Experimental Studies of Cylinder Group State During Motoring

AbstractThe paper describes a method for diagnosing the cylinder-piston group of internal combustion engines (ICE). The method is based on analyzing the results of measuring the dynamic compression during crankshaft motoring. The position of the maximum pressure in the combustion chamber, its magnitude and phase parameters give a complete picture of the technical state of the engine cylinder group. Measured parameters of the pressure signal were compared to instrumental measurements of air leakage in the cylinder-piston group as well as to the compression values. The developed method allows to combine all the positive aspects of existing and proposed methods and to solve the long-standing problem of improving the accuracy of estimating the technical state of ICE units and mechanisms. cylinders, rings, pistons, valves, displacement of phases timing. Experimental results are presented as graphs showing the inter-dependency of parameters of the processes under consideration

Substantiation of the method for diagnosing the ignition system of automobile petrol engines by exhaust gas toxicity parameters in individual cylinders

It is known that the proportion of failures of the elements of the power supply system of automobile piston engines reaches 45% of all its failures, including 9% of cases are failures of the elements of the ignition system. An analysis of this statistics shows that spark plugs are most susceptible to wear, overheating and significant loading. The range of resource parameters of spark plugs offered by manufacturers within 10-60 thousand km aggravates the situation of timely replacement. It was revealed that the period for replacing spark plugs can be adjusted, since their guaranteed resource sometimes does not correspond to the declared one. It has been determined that the means used for diagnosing the ignition system (in the classic version: a motor-tester, a gas analyzer) do not allow to accentuate the load on a separate element and bring it to an extreme operating mode, in which hidden failures appear. The sensitivity and reliability of existing methods are at a low level, because Many factors influence the shape of the oscillogram, including interference in the measuring circuit and measurement errors, the need for frequent calibration of the measuring channels, which introduces a significant error in the diagnostic process. The purpose of the research is to increase the reliability of diagnosing the elements of the ignition system of automobile engines based on the analysis of toxicity parameters during selective sampling of exhaust gases in test modes. A method for troubleshooting and assessing the technical condition of the elements of the ignition system in test modes with selective sampling of exhaust gases is proposed, for the implementation of which a software and hardware complex for test diagnostics has been developed. On the basis of the developed methods, a methodology for the comprehensive determination of the technical condition of spark plugs in the engines of VAZ and GAZ vehicles was created based on the results of the analysis of the composition of exhaust gases on comparative nomograms. Scientific novelty: a mathematical model of the change in the secondary voltage depending on the spark interelectrode gap of the spark plug has been developed; the relationship between the breakdown voltage in the interelectrode gap of the spark plug and the air density in the chamber of the test device is established, where the most significant factor is the discrepancy between the interelectrode gap of the spark plug to its nominal value: the dependence of the parameters of the composition and content of harmful substances in the exhaust gases on the technical condition of the elements of the ignition system in individual engine cylinders. The practical significance of the work lies in the possibility of continuous monitoring of the elements of the ignition system by the test method, in particular the spark plugs of the ignition system, taking into account the individual contribution of each spark plug to the exhaust process and the content of toxicity parameters in the exhaust gases. Further research on this topic should be extended to other brands of cars, as well as gas engine installations with elements of automating the diagnostic process

Прогнозирование развития послеоперационной боли у пациентов с поздней стадией остеоартрита коленного сустава по экспрессии генов деградации внеклеточного матрикса, воспаления и апоптоза в крови

About 10–40% of patients with osteoarthritis (OA) are not satisfied with the results of total arthroplasty (TA) of large joints. At the same time, the most common complication associated with the ineffectiveness of TA is postoperative pain (PP).Objective: to identify genes whose expression in the peripheral blood before TA is associated with an increased risk of PP developing. Patients and methods. Before TA, the blood of 50 patients with late-stage knee OA was examined; the control group consisted of 26 healthy individuals. The level of pain was assessed using the visual analog scale (VAS), the BPI short questionnaire, and the WOMAC index; the presence of neuropathic pain was assessed using the DN4 and PainDETECT questionnaires. The development of PP was determined 3 and 6 months after TA. The levels of matrix metalloproteinase protein (MMP) 9 and tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP) 1 were quantified by ELISA. Total RNA isolated from blood was used to determine the expression of caspase 3, MMP9, TIMP1, cathepsins K and S, tumor necrosis factor (TNF) α, interleukin (IL) 1β, and cyclooxygenase 2 genes using a quantitative real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction.Results and discussion. PP according to VAS ≥30 mm was noted in 17 patients. Before TA, these patients had significantly increased expression of cathepsins K and S, caspase 3, TIMP1, IL1β, and TNFα genes compared to other patients with OA. ROC analysis revealed a statistically significant relationship between the expression of these genes and the likelihood of developing pain after TA.Conclusion. High expression of genes associated with degradation of the extracellular matrix (catepsins S and K, TIMP1), inflammation (IL1β, TNFα), and apoptosis (caspase 3) can serve as an important biomarker for the development of PP in patients with knee OA. To confirm the value of preoperative gene expression testing in predicting the onset of PP, further studies involving large cohorts of patients are needed.Около 10–40% пациентов с остеоартритом (ОА) не удовлетворены исходом тотального эндопротезирования (ТЭ) крупных суставов. При этом наиболее частым осложнением, ассоциирующимся с неэффективностью ТЭ, является послеоперационная боль (ПБ).Цель исследования – выделить гены, экспрессия которых в периферической крови до ТЭ связана с увеличением риска развития ПБ.Пациенты и методы. Перед ТЭ исследована кровь 50 пациентов с поздней стадией ОА коленных суставов (КС), группу контроля составили 26 здоровых лиц. Уровень боли оценивали по визуальной аналоговой шкале (ВАШ), краткому опроснику BPI и индексу WOMAC, наличие невропатической боли – по опросникам DN4 и PainDETECT. Развитие ПБ определяли через 3 и 6 мес после ТЭ. Проводили количественную оценку уровней белка матриксной металлопротеиназы (MMП) 9 и тканевого ингибитора металлопротеиназы (ТИМП) 1 методом ELISA. Суммарную РНК, выделенную из крови, использовали для определения экспрессии генов каспазы 3, ММП9, TИМП1, катепсинов K и S, фактора некроза опухолей (ФНО)α , интерлейкина (ИЛ) 1β и циклооксигеназы 2 с помощью количественной обратно-транскриптазной полимеразной цепной реакции в реальном времени.Результаты и обсуждение. ПБ по ВАШ ≥30 мм отмечена у 17 больных. Перед ТЭ у этих пациентов была значимо повышена экспрессия генов катепсинов K и S, каспазы 3, TИМП1, ИЛ1β и ФНОα по сравнению с остальными больными ОА. ROC-анализ выявил статистически значимую связь между экспрессией этих генов и вероятностью развития боли после ТЭ.Заключение. Высокая экспрессия генов, связанных с деградацией внеклеточного матрикса (катепсины S и K, TИМП1), воспалением (ИЛ1β , ФНОα ) и апоптозом (каспаза 3), может служить важным биомаркером развития ПБ у пациентов с ОА КС. Для подтверждения ценности предоперационного исследования экспрессии генов для прогноза возникновения ПБ необходимы дальнейшие исследования с участием больших когорт пациентов

Экспрессия генов каспазы 3, матриксной металлопротеиназы 9, тканевого ингибитора металлопротеиназ 1, катепсинов S и К у больных остеоартритом, нуждающихся в эндопротезировании крупных суставов

Osteoarthritis (OA) is a chronic rheumatic disease that is characterized by pain and articular cartilage degradation. Pain in OA is a main clinical symptom that limits working capacity and is one of the indications for joint replacement. However, 10-40% of patients with OA also continue to experience painful sensations after surgery.Objective: to develop a method for searching for biomarkers to predict the dynamics of pain in the postoperative period and to determine the feasibility of arthroplasty on the basis of a retrospective analysis of relative blood gene expression prior to surgery.Patients and methods. The investigators tested the blood taken from 53 OA patients (mean age, 56.5±8.9 years) before knee arthroplasty and from 26 healthy donors (mean age, 55±8.3 years). Total RNA was isolated from blood and after reverse transcription into complementary DNA was used to measure the level of relative gene expression in real-time polymerase chain reaction.Results and discussion. A retrospective analysis of the expression of genes associated with central sensitization in 53 patients with OA before arthroplasty showed that the data on the expression of tumor necrosis factor-α, interleukin-1β, cyclooxygenase-2, and transforming growth factor β1 were uninformative due to their high blood expression in all the patients. The high gene expression of cathepsin S (in 17% of the patients) and cathepsin K (in 21%) and the low gene expression of tissue inhibitor of metalloproteinases 1 (TIMP-1) (in 31%) may indicate that postoperative pain can be persistent. In contrast, no post-arthroplasty pain can be expected in 43% OA patients with low caspase 3 expression and in 23% of those with low MMP-9 one.Conclusion. Analysis of pre-arthroplasty blood gene expression in patients with OA seems to be a promising approach to predicting the dynamics of pain after surgical treatment. Остеоартрит (ОА) – хроническое ревматическое заболевание, которое характеризуется болью и разрушением ткани сустава. Боль при ОА является основным клиническим симптомом, ограничивающим трудоспособность, и одним из показаний к эндопротезированию сустава. Однако у 10–40% больных ОА болевые ощущения сохраняются и после операции.Цель исследования – на основании ретроспективного анализа относительной экспрессии генов в крови перед операцией разработать метод поиска биомаркеров для прогнозирования динамики боли в послеоперационном периоде и определения целесообразности проведения эндопротезирования.Пациенты и методы. Исследована кровь 53 больных ОА (средний возраст 56,5±8,9 года) перед эндопротезированием коленного сустава и 26 здоровых доноров (средний возраст 55±8,3 года). Общую РНК выделяли из крови и после обратной транскрипции в комплементарную ДНК использовали для определения уровня относительной экспрессии генов в полимеразной цепной реакции в режиме реального времени.Результаты и обсуждение. Ретроспективный анализ экспрессии генов, ассоциированных с центральной сенситизацией, у 53 больных ОА перед эндопротезированием показал, что данные об экспрессии фактора некроза опухолей α, интерлейкина 1β, циклооксигеназы 2 и трансформирующего фактора роста β1 неинформативны в связи с их высокой экспрессией в крови у всех пациентов. Высокая экспрессия гена катепсина S (у 17% больных), гена катепсина K (у 21%), а также низкая экспрессия гена тканевого ингибитора металлопротеиназ 1 (у 31%) могут указывать на возможное сохранение боли после операции. Напротив, при низкой экспрессии гена каспазы 3 (у 43% больных) и гена матриксной металлопротеиназы 9 (у 23%) можно ожидать отсутствия боли после эндопротезирования.Заключение. Анализ экспрессии генов в крови больных ОА перед эндопротезированием представляется перспективным подходом для прогнозирования динамики боли после хирургического лечения

Роль клинических показателей и экспрессии гена катепсина S в прогнозировании развития послеоперационной боли у пациентов с остеоартритом тазобедренного сустава

 Objective: to evaluate the significance of clinical indicators, expression of pain syndrome genes cathepsin S and pro-inflammatory cytokines in peripheral blood for predicting the development of postoperative pain (POP)  in patients with hip osteoarthritis (HOA) before total arthroplasty (TA).Material and methods. The study included 31 patients with stages III–IV of HOA (mean age 61.3±9.8 years) who underwent TA and 26 healthy volunteers (control group). Depending on the presence or absence of POP,  patients were divided into two subgroups: with POP (1st subgroup, n=12) and without POP (2nd subgroup, n=19). Patients were examined before and 6  months after surgery.Prior to TA, the level of pain was determined in all patients using the visual analogue scale (VAS), as well as using the DN4 and PainDETECT neuropathic pain questionnaires. Functional status was assessed by the WOMAC index. The development of POP ≥30 mm according to VAS was assessed 6 months after TA.Total RNA was isolated from whole blood and used to evaluate gene  expression for cathepsin S, interleukin 1 (IL1 ), tumor necrosis factor α (TNFα), and cyclooxygenase 2 (COX2) by quantitative real-time polymerase chain  reaction. Results and discussion. Complaints of pain persisted in 12 (38.7%) patients 6 months after TA. Before surgery, the expression of cathepsin S, IL1 , TNFα, and COX2 genes was significantly higher in patients of both subgroups compared to healthy controls. In addition, in patients with POP who were not satisfied with the outcome of TA, the rates of neuropathic pain according to  the DN4 questionnaire and cathepsin S gene expression were significantly  higher than in other patients. At the same time, there was no significant  difference in the expression of genes of pro-inflammatory cytokines in  patients of the studied subgroups before TA.Conclusion. The development of POP in patients with HOA may be partially associated with its perception mechanisms disturbance, and an increase in the expression of the cathepsin S gene in the peripheral blood prior to TA can serve as its prognostic biomarker. Цель исследования – оценить значение клинических показателей, экспрессии генов болевого синдрома катепсина S и провоспалительных цитокинов в периферической крови для прогнозирования развития послеоперационной боли (ПОБ) у больных остеоартритом (ОА) тазобедренного сустава (ТБС) перед тотальным эндопротезированием (ТЭ).Материал и методы. В исследование включены 31 больной с III–IV стадиями ОА ТБС (средний возраст – 61,3±9,8 года), которому проводилось ТЭ, и 26 здоровых добровольцев (контрольная группа). В зависимости от наличия или отсутствия ПОБ пациенты были распределены в две подгруппы: с ПОБ (1-я подгруппа, n=12) и без ПОБ (2-я подгруппа, n=19). Пациентов обследовали до и через 6 мес после операции.До ТЭ у всех пациентов определяли уровень боли по визуальной аналоговой шкале (ВАШ), а также с помощью опросников невропатической боли DN4 и PainDETECT. Функциональный статус оценивали по индексу WOMAC. Развитие ПОБ ≥30 мм по ВАШ оценивали через 6 мес после ТЭ. Общую РНК выделяли из цельной крови и использовали для оценки экспрессии генов катепсина S, интерлейкина 1 (ИЛ1 ), фактора некроза опухоли á (ФНОá) и циклооксигеназы 2 (ЦОГ2) посредством количественной полимеразной цепной реакции в реальном времени.Результаты и обсуждение. Через 6 мес после ТЭ жалобы на боль сохранялись у 12 (38,7%) пациентов. До операции экспрессия генов катепсина S, ИЛ1â, ФНОá и ЦОГ2 была значительно выше у пациентов обеих подгрупп по сравнению со здоровым контролем. Кроме того, у пациентов с ПОБ, не удовлетворенных исходом ТЭ, показатели невропатической боли по опроснику DN4 и экспрессии гена катепсина S были значительно выше, чем у остальных больных. При этом не отмечено существенной разницы в экспрессии генов провоспалительных цитокинов у больных исследуемых подгрупп до ТЭ.Заключение. Развитие ПОБ у пациентов с ОА ТБС может быть частично связано с нарушением механизмов ее восприятия, а повышение экспрессии гена катепсина S в периферической крови до ТЭ может служить ее прогностическим биомаркером

Анализ факторов, определяющих развитие послеоперационной боли у пациентов, перенесших эндопротезирование коленных и тазобедренных суставов

Chronic postoperative pain (POP) is a serious complication of total replacement (TR) of the knee (KJ) and hip (HJ) joints.Objective: to determine the factors associated with POP in patients after TR of KJ or HJ.Patients and methods. The study group consisted of 124 patients with knee osteoarthritis or hip osteoarthritis (age 63.6±9.9 years, 63% women and 37% men) who underwent TR of KJ or HJ. POP was defined as pain ≥40 mm on a numerical rating scale persistent for ≥3 months. Its presence was assessed after 3 and 6 months by telephone survey. Comparison of patients with POP and without it was carried out for a number of factors identified before surgery.Results and discussion. The incidence of POP was 27.4%. There was no difference in the incidence of POP in patients after TR of KJ or HJ: 28.1% and 26.9% (p=0.88). POP was statistically significantly associated with parameters such as higher body mass index (BMI); the intensity of pain at rest; general assessment of impairment; WOMAC index pain, stiffness and overall; severity of symptoms of neuropathic pain (PainDETECT); signs of depression and anxiety (HADS).The risk of POP was significantly higher (p<0.05) with BMI >30 kg/m2 (odds ratio, OR 2.755; 95% confidence interval, CI 1.053–7.206), rest pain ≥40 mm on a visual analog scale (OR 1.349; 95% CI 0.478–3.803), PainDETECT scores ≥13 (OR 3.598; 95% CI 1.048–12.36) and HADS depression ≥8 (OR 2.193; 95% CI 0.745–6.454), presence of ≥2 sources of pain (OR 6.996; 95% CI 2.358–20.756).Conclusion. It was found that the risk of POP after TR of KJ and HJ is higher in patients with overweight, severe preoperative pain, signs of neuropathic pain and depression, as well as in the presence of several sources of pain (except for the affected joint, that was replaced surgically).Хроническая послеоперационная боль (ПОБ) – серьезное осложнение тотального эндопротезирования (ТЭ) коленного (КС) и тазобедренного (ТБС) суставов.Цель исследования – определение факторов, ассоциирующихся с ПОБ у пациентов, перенесших ТЭ КС или ТБС.Пациенты и методы. Исследуемую группу составили 124 пациента с ОА КС или ТБС (возраст 63,6±9,9 года, 63% женщины и 37% мужчины), которым было проведено ТЭ КС или ТБС. ПОБ определяли как боль ≥40 мм по числовой рейтинговой шкале, персистирующую ≥3 мес. Ее наличие оценивалось через 3 и 6 мес путем телефонного опроса. Проведено сопоставление пациентов с ПОБ и ее отсутствием по ряду факторов, выделенных до операции.Результаты и обсуждение. Частота ПОБ составила 27,4%. Не выявлено различия в частоте ПОБ у пациентов после ТЭ КС или ТБС: 28,1 и 26,9% (р=0,88). ПОБ статистически значимо была связана с такими параметрами, как более высокие индекс массы тела (ИМТ); интенсивность боли в покое; оценка нарушения самочувствия; индекс WOMAC боль, скованность и общий; выраженность симптомов невропатической боли (PainDETECT); признаки депрессии и тревожности (HADS).Риск ПОБ был значимо выше (p<0,05) при ИМТ >30 кг/м2 (отношение шансов, ОШ 2,755; 95% доверительный интервал, ДИ 1,053–7,206), боли в покое ≥40 мм по визуальной аналоговой шкале (ОШ 1,349; 95% ДИ 0,478–3,803), показателях PainDETECT ≥13 (ОШ 3,598; 95% ДИ 1,048–12,36) и HADS депрессия ≥8 (ОШ 2,193; 95% ДИ 0,745–6,454), наличии ≥2 источников боли (ОШ 6,996; 95% ДИ 2,358–20,756).Заключение. Выявлено, что риск ПОБ после ТЭ КС и ТБС выше у пациентов с избыточной массой тела, выраженной предоперационной болью, признаками невропатической боли и депрессии, а также при наличии нескольких источников боли (кроме пораженного сустава, подлежащего ТЭ)

The gene expression of caspase 3, matrix metalloproteinase-9, tissue inhibitor of metalloproteinases-1, and cathepsins S and K in patients with osteoarthritis requiring large joint replacement

Osteoarthritis (OA) is a chronic rheumatic disease that is characterized by pain and articular cartilage degradation. Pain in OA is a main clinical symptom that limits working capacity and is one of the indications for joint replacement. However, 10-40% of patients with OA also continue to experience painful sensations after surgery.Objective: to develop a method for searching for biomarkers to predict the dynamics of pain in the postoperative period and to determine the feasibility of arthroplasty on the basis of a retrospective analysis of relative blood gene expression prior to surgery.Patients and methods. The investigators tested the blood taken from 53 OA patients (mean age, 56.5±8.9 years) before knee arthroplasty and from 26 healthy donors (mean age, 55±8.3 years). Total RNA was isolated from blood and after reverse transcription into complementary DNA was used to measure the level of relative gene expression in real-time polymerase chain reaction.Results and discussion. A retrospective analysis of the expression of genes associated with central sensitization in 53 patients with OA before arthroplasty showed that the data on the expression of tumor necrosis factor-α, interleukin-1β, cyclooxygenase-2, and transforming growth factor β1 were uninformative due to their high blood expression in all the patients. The high gene expression of cathepsin S (in 17% of the patients) and cathepsin K (in 21%) and the low gene expression of tissue inhibitor of metalloproteinases 1 (TIMP-1) (in 31%) may indicate that postoperative pain can be persistent. In contrast, no post-arthroplasty pain can be expected in 43% OA patients with low caspase 3 expression and in 23% of those with low MMP-9 one.Conclusion. Analysis of pre-arthroplasty blood gene expression in patients with OA seems to be a promising approach to predicting the dynamics of pain after surgical treatment