הבנת מחלת Degenerative Disc ו Cartilage Mechanics

מחלת Degenerative Disc (DDD) היא מצב נפוץ המשפיע על הדיסקים הבין-תחומיים של עמוד השדרה, לעתים קרובות וכתוצאה מכך כאב כרוני, ניידות מופחתת, וירידה באיכות החיים. בעוד DDD הוא חלק טבעי של ההזדקנות עבור אנשים רבים, חומרתו משתנה במידה רבה בשל תופעות גנטיות, ביוכימטיות, וגורמי אורח חיים מרכזיים עבור פתופיזיולוגיה של DDD הם שינויים מכניים המתרחשים בתוך מבנה הרקמות החיוניות של גירוי, כולל גירוי מכני, כולל שינויים מכניים, כולל שינויים מכניים, כולל גירויים, עיצובים, חומרים מכניים, חומרים מכניים, כולל שינוי מכניים, כולל גירויים, אופטימיזציה, כולל שינוי מכניים, כולל גירויים, אופטימיזציה, כולל שינוי מכניים, אופטימיזציה, כולל שינוי מכניים, כולל שינוי מכניים, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה של שינוי מכנית של שינוי מכניים, אופטימיזציה, אופטימיזציה, כולל שינוי מכנית של שינוי מכנית של שינוי מכנית של שינוי מכנית, כולל שינוי מכנית של שינוי מכנית, כולל שינוי מכנית של שינוי מכנית של שינוי מכנית, כולל אופטימיזציה, כולל אופטימיזציה, כולל אופטימיזציה, כולל שינוי מכנית של שינוי מכנית של שינוי מכנית, כולל ריצוף של שינוי מכנית, אופטימיזציה, כולל גירוי, אופטימיזציה

המבנה והתפקוד של Disc Cartilage

הדיסק הבין-מולאלי (IVD) הוא מבנה מורכב הממוקם בין גופים ונדאליים סמוכים, הפועל כמגרש הלם ומאפשר גמישות בעמוד השדרה.הדיסק כולל שלושה מרכיבים עיקריים:

  • (FLT:0) Nucleus Pulposus (NP): ibph:1 ; a ג'לאטני, עשיר הליבה hydrated מאוד בפרוטוגליצרנים וסוג II קולגן.הוא מתנגד לעומסים דחוסים ומפיץ לחץ אפילו על פני הסוללות.
  • (FLT:0Annulus Fibrosus (AF): ההרחבה 1 (A concentric ring of fibrocartilage) המורכבת מסוג I וטיפוס II סיבי קולגן מסודרים בחילופי שכבות של אובליק. AF מספק חוזק רבייה רבייה ומגביל את ה- NP תחת דחיסה.
  • (ב) ⁇ :0) ,[דרוש מקור]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]] [ה]] [ה]]]] [ה[[המאה ה-20]]]], ו[ה[[המאה ה-20] היא ה[[ה[[המאה ה-20]], ו[[ה[[ה[[המאה ה-20]], ו[[ה[[המאה ה-20]].

המונח "cartilage" בהקשר של DDD מתייחס בעיקר ל-Finanbricartilage של AF ואת ה- hyaline-like Endplate cartilage. עם זאת, ה- NP נחשב לעתים קרובות רקמת מיוחדת טרקלינית בשל מריצה חוץ סלולרית שלה ואת תא phenotype.הבנת התכונות מכניות הבסיס של רקמות אלה הוא מפתח לזיהוי איך לשנות את תפקודם.

תכונות מכניות של דיכאון בריא אינטרוולינלי דיסקלאזאז

עיבוד דיסק בריא מציג שילוב ייחודי של התנהגויות מכניות המאפשרות לו לעמוד סביבות טעינה מורכבות.הנכסים הרלוונטיים ביותר כוללים:

תמימות וStiffness

אלסטיליות מתייחסת ליכולת של געגוע לחזור לצורה המקורית לאחר עיוות.בדיסקים בריאים, ה-NP הוא גמיש מאוד בשל תכולת המים הגבוהה שלו (70-90%) ו matrix פרוטגנטיאנית שמשכה ושומרת מים. AF, בינתיים, מציג נוקשות aisotropicness - המודולולים שלו גבוה יותר בכיוון ה-circumential מאשר קרינת MPa רגילה ל-1.5a, כלומר, כלומר, כלומר, מ-1.5 קומפקטיות של מיקרו-D2 ליטרים של קומפקטיות אופיינית של קומפקטיות.

פונדקאות

טיפול דיסקרטי בין-מולאלי הוא מאוד מולקולסטי, כלומר הוא מציג את שני ההיבטים (זמן-תלוי) ואת התנהגות גמישה (recoverable) זה חיוני ללחות השפעות ומאפשר חלוקה מחדש של עומס הדרגתי. Visoelasticity מתגלה ב-Sabttttgen-atching-coreativesives (לעתים קרובות deformation in asolation in activeless לטעון) ומשקיפה (rence) תחת לחץ קבוע (rease in Stress) ו-recanreative).

כוח מדכא ועוצמה הידרוקולית

(ה) יש להתנגד לעומסים דחוסים גבוהים, עד כמה פעמים משקל גוף במהלך פעילות יומיומית.כוח מדכא מגיע מלחץ הנפיחות האוסמוטית שנוצר על ידי פרוטוגליצרנים, מאוזן על ידי החוסר הניתוק של רשת הקולגן.

Tensile and Shear Properties

ה- AF חווה זנים משמעותיים של Tenile במהלך הגמישות, הסיומת, וסיבוב.כוחו הרבני הוא כיוון מאוד, עם annulus החיצוני מציג חוזקות של 50-100 MPa לאורך כיוונים סיבים. Shear תכונות גם חשובים, כמו שקופיית lamella הסמוך לעבור זה את זה במהלך תנועה.

שינויים מכניים בקרטילאז' במהלך ניוון

מחלת ניוון Disc מתחילה ארקייד של שינויים ביוכימיים ובניים שמשנים עמוק את ההתנהגות המכנית של חיפוי דיסק.שינויים אלה מתרחשים בהדרגה ומשתנים על ידי אזור וחומרה.

אובדן של Proteoglycans ו- מים

אחד הסימנים המוקדמים ביותר של ניוון הוא הדה של aggrecan ואחרים proteoglycans ב NP ו- Endplates. כי Proteoglycans לשאת האשמות שליליות שמושך מים, אובדן שלהם מפחית את היכולת של הרקמות להתנפח ולעמוד בעומס במהירות דחיסה של מים נוקשה ב-NP יכול לרדת מ -0% עד 50-60% בהתחדשות מתקדמת.

תצלום: The Collagen Network

בדיסקים בריאים, רשת הקולגן שומרת על שלמות מבנית. דורון גורם להתמוטטות נזימטית של קולגן, במיוחד מסוג II קולגן ב-NP ו- AF פנימי, וטיפוס I בשבר החיצוני של AF. Fibril, צמצום הקשר, ועלייה בפירוק של כוח רב-קרקעי ועלייה ברקמות.

התנהגות גוגווגסטית

דיסקים ניווניים מראים את יכולת הפחתת הלחץ-relaxation - הם מגיעים לאיזון מהיר יותר ובמתחים נמוכים יותר. Creep deformation עולה, כלומר הדיסק ממשיך להתבוללות תחת עומס מתמשך.חוסר יכולת מכנית זו קשורה להפחתה מוגברת ואובדן של לחץ נפיחות הסתברותי-מתווך. קלינית, זה מתבטא כהפסד גבוה יותר ונפיחות, לעתים קרובות מוביל לכאב עצבי ודחיסה.

שינויים ב- Endplate Cartilage

לוחות הסיום הקלילידמיוניים גם עוברים ניוון, כולל דקינג, קלקולציה ומיקרו-קפצינג. Calcracking. Calcification מפחיתה את יכולת ההיתר, פגיעה בתחבורה תזונתית לתוך הדיסק פולשני ו מאיץ את ה ניוון הכולל. Endplate sclerosis על MRI הוא סימן רדיואקטיבי משותף של DDD מתקדם.

שיטות של אופי מכני

החוקרים פיתחו מגוון של טכניקות vivo ו vivo כדי לכמת את המאפיינים המכניים של לקות דיסק. שיטות אלה הן קריטיות להבנת התקדמות המחלה, אימות מודלים חישוביים, ובדיקת טיפולים פוטנציאליים.

בדיקה

Indentation כרוך לחיצה על בדיקה spherical או שטוחה לתוך משטח הרקמות תוך הקלטה כוח ועקירה. indentation מיקרומכאנית (למשל, באמצעות מיקרוסקופ של כוח אטומי או ננו-dentation) יכול להעריך תכונות מקומיות במיקרו-או ננומטרי, חושף הבדלים אזוריים על פני הדיסק. Macrospic indentation עם בדיקה גדולה יותר (למשל, 1 מ"מ"מ- 5) והוא יעיל עבור חלקיקים מנוגדים לחלוטין.

בדיקה לא בטוחה

בדחיסה לא מבוקרת, מדגם רקמות צילינלי (למשל, NP או AF Plug) דחוס בין שני חתנים בעת מתן הרחבה קורנלית.מבחן זה מספק את המודולוס הדחיסה, יחסו של פומפסון, ו פרמטרים מולקולטיים.עם זאת, כי הדיסק הוא בדרך כלל מחוספס ב vivo, unconconconstaned עשוי לא לייצג במדויק עומס פיזיולוגי, שבו הוא דחיסה חזק יותר, ובלבד הוא דחיסה הוא חזק יותר של תנאים דחיסה, דחיסה, הוא דחיסה הוא דחיסה הוא דחיסה חזק יותר דחיסה.

ניתוח מכני דינמי (DMA)

DMA מתייחס למתח אוציטורי (או מתח) לרקמות על טווח תדרים (למשל, 0.01–100 הרץ) וטמפרטורות.זה קובע את מדד האחסון (רכיב אלסטי) ומודולוס אובדן (רכיב של סטוקוס), כמו גם את גורם האובדן (tan ⁇ ⁇ ) הוא בעל ערך לאפיית ההתנהגות התלת התדירות של דיסקציה, אשר היא תגובה נמוכה של אובדן לחץ דם או ירידה.

בדיקות Tensile

בדיקות Tensile מבוצעות בעיקר על הרקמות, שהוא מאוד כיוון.specimens נחתכים לאורך כיוון הסיבים (circumferential) או perpendicular (חיצוני) כדי למדוד אנזוטרופיה.הרקמות נמשכת עד כישלון, מתן עקומות מלחץ לחץ, גמישות, וכוח רב-קרקעי סופי.

Shear Testing

תכונות Shear נמדדות באמצעות מקבילה-plate רוטפטומטריה או בדיקות Shear פשוטות על דגימות מלבניות. in dis cartilage, התנהגות של Shear נשלטת על ידי חיבור של סיבי קולגן ואת האינטראקציה בין lamellae הסמוך. Degeneration מפחיתה קשיחות Shear ומגדילה את הלא ליניאריות, אשר יכול לתרום לדיכאון וחוסר יציבות.

מודלים של Finite Element Modeling (FEM)

מודלים Computational המבוססים על ניתוח אלמנטים סופי משמשים כדי לדמות את ההתנהגות המכנית של דיסקים בתנאים שונים טעינה.מודלים אלה משלבים תכונות חומרים נמדדים ניסיונית (למשל, Modulus, Permeability, מולקולסטיות) ויכולים לחזות התפלגות מתח, זרימה נוזלית, ונקודות כישלונות. FEM מסייע לחוקרים להתייחס לשינויים ברמת רקמות למכניקה שלמה והוא מועסק יותר ויותר בתכנון ניתוחי עבור סימולציה כירורגית ספציפית.

כפלות קליניות של אפיון מכני

הבנה מכניסטית של ניוון טרחוס ב DDD משפיעה ישירות על אבחון, טיפול ואסטרטגיות שיקום. להלן הן יישומים קליניים מרכזיים:

Imaging and Biomechanical Markers

הדמיה מגנטית (MRI) טכניקות כגון T2 מיפוי, T1rho, ודיפלומה במשקל דיפוזיה יכול להעריך באופן עקיף את תוכן המים, הפצה פרוטגנית, ושלמות הקולגן. אלה ביומרקרים הדמיה מתאמים עם שינויים בקניין מכני ויכולים לזהות ניוון מוקדם לפני נזק מבני לא נראה.

עיצוב הנדסת Tissue Engineering Scaffolds

גישות רגנרטיביות נועדו להחליף או לתקן את היטליזציה של הדיסקים המוערכים באמצעות biomaterial scaffolds מושרשים עם תאים וגורמי צמיחה.אפיון מכני של רקמת Native מספק את תכונות המטרה עבור עיצוב הפיגום: הספידר חייב להתאים את המודולוס הדחיסה, חדירות, ואת מולטי של רקמות בריאה לשחזר תפקוד ושילוב עם רקמות הסובבות.

פיתוח של אסתטיקה דיסקלק והחלפת Nucleus

החלפת דיסק מלאכותי (למשל, lumbar מוחלט דיסק arthroplasty) ו-גרעין pulposus שתלים חייב לעמוד בסביבה מכנית תובענית של בחירת עמוד השדרה (למשל, מתכות, משקל מולקולרי גבוה פוליאתילן, סיליקון ברמה רפואית) מונחה על ידי בדיקות מכניות נגד דיסקים בריאים ו degenerates כשל של מכשירים אלה לעתים קרובות ללבוש, עייפות או לא מספקת, אשר ניתן לצפות נתונים מכניים, אשר ניתן לצפות.

מודל ביומכני של המטופל

מודלים של יסוד Finite פרמטר עם נתונים אישיים של המטופל (מ-MRI, בדיקות פונקציונליות, או גורמי סיכון גנטיים) יכולים לדמות את ההתקדמות של DDD או את התוצאה של התערבויות כגון פיזור, היתוך, או מיקום דיסק מלאכותי.מודלים אלה מסתמכים על אופי מכני מדויק של דלקת על פני ציוני ניוון.מחקר מתמשך מבקש ליצור שיטות לא פולשניות כדי להעריך תכונות חומר ב vivo, המאפשר תכנון מותאם אישית.

שיקום וטיפול גופני

ידע כיצד הדיסקים המוערכים מגיבים למשטרי טעינה שונים מודיעים למרשם פעילות גופנית.לדוגמה, מכיוון שדיסקים דה-גנטיים מפגינים ירידה במהירויות הנזילות והעלייה במצמר, יש להימנע מתנוחות סטטיות ארוכות, ודינמיקה נמוכה-matude עשויה להיות מועילה יותר. מחקרים אפיון מכני עוזרים לעצב מכשירים ארגונומיים (למשל, lumbar תומך) ושיקום מחדש להנחיות לטיפול בחולים DDD.

מחקר וכיוונים עתידיים

תחום מכניקת הכריתות ממשיך להתפתח.כמה דרכים מבטיחות נחקרות:

  • (FLT:0) מאפיון האופייזציה:FLT:1 משלב מאקרו-, מיקרו- וננומטרי (למשל, מיקרוסקופיות כוח אטומי עם הזדהות) כדי לקשר שינויים ברמת מולקולרית (כמו התמוטטות צלבנית) למכניקה שלמה.
  • (FLT:0) ב הדמיה מכנית:FLT:1 טכניקות כגון elastography resonance מגנטי (MRE) ו- אולטרסאונד Shear גל elastography מאפשר מדידה לא פולשנית של קשיחות דיסקרטיות וסטיות בחולים חיים, פוטנציאל המאפשר אבחון מוקדם.
  • (FLT:0) אינטגרציה למידה של Machine: FLT:1 Algorithms מאומן על נתונים גדולים של תוצאות בדיקות מכניות ותוצאות קליניות יכול לחזות אילו דיסקים צפויים להתקדם להתחדשות חמורה או הצתה.
  • (FLT:0) ביומטיים ואובייקטיביים: חוקרים 1FLT מפתחים חומרים דיסקטיים שיכולים לתקן עצמי או להתאים את התכונות המכאניות שלהם בתגובה ל- pH מקומי או פעילות אנזים, שואבים השראה מדינמיקה של נגרמות.
  • מודלים אנמיים: 1FLT (בעוד בשיטות vitro ו חישוביות שולטות, מודלים בעלי חיים (למשל, ארנב, עכברוש, כבשים טיהור אטומי) נשאר חיוני ללימוד משך הזמן של שינויים מכניים וטיפולים סקר לפני ניסויים בבני אדם.

מסקנה

אפיון מכני של נגרמות במחלת דיסק ניווני מספק הבנה בסיסית של איך שינויים מבניים וביוכימיים מתורגמים ללקות פונקציונלית.מאובדן של תוצאות מונעות פרוטוג'יקאן לשיבוש רשתות קולגן ו- ריצוף, כל שינוי מכני תורם לתסמונת הקלינית של DDD. על ידי הפעלת חבילה של שיטות - אינסטלציה, , Diledation, ו-Dyrepertexerexerexating בדיקות מעבדה, והיא יכולה בסופו של אבטחה, ו-D.

(ב) ◄ [13] קישורים חיצוניים לקריאה נוספת:

  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] המדעים (הופנה מהדף Intervertebral Disc Degeneration)
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇