Dejeneratif Disk Hastalığı ve Kartilage Mekaniklerini Anlamak
Dejeneratif Disk Hastalığı (DDDD) birçok birey için yaşlanmanın doğal bir parçasıdır, biyolojik, biyomekanik ve yaşam tarzı faktörleri nedeniyle. DDDDDükreatif olarak ortaya çıkan bu mekanik sonuçları etkileyen mekanik değişikliklerdir.
Intervertebral Disk Kartilage'ın Yapı ve Fonksiyonları
Intervertebral disk (IVD), bitişik omurgalı bedenler arasında yer alan karmaşık bir yapıdır, şok emici olarak hareket eder ve omurgada esneklik sağlar.
- [FONT:0]Nucleus Pulposus (NP): ), Proteoglycans ve tip II kolajen kollarında oldukça zengin bir jelatinous, yüksek derecede hidratlanmış temel zengindir.
- [FONT:0]Annulus Fibrosus (AF): ), A consantrik fibrokartil halkası, I ve tip II kolajen oblique tabakalarında düzenlenmiş. AF, sıkıştırılmış güç ve eksileri kısıtlayıcı olarak sunar.
- [FONT=0)Cartilaginous Endpoints:[Dönetici:0) Kuyaline kartilage in the disk from the omurgal body.() Befüzyonu avasküler diske kolaylaştırır ve transfere katkıda bulunurlar.
DDDD bağlamında “kartilage” terimi öncelikle AF ve hyaline benzeri endofkucu kartilagenin fibrokartilagetine atıfta bulunur. Ancak NP genellikle ekstraktal matrisi ve hücre phenotype nedeniyle özel bir kartilaginous doku olarak kabul edilir.
Sağlıklı Intervertebral Diskin Mekanik Özellikleri
Sağlıklı disk aracı, karmaşık yükleme ortamlarına dayanabilmesi için etkinleştiren mekanik davranışların eşsiz bir kombinasyonunu sunar.En alakalı özellikler şunlardır:
Elastiklik ve Stiffness
Elastiklik, yüksek su içeriği (70-90) nedeniyle yüksek su içeriği (70-90) ve 1,5 MPa'yı çeken ve koruyan kromozomal sıvısı ile yüksek olan atrofik bir şekilde ortaya çıkar.
Viscoelasticityity
Intervertebral disk kartilage güçlü bir vielastic, yani her iki viskous (zamana bağlı) ve elastik (eşit edilebilir) davranış. Bu özellik, harabe etkileri için çok önemlidir ve yavaş yüklerin yeniden dağıtılmasına izin verir. Viscoelasticity, kalıcı bir yük altında yatan bir özellik gösterir.
Dayanıklı Güçlü Güç ve Hidrolik Permeability
Disk yüksek sıkıştırıcı yüklere karşı, günlük aktiviteler sırasında birkaç kez vücut ağırlığına karşı direnmelidir.Makinetif güç, 10 °C'nin ürettiği dış basınçtan (özellikle de 10 °C'ye kadar) daha yüksek bir basınç sağlar.
Çekme ve Shear Özellikler
AF, flexion, genişleme ve rotasyon sırasında önemli bir gerginlik yaşar. çekme gücü son derece yönlüdür, çünkü 50-100 MPa'nın yüksek güçlü yanlarına sahip olan dışsal bir atılımdır. Shear özellikleri de önemlidir, çünkü eksper lamellae geçmişteki her biri hareket sırasında.
Disk Dejenerasyonu sırasında Mekanik Değişiklikler
Dejeneratif Disk Hastalığı, diskin mekanik davranışını derinden değiştiren biyokimyasal ve yapısal değişikliklerden oluşan bir cascade başlatır. Bu değişiklikler yavaş yavaş ve bölgeye ve ciddiyetle değişir. Anahtar değişiklikler şunlardır:
Proteoglycans ve Water Content
En erken nesil belirtilerinden biri, birggrecan ve NP'deki diğer proteoglycans'ta% 80'den 50-60'a kadar su çekme yeteneğinin azalmasıdır (modulusal olarak) ve NP'deki su içeriğinin sıkıştırılması, yüksek çözünürlükte yüzde 50 ila 50-60'e kadar incelalize edilmesine izin verebilir.
Collagen Network'ün Yıkılması
Sağlıklı disklerde, kolajen ağı yapısal bütünlüğü koruyor. Dejenerasyon, özellikle NP ve iç AF'deki II kolajen, ve dış AF'de I tipini ve tipini artırma yeteneğini artırdı.Bu yapısal kusurlar, bağlantı azaltımı ve yüksek çözünürlükte bir artış yaratabilir.
Alternatif Viscoelastic Davranış
Dejeneratif diskler stres-relaxasyon kapasitesi azalttı - daha hızlı ve daha düşük streslere ulaşırlar.Dejeneratif diskler sergilendi, diskin devam eden yük altında tutulmasına devam ediyor.Bu mekanik yetersizlik ve proteoglycan-karlı şişlik basıncı kaybı ile bağlantılıdır.
Endpoint Cartilage Changes
Kartilaginous end plakalar da incelenme, calcification ve mikrokracking. Calcification permeability, impairing feed transport into the avascular disk and speed general dejenerasyon. Endpoint sclerosis on MRD. Mekanik endofarifikasyon Açıklamaları yüksek yükler ve sonraki omurgalı vücutların altında kırılabilir.
Mekanik Karakterizasyon Yöntemleri
Araştırmacılar, disk kartilage mekanik özelliklerini ölçmek için çeşitli ex vivo ve in vivo teknikler geliştirdiler. Bu yöntemler hastalık ilerlemesi, geçerli hesaplama modelleri ve potansiyel tedavileri test etmek için kritiktir. Aşağıdakiler en yaygın kullanılan yaklaşımlardır:
Indentation Test
Indentation, mikro- veya nano ölçekli bir mikro-toplayıcıya baskı yaparken, atomik kuvvet (örneğin, atomik kuvvet mikroskop veya nanotantasyon kullanarak) doğal olarak, NP diski ile bozulmadan bölge farklılıkları ortaya çıkarabilir.
Unconfined Promosyon Test
In unconfined kompresyon, bir silindirik doku örneği (örneğin, NP veya AF fiş) iki plakalı arasında sıkıştırılırken, örnek sert bir odada sıkıştırılır ve kontratosatif parametrelerin ölçülmesi ve reaktifleştirilmesi için önlemler verir.
Dinamik Mekanik Analiz (DMA)
DMA, bir frekans aralığı (örneğin, 0,0100 Hz) ve sıcaklıklar için bir osilasyon (veya stres) uygular ve modulus (görüntülü bileşen) ve düşük frekanslarda bir artış faktörü (tan ⁇ ). DMA, diskin frekans bağımlı davranışını karakterize etmek için değerlidir.
Çekme Testi
Çekme testleri öncelikle AF doku üzerinde yapılır, ki bu son derece yönlüdür. Specimens, fiber yönde (cirleri) veya çarpık hareketleri ölçmek için (radial) veya dikme sırasındaki (rady) kesintiye uğratılır.
Shear Test
Shear özellikleri paralel-köpek rotasyonel rheometri veya basit hear testleri dikdörtgen örnekler üzerinde ölçülmektedir. Diskte, hear davranışı kolajen liflerin ve bitişik lamellae arasındaki etkileşim tarafından yönetilir.
Finite Element Modeling (FEM)
Sonlu elemanlar analizine dayanan C ⁇ modelleri, çeşitli yükleme koşulları altında disklerin mekanik davranışını simüle etmek için kullanılır. Bu modeller deneysel olarak ölçülmüş malzeme özelliklerini içerir (örneğin, modulus, permeability, vielasticity) ve stres dağıtımlarını tahmin edebilir, akışkan akış ve başarısızlık noktaları. FEM, araştırmacılar doku seviyesindeki değişiklikleri tüm-disc ile ilişkilendirir ve cerrahi planlama için daha fazla şekilde kullanılır.
Mekanik Karakterizasyonlarının Klinik Etkileri
DDD'de araçlatma dejenerasyonu doğrudan tanı, tedavi ve rehabilitasyon stratejilerine etkiler. Aşağıda temel klinik uygulamalar vardır:
Tanık Görüntüleme ve Biyomekanik Markers
T2 haritalama, T1rho ve diffüzyon ağırlıklı görüntüleme, su içeriğini dolaylı olarak değerlendirebilir, proteoglycan dağıtım ve kolajen bütünlüğü. Bu görüntüleme biyomarkers mekanik özellik değişiklikleri ile ilişkili ve erken dejenerasyonu aşırı yapısal hasar ortaya çıkarabilir. Conversely, disk doku (örneğin, cerrahi biyopsis) cerrahisi için mekanik testleri bu görüntüleme yöntemlerinin geçerliliğini sağlar.
Tound Engineering Scaffolds
Rejeneratif yaklaşımlar, biyomalzemesel affoldsiyonları hücreler ve büyüme faktörleri ile birleştirebilmeyi veya onarım etmeyi amaçlamaktadır. Yerli doku mekanik karakterizasyonu NP'nin osmotic özelliklerini çoğaltmak için tasarlanmıştır, fiber scaffold mayalanabilirlik ve vitreusutozunu yeniden kurmak ve çevreleyen dokularla entegre etmek için sağlıklı bir dokuya entegre etmek için. Örneğin, kontrollü çapraz bağlantı yoğunluğu ile hidrojektifler NP'in osmotic özelliklerini çoğaltmak için geliştirilir.
Disk Prosthetics ve Nucleus Değiştirmelerinin Gelişimi
Yapay disk yedekleri (örneğin, yüksek moleküler ağırlık polinojen, tıbbi-grad silikonları) ve bu cihazların çoğu zaman omurganın zorlu mekanik ortama dayanmalıdır. Malzeme seçimi (örneğin, metaller, ultra yüksek moleküler ağırlık polinojen, tıbbi-grad silikonlar) sağlıklı ve dejenere disklere karşı karşılaştırmalı mekanik testler tarafından yönlendirilir.
Hasta-Specific Biomechanical Modeling
Finite element modelleri bireysel hasta verileri ile parametrelenebilir (Geçmiş, fonksiyonel testler veya genetik risk faktörlerinden) DDDD'nin ilerlemesini veya diskektomi, füzyon veya yapay disk yerleştirme gibi müdahalelerin sonuçlarını taklit edebilir. Bu modeller, tüm dejeneratif olmayan yöntemler oluşturmak için doğru mekanik karakterizasyona dayanır.
Rehabilitasyon ve Fiziksel Terapi
Farklı yükleme rejimlerine nasıl cevap verdiklerinin bilgisi, egzersiz reçetelerini bilgilendirir. Örneğin, konjen diskler sergi, vielasticity'yi azaltıp, uzun süreli statik duruşlardan kaçınılmalıdır ve dinamik düşük boyutlu egzersizlerin daha yararlı olabilir. Mekanik karakterizasyon çalışmaları ergonomik cihazlar (örneğin, lumbar desteği) ve DDDD ile hastalar için işe iade kılavuzları kılavuzluk.
Gelişen Araştırma ve Gelecek Yolları
Disk aracıtilage mekaniği alanı gelişmeye devam ediyor. Birkaç umut verici avenues keşfediliyor:
- [FONT=0) Çok ölçekli karakterizasyon: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: 0,0) Tüm-disc mekanikleri birbirine bağlamak için atomik kuvvet mikroskobu.
- [FONT:0) İçerdeki mekanik görüntüleme: [Dönetici:[Dönetici:0) ve ultrason hear dalga elastografisi, canlı hastalarda invaziv olmayan ölçümlere izin verir, potansiyel olarak erken tanı sağlar.
- [FONT:0)Makine öğrenme entegrasyonu:[Dönetici:0) Algoritmalar büyük mekanik test sonuçları üzerinde eğitilmiştir ve klinik sonuçlar hangi disklerin ciddi dejenerasyon veya hisniasyona ilerleme olasılığını tahmin edebilir.
- [FONT:0)Biomimetic ve kendi kendine özgü malzemeler:[Dönetici: 0:1) Araştırmacılar kendi kendini ayrıştırabilecek veya mekanik özelliklerini yerel pH veya enzim aktivitesine yanıt olarak ayarlamak için, yerel kartilage dinamiklerinden ilham alıyorlar.
- [FONT:0]Animal modeller:[Dönetici ve hesaplama yöntemleri hakim olsa da, hayvan modelleri (örneğin, tavşan, sıçan, koyun annular bokstur) insan denemelerinden önce mekanik değişiklikler ve tarama tedavilerini incelemek için gerekli kalır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Proteoglycan tabanlı şişme basıncının kanserli ağların bozulması ve son plakanın belirlenmesi, her mekanik değişiklik DD'nin klinik sendromlarına katkıda bulunur.Bir test yönteminin oluşturulmasıyla ilgili olarak, proteoglycan tabanlı ölçümler ve analizler ve analizler için - araştırma yapanlar, klinik olmayan disklerin ve diğer birçok düzeltmelerin ve diğer özelliklerin iyileştirilmesi için mekaniksel olarak katkıda bulunabilirler.
[0] Daha fazla okuma için Halkla İlişkiler:
- [FONT:0)NIH – Intervertebral Diskin Biyomekanikleri).
- [FONT=0) BilimDirect - Intervertebral Disk Dejenerasyon Genel Bakış[Döntilmiş 1]
- [FONT:0)PubMed – Dejenere edilmiş İnsan Intervertebral Diskleri Mekanik Özellikleri[Döntilmişler
- [FONT:0) Biyomedikal Mühendisliğinin Yerlileri - Disk Tound [DFLT:1)