Напружено-деформований стан кінематичного ланцюга «поперековий відділ хребта — крижі — таз» у випадку асиметрії суглобових щілин крижово-клубового суглоба

Abstract

In the kinematic chain of the skeleton its important parts trans­mitting the load from the spine to the pelvis are the sacrum, the sacroiliac joints (SIJ) and ligaments surrounding them. SIJ dysfunction often leads to low back pain. Objective: To analyze the stress-strain state of SCJ with ventral, dorsal and interosse­ous sacroiliac ligaments at their normal condition and in cases of asymmetry of the joint space width. Methods: for the study the previously proposed virtual model synthesized and based on the lumbar spine, SIJ and pelvis CT scans of 20 patients and SIJ MRI scans of 10 patients was selected. Finite element model of the lumbosacral spine and SIJ were loaded from the upper vertebrae LI with vertical force of 400 N and 2000 N along the axis of the spine. Results: distribution of stress and strain in the SIJ and lumbosacral spine model obtained under conditions of asymmetry of joint spaces’ width indicates the changing in nature of functioning of the entire articulation. In the case of asymmetry of SIJ width asymmetry it was determined displace­ment of conventional axis of rotational mobility of the sacrum and significant redistribution of stresses and strains between the left and right joints and ligaments. While loading with 400 N for asymmetric joint space width it was determined an increasing of the value of tension in SIJ ligaments on the left and of the value of deformation on the right particularly in dorsal and interosseous sacroiliac ligaments. The values of tension in the sacrospinous, sacrotuberous and iliolumbar ligaments changed asymmetrically so as to maximally compensate violations caused by asymmetry of the joint space width. The same trends were found while loading with 2000 N but at the same time tensions in sacrospinous and sacrotuberous ligaments significantly increased indicating their important role in SIJ stabilization under conditions of increasing load. In the proposed SIJ with lumbar spine model mathematically substantiated an opportunity of nascence of functional deforma­tion like «twisted pelvis».В кинематической цепи опорного скелета важными звеньями, передающими нагрузку от позвоночника к тазу, являются крестец, крестцово-подвздошные суставы (КПС) и связки, которые их окружают. Дисфункция КПС часто приводит к нижнепоясничной боли. Цель: проанализировать напряженно-деформированное состояние КПС с вентральными, дорсальными и межкостными крестцово-подвздошными связками при их нормальном состоянии и асимметрии ширины суставных щелей. Методы: для исследования выбрана предложенная ранее виртуальная модель, синтезированная на основе КТ-сканов поясничного отдела позвоночника, КПС и таза 20 пациентов и МРТ-сканов КПС 10 пациентов. Конечно-элементные модели пояснично-крестцового отдела и КПС нагружали по верхнему позвонку LІ вертикальной силой в 400 и 2000 Н вдоль оси позвоночника. Результаты: полученное распределение напряжения и деформаций в модели КПС и пояснично-крестцового отдела в условиях асимметрии ширины суставных щелей свидетельствует об изменениях характера работы всего сочленения. В случае асимметрии ширины суставных щелей КПС установлено смещение условной оси ротационной подвижности крестца и существенное перераспределение напряжений и деформаций между левыми и правыми суставами и пучками связок. При нагрузке в 400 Н в условиях асимметричной ширины суставной щели отмечено увеличение величины напряжения в связках КПС слева и величин деформации справа, особенно в межкостных и дорсальных крестцово-подвздошных связках. Величины напряжения в крестцово-остистых, крестцово-бугорной и подвздошно-поясничной связках менялись асимметрично так, чтобы максимально компенсировать нарушения, вызванные асимметрией ширины суставной щели. Такие же тенденции выявлены и в случае нагрузки в 2000 Н. Однако при этом значительно увеличивались напряжения в крестцово-остистых и крестцово-бугорной связках, что свидетельствует об их важной роли в стабилизации КПС при повышении нагрузки. На предложенной модели КПС с поясничным отделом позвоночника математически обоснована возможность возникновения функциональной деформации «скрученный таз».У кінематичному ланцюгу опорного скелета важливими ланками, які передають навантаження від хребта на таз, є крижі, крижово-клубові суглоби (ККС) та зв’язки, що їх оточують. Дисфункція ККС часто призводить до нижньопоперекового болю. Мета: проаналізувати напружено-деформований стан ККС з вентральними, дорсальними та міжкістковими крижово-клубовими зв’язками за їх нормального стану та асиметрії ширини суглобових щілин. Методи: для дослідження обрана запропонована раніше віртуальна модель, синтезована на основі КТ-сканів поперекового відділу хребта, ККС і таза 20 пацієнтів та МРТ-сканів ККС 10 пацієнтів. Кінцево-елементні моделі попереково-крижового відділу та ККС навантажували по верхньому хребцю LІ вертикальною силою в 400 та 2000 Н уздовж осі хребта. Результати: отриманий розподіл напруження і деформацій у моделі ККС та попереково-крижового відділу за умов асиметрії ширини суглобових щілин свідчить про зміни характеру роботи всього зчленування. У разі асиметрії ширини суглобових щілин ККС встановлено зміщення умовної осі ротаційної рухливості крижів та суттєвий перерозподіл напружень і деформацій між лівими та правими суглобами і пучками зв’язок. Під час навантаження в 400 Н за асиметричної ширини суглобової щілини відмічено збільшення величини напруження у зв’язках ККС зліва і величин деформації справа, особливо в міжкісткових і дорсальних крижово-клубових зв’язках. Величини напруження в крижово-остистій, крижово-горбовій та клубово-поперековій зв’язках змінювалися асиметрично так, щоб максимально компенсувати порушення, спричинені асиметрією ширини суглобової щілини. Такі ж тенденції виявлено під час навантаження в 2000 Н, але при цьому значно збільшувалися напруження в крижово-остистій та крижово-горбовій зв’язках, що свідчить про їх важливу роль у стабілізації ККС за умов підвищення навантаження. На запропонованій моделі ККС із поперековим відділом хребта математично обґрунтована можливість виникнення функціональної деформації «скручений таз».