Вплив попереково-тазових взаємовідношень на напружено-деформований стан поперекового відділу хребта

Abstract

Objective: to study the changes of the stress-strained state of the lumbar spine elements depending on the dynamics of the alues which characterize segmental and total lumbarlordosis. Methods: the Workbench software was used; it used the methods of mechanics in a bundle with numerical methods of analysis, in particular, the method of finite elements.The SolidWorks automated system is applied for construction of parametric three-dimensional geometric models. The study examined four schemes, two of which described the «intact» state of the lumbar spine, while the rest included pathological changes of increasing and decreasing of segmental and full lumbar lordosis angles. All four schemes had the same structure, and the differences consisted of the values of segmental and totallumbar lordosis. Results: at normal conditions the values of lumbar-pelvic parameters (anatomical constant pelvic incidens and derivatives of sacral slop and global lumbar lordosis) distribution of tensions occurs evenly on the anterior and posterior supporting complexes of the vertebral motor segment. With increasing of pelvic incidens, sacral slop and global lumbar lordosis the value decreases in anterior supporting complex andincreases in the posterior. When pelvic incidens, sacral slop and global lumbar lordosis becomes lower, the tension decreases at the posterior support complex and increases at the anterior. Conclusions: increasing of tensions in the anterior support complex is positive correlated with a decreasing in pelvic incidens and its derivatives values of sacral slop and global lumbar lordosis (hypolordosis). At large pelvic incidens, sacral slop and global lumbar lordosis values (hyperlordosis), values increase in the posterior structures of the vertebral motor segment.Цель: изучить изменения напряженно-деформированного состояния элементов поясничного отдела позвоночника человека в зависимости от динамики величин, характеризующих сегментарный и полный поясничный лордоз. Методы: применен программный комплекс Workbench, который использует методы механики сплошной среды в связке с численными методами анализа, в частности, методом конечных элементов. Для построения параметрических трехмерных геометрических моделей применена система автоматизированного проектирования SolidWorks. В исследовании рассмотрено четыре расчетные схемы, две из которых описывали «интактное» состояние поясничного отдела позвоночника, а остальные учитывали патологические изменения в сторону увеличения и уменьшения угловых показателей сегментарного и полного поясничного лордоза. Все четыре схемы имели идентичную структуру, а различия заключались в величинах сегментарного и полного поясничного лордоза. Результаты: в условиях нормальных величин пояснично-тазовых параметров (анатомического константного PI (pelvic incidens) и производных от него SS (sacral slop) и GLL (global lumbar lordosis)) распределение напряжения происходит равномерно на передний и задний опорные комплексы позвоночного двигательного сегмента. При увеличении PI, SS и GLL напряжение снижается в переднем опорном комплексе и увеличивается в заднем. При уменьшении PI, SS и GLL напряжение уменьшается в заднем опорном комплексе и увеличивается в переднем. Выводы: рост напряжения в переднем опорном комплексе положительно коррелирует с уменьшением PI и производных от него ма­лых значениях SS и GLL (гиполордоз). При больших величинах PI, SS и GLL (гиперлордоз) увеличивается напряжение в задних структурах позвоночного двигательного сегмента.Мета: вивчити зміни напружено-деформованого стану елементів поперекового відділу хребта людини залежно від динаміки величин, які характеризують сегментарний і повний поперековий лордоз. Методи: використано програмний комплекс Workbench, який застосовує механіку суцільного середовища у зв’язці з чисельними способами аналізу, зокрема, методом скінченних елементів. Для побудови параметричних тривимірних геометричних моделей використано систему автоматизованого проектування SolidWorks. У дослідженні розглянуто чотири розрахункові схеми, дві з яких описували «інтактний» стан поперекового відділу хребта, а решта враховували патологічні зміни в бік збільшення та зменшення кутових показників сегментарного та повного поперекового лордозу. Усі чотири схеми мали ідентичну структуру, а відмінності полягали у величинах сегментарного та повного поперекового лордозу. Результати: за умов нормальних величин попереково-тазових параметрів (анатомічного константного PI (pelvic incidens) і похідних від нього SS (sacral slop) і GLL (global lumbar lordosis)) розподіл напруження відбувається рівномірно на передній і задній опорні комплекси хребтового рухового сегмента. Зі збільшенням PI, SS і GLL напруження знижується в передньому опорному комплексі та збільшується в задньому. У разі зменшення PI, SS і GLL напруження зменшується в задньому опорному комплексі та збільшується в передньому. Висновки: збільшення напруження в передньому опорному комплексі позитивно корелює зі зменшенням PI та похідних від нього малих значеннях SS і GLL (гіполордоз). У разі великих величин PI, SS і GLL (гіперлордоз) збільшується напруження в задніх структурах хребтового рухового сегмента.