58-60. EDN: WNMMIS

1. McGilvray K. C. et al. Effects of Co-60 Gamma Radiation Dose on Initial Structural Biomechanical Properties of Ovine Bone-Patellar Tendon-Bone Allografts // Cell and Tissue Banking. 2011. Vol. 12. Pp. 89–98. DOI: 10.1007/s10561-010-9170-z.
2. Junior L. H. F. et al. The Effect of Hyperbaric Oxygen Therapy on Bone Macroscopy, Composition and Biomechanical Properties After Ionizing Radiation Injury // Radiation Oncology. 2020. Vol. 15. Pp. 951–958.
3. Willett T. L. et al. γ-Irradiation Sterilized Bone Strengthened and Toughened by Ribose Pre-Treatment // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2015. Vol. 44. Pp. 147–155.
4. Gupta S. et al. The Mechanical Effects of Extracorporeal Irradiation on Bone // Bone and Joint Journal. 2015. Vol. 8. Pp. 1151–1156.
5. Hernandez C. J. et al. Irradiation Does Not Modify Mechanical Properties of Cancellous Bone Under Compression // Clinical Orthopaedics and Related Research. 2012. Vol. 470. Pp. 2488–2495.
6. Almendros-Abellán V. M. et al. Alterations in Femoral Neck Strength Following Pelvic Irradiation. A Finite Element Analysis of Simulated Eccentric Forces Using Bone Density Data Derived from CT // Bone. 2021. Vol. 145. Pp. 116–125.
7. Wei W. et al. Fractionation of 50 kGy Electron Beam Irradiation: Effects on Biomechanics of Human Flexor Digitorum Superficialis Tendons Treated with Ascorbate // Journal of Biomechanics. 2012. Vol. 64, no. 4. Pp. 658–661.
8. Zhang H. R. et al. Effects of Chemical Sterilization and Gamma Irradiation on the Biochemical and Biomechanical Properties of Human Tendon Allografts: In Vitro Study // Orthopaedic Surgery. 2022. Vol. 14. Pp. 2657–2668. DOI: 10.1111/os.13465.
9. Ren D. et al. Effects of Gamma Irradiation and Repetitive Freeze-Thaw Cycles on the Biomechanical Properties of Human Flexor Digitorum Superficialis Tendons // Journal of Biomechanics. 2012. Vol. 45. Pp. 252–256.
10. Aguila C. M. et al. Effects of Gamma Irradiation on the Biomechanical Properties of Peroneus Tendons // Open Access Journal of Sports Medicine. 2016. Vol. 7. Pp. 123–127.
11. DiBartola A. C. et al. Maximum Load to Failure of High Dose Versus Low Dose Gamma Irradiation of Anterior Cruciate Ligament Allografts: A Meta-Analysis // The Knee. 2016. Vol. 23. Pp. 755–762.
12. Rojas-Rojas L. et al. Evaluation of Biomechanical and Chemical Properties of Gamma-Irradiated Polycaprolactone Microfilaments for Musculoskeletal Tissue Engineering Applications // International Journal of Biomaterials. 2022. Vol. 1. Pp. 21–29. DOI: 10.1155/2022/5266349.
13. Wu T. et al. Radiation-Induced Changes in Load-Sharing and Structure-Function Behavior in Murine Lumbar Vertebrae // Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2024. Vol. 10. Pp. 1278–1286.
14. Crocker D. B. et al. The Influence of Radiation-Induced Collagen Chain Fragmentation, Crosslinking, and Sequential Irradiation on the High-Cycle Fatigue Life of Human Cortical Bone // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2024. Vol. 160. Art. 106759. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2024.106759.
15. Hoburg A. et al. Fractionation of High-Dose Electron Beam Irradiation of BPTB Grafts Provides Significantly Improved Viscoelastic and Structural Properties Compared to Standard Gamma Irradiation // Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2011. Vol. 19. Pp. 1955–1961. DOI: 10.1007/s00167-011-1518-9.
16. Ittycheri A., Lipsky Z. W., Hookway T. A. Ultraviolet Light Induces Mechanical and Structural Changes in Full Thickness Human Skin // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2023. Vol. 143. Art. 105880. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2023.105880.
17. Blackstone B. N. et al. Skin Biomechanics and miRNA Expression Following Chronic UVB Irradiation // Advances in Wound Care. 2020. Vol. 9. Pp. 379–389. DOI: 10.1089/wound.2019.1034.
18. Kameni L. E. et al. Single-Cell Transcriptional Analysis of Irradiated Skin Reveals Changes in Fibroblast Subpopulations and Variability in Caveolin Expression // Radiation Oncology. 2024. Vol. 19. Pp. 82–93. DOI: 10.1186/s13014-024-02472-z.
19. Iomdina E. N. Biomechanical Aspects of Keratorefractive Surgery and Corneal Cross-Linking // Russian Pediatric Ophthalmology. 2015. Vol. 4. Pp. 32–37.
20. Tazieva E. F. et al. Influence of Excimer Laser Interventions on the Biomechanical Properties of the Cornea in Patients with Different Skin Phototypes // Medical Bulletin of Bashkortostan. 2019. Vol. 3. Pp. 58–60.

Авторские права и лицензия

© 2025 Автор(ы). Статья публикуется в открытом доступе на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» 4.0 Всемирная (CC BY 4.0), которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания авторства. Авторские права на статью сохраняются за авторами.