Чисельне моделювання та аналіз напружено-деформованого стану кінематичного ланцюга «поперековий відділ хребта - крижі - таз» із урахуванням основних зв’язок крижово-клубового суглоба

Abstract

Objective: To study the stress-strain state of the ligaments of the sacroiliac joint and the elements of the lumbosacral spine considering various options of the lumbar lordosis and an angle of inclination of the cranial surface of the sacrum. Methods: mathematical modeling using the finite element method. A model «lumbar spine – the sacroiliac joints – pelvis»with major ligaments (anterior sacroiliac, interosseous sacroiliac, posterior sacroiliac, sacrotuberous, sacrospinous) was built on the base of CT and MRI scans (20 and 10 patients, respectively). Results: there were revealed that anterior sacroiliac, interosseous sacroiliac, posterior sacroiliac, sacrotuberous, sacrospinous ligaments significantly restrict rotational movement in the sacroiliac joint conditions for all variants of inclination angle of the sacrum and reduce strain and movement of all the elements of «lumbar spine – sacrum – pelvis»due to load redistribution. In case of physiological angle of inclination of the sacrum and physiological lordosis there were found uniform tension stress distribution of stress in all ligaments. With increasing of loads tension stresses significantly increased in iliolumbar ligaments indicating their important role in the redistribution of stress under conditions of physiological angle of inclination of the sacrum and physiological lordosis in case of growth of the vertical load. In case of the vertical position of the sacrum and smoothed lordosis for all options of loading maximum value of tension stresses were found in the cranial and caudal part of the anterior sacroiliac ligaments and iliolumbar ligaments. A similar pattern was kept in case of increasing of load. When horizontal position of sacrum and hyperlordosis maximum value of tension stresses were found in the cranial part of the ventral and dorsal sacroiliac ligaments as well as in the iliolumbar and interosseous sacroiliac ligaments.

Цель: изучить напряженно-деформированное состояние связок крестцово-подвздошного сустава и пояснично-крестцового отдела позвоночника, учитывая различные варианты поясничного лордоза и угла наклона краниальной поверхности крестца.Методы: математическое моделирование с помощью метода конечных элементов. Модель «поясничный отдел позвоночника — крестцово-подвздошный сустав — таз» с основными связками (крестцово-бугорные, крестцово-остистые, подвздошно-поясничные, подвздошно-поперечные, вентральные и дорсальные крестцово-подвздошные) построена на основе КТ- и МРТ-сканов (20 и 10 пациентов соответственно).Результаты: установлено, что крестцово-бугорные, крестцово-остистые, крестцово-поясничные, подвздошно-поперечные, вентральные и дорсальные крестцово-подвздошные связки значительно ограничивают ротационные движения в крестцово-подвздошном суставе при всех вариантах угла наклона крестца и уменьшают деформации и перемещения во всех элементах системы «поясничный отдел позвоночника — крестец — таз» в связи с перераспределением нагрузки. В случае физиологического угла наклона крестца и физиологического лордоза выявлено равномерное распределение растягивающих напряжений во всех связках. С увеличением нагрузок значительно возрастали растягивающие напряжения в подвздошно-поясничных связках, что свидетельствует об их важной роли в перераспределении нагрузок при физиологическом угле наклона крестца и физиологическом лордозе при возрастании вертикальной нагрузки. В случае вертикального положения крестца и сглаженного лордоза при всех вариантах нагрузки максимальные величины растягивающих напряжений обнаружены в краниальной и каудальной частях вентральных крестцово-подвздошных связок и подвздошно-поясничных связках. Аналогичная картина сохранялась при увеличении нагрузки. При горизонтальном положении крестца и гиперлордозе максимальные значения растягивающих напряжений обнаружены в краниальной части вентральных, дорсальных крестцово-подвздошных связок и в подвздошно-поясничной и подвздошно-поперечных связках.

Мета: вивчити напружено-деформований стан зв’язок крижово-клубового суглоба та елементів попереково-крижового відділу хребта, враховуючи різні варіанти поперекового лордозу та кута нахилу краніальної поверхні крижів.Методи: математичне моделювання за допомогою методу кінцевих елементів. Модель «поперековий відділ хребта – крижово-клубовий суглоб – таз» з основними зв’язками (крижово-горбові, крижово-остьові, клубово-поперекові, клубово-поперечні, вентральні та дорсальні крижово-клубові) побудовано на основі КТ- та МРТ-сканів (20 та 10 пацієнтів відповідно). Результати: встановлено, що крижово-горбові, крижово-остьові, клубово-поперекові, клубово-поперечні, вентральні та дорсальні крижово-клубові зв’язки значно обмежують ротаційні рухи в крижово-клубовому суглобі за умов усіх варіантів кута нахилу крижів і зменшують деформації та переміщення в усіх елементах системи «поперековий відділ хребта – крижі – таз» завдяки перерозподілу навантаження. У разі фізіологічного кута нахилу крижів та фізіологічного лордозу виявлено рівномірний розподіл розтягувальних напружень в усіх зв’язках. Зі збільшенням навантажень значно зростали розтягувальні напруження в клубово-поперекових зв’язках, що свідчить про їх важливу роль у перерозподілі навантажень за умов фізіологічного кута нахилу крижів та фізіологічного лордозу в разі зростання вертикального навантаження. У випадку вертикального положення крижів та згладженого лордозу за всіх варіантів навантаження максимальні величини розтягувальних напружень виявлені в краніальній та каудальній частинах вентральних крижово-клубових зв’язок та клубово-поперекових зв’язках. Аналогічна картина зберігалась у разі збільшення навантаження. За умов горизонтального положення крижів та гіперлордозу максимальні значення розтягувальних напружень виявлені в краніальній частині вентральних, дорсальних крижово-клубових зв’язок та в клубово-поперековій і клубово-поперечній зв’язках.