Попов А. І., Перфільєв О. В., Карпінський М. Ю., Яресько О. В.

ДОСЛІДЖЕННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ЕЛЕМЕНТІВ МІЖХРЕБЦЕВИХ ДИСКІВ ПОПЕРЕКОВОГО ВІДДІЛУ ХРЕБТА ПРИ ПОРУШЕННІ ЦІЛІСНОСТІ ФІБРОЗНОГО КІЛЬЦЯ НА ОСНОВІ СКІНЧЕННО-ЕЛЕМЕНТНОГО МОДЕЛЮВАННЯ

---

Показати/Завантажити PDF

Про автора:

Попов А. І., Перфільєв О. В., Карпінський М. Ю., Яресько О. В.

Рубрика:

МЕТОДИ ТА МЕТОДИКИ

Тип статті:

Наукова стаття

Анотація:

Порушення цілісності фіброзного кільця є одним із ключових морфологічних чинників формування дегенеративних змін міжхребцевого диска. Мета – визначити вплив дефектів фіброзного кільця міжхребцевих дисків на закономірності розподілу напружень і величину відносних деформацій елементів поперекового відділу хребта з використанням методу скінченних елементів. Розроблена математична скінчено-елементна модель поперекового відділу хребта людини, яка містила хребці, крижу, міжхребцеві диски та хрящі в дуговідросчатих суглобах. Вивчали напружено-деформований стан моделі після дискектомії: 1 – диски без ушкоджень (норма): 2 – ушкодження диска L4-L5; 3 – ушкодження диска L5-S1; 4 – поєднане ушкодження дисків L4-L5 і L5-S1. Наявність дефекту фіброзного кільця диска призводить до підвищення рівня деформації його пульпозного ядра. Найбільш вразливим виявився межхребцевий диск L5- S1. При фізіологічному навантаженні спостерігались відносні деформації його фіброзного кільця до 30% у передньому відділі і 40% у задньому. При додатковому навантаженні +25 кг ці значення зросли до 51% (передній відділ) та 68% (задній відділ). При навантаженні +50 кг – до 72% (передній) та 96% (задній), що практично відповідає руйнуванню диска. Ослаблене кільце викликає підвищення тиску в пульпозному ядрі, що призводить до великих деформацій кільця й таким чином формується патолоґічне коло. Високі відносні деформації (до ~70-90%) при додатковому навантаженні вказують, що пацієнти з дефектом фіброзного кільця мають підвищений ризик подальшої дискової дестабілізації або руйнування.

Теги:

Список цитованої літератури:

1. Hartvigsen J, Hancock MJ, Kongsted A, Louw Q, Ferreira ML, Genevay S, et al. What low back pain is and why we need to pay attention. Lancet. 2018;391(10137):2356-2367. DOI: 10.1016/S0140-6736(18)30480-X.
2. Battie MC, Videman T. Lumbar disc degeneration: epidemiology and genetics. OUP Academic. 2006;45(3):317-324. DOI: 10.2106/ JBJS.E.01313.
3. Fardon DF, Williams AL, Dohring EJ, Murtagh FR, Gabriel Rothman SL, Sze GK. Lumbar disc nomenclature: version 2.0: Recommendations of the combined task forces of the North American Spine Society, the American Society of Spine Radiology and the American Society of Neuroradiology. Spine J. 2014;14(11):2525-45. DOI: 10.1016/j.spinee.2014.04.022.
4. Tanaka N, An HS, Lim TH, Fujiwara A, Jeon CH, Haughton VM. The relationship between disc degeneration and flexibility of the lumbar spine. Spine J. 2001;1(1):47-56. DOI: 10.1016/s1529-9430(01)00006-7.
5. Adams MA, Roughley PJ. What is intervertebral disc degeneration, and what causes it? Spine (Phila Pa 1976). 2006;31(18):2151-61. DOI: 10.1097/01.brs.0000231761.73859.2c.
6. Vergroesen PPA, Kingma I, Emanuel KS, Hoogendoorn RJW, Welting TJ, van Royen BJ, et al. Mechanics and biology in intervertebral disc degeneration: a vicious circle. Osteoarthritis and Cartilage. 2015;23(7):1057-1070. DOI: 10.1016/j.joca.2015.03.028.
7. Kong WZ, Goel VK. Ability of the finite element models to predict response of the human spine to sinusoidal vertical vibration. Spine (Phila Pa 1976). 2003;28(17):1961-7. DOI: 10.1097/01.BRS.0000083236.33361.C5.
8. Chosa E, Goto K, Totoribe K, Tajima N. Analysis of the effect of lumbar spine fusion on the superior adjacent intervertebral disk in the presence of disk degeneration, using the three-dimensional finite element method. Journal of Spinal Disorders & Techniques. 2004;17(2):134-139. DOI: 10.1097/00024 720-200404000-00010.
9. Popsuyshapka K, Teslenko S, Popov A, Karpinsky M, Yaresko O. Study of the stress-strain state of the spine model for various methods of treatment for fractures of the bodies of the thoracic spine. Trauma. 2022;23(5):53-64. DOI: 10.22141/1608-1706.5.23.2022.9165.
10. Vidal-Lesso A, Ledesma-Orozco E, Daza-Benítez L, Lesso-Arroyo R. Mechanical Characterization of Femoral Cartilage Under Unicompartimental Osteoarthritis. Ingeniería Mecánica Tecnología y Desarrollo. 2014;4(6):239-246.
11. Clin J, Aubin CE, Lalonde N, Parent S, Labelle H. A new method to include the gravitational forces in a finite element model of the scoliotic spine. Med Biol Eng Comput. 2011;49(8):967-77. DOI: 10.1007/s11517-011-0793-4.
12. Gere JM, Timoshenko SP. Mechanics of Material. Boston: PWS Press; 1997. 912 s.
13. Rao SS. The Finite Element Method in Engineering. Oxford: Butterworth-Heinemann. 2017. 782 s.
14. Cui XL, Yang WM, Ding A, Ding A, Zhu J, Zhang W, et al. Characteristics and mechanical mechanisms of intervertebral disc degeneration in old thoracolumbar fractures with kyphosis: clinical observations and finite element analyses. BMC Musculoskeletal Disorders. 2024;25:1040. DOI: 10.1186/s12891-024-08157-8.
15. Chen JX, Li YH, Wen J, Li Z, Yu BS, Huang YC. Annular Defects Impair the Mechanical Stability of the Intervertebral Disc. Global Spine J. 2023;13(3):724-729. DOI: 10.1177/21925682211006061.
16. Urban JP, Roberts S. Degeneration of the intervertebral disc. Arthritis Res Ther. 2003;5(3):120-30. DOI: 10.1186/ar629.

Публікація статті:

«Вісник проблем біології і медицини», 2025 Випуск 4, 179, 237-262 сторінки, код УДК 616.711.6-007.43:612.76:519.876.5

DOI:

10.29254/2077-4214-2025-4-179-237-262