Пермские ученые впервые создали геометрическую объемную модель межпозвоночного диска в пояснице

Боль в пояснице – своеобразная «расплата» человечества за прямохождение, считают ученые. Биомеханики Пермского Политеха с коллегами из ПГМУ впервые получили объемную геометрическую модель межпозвоночного диска в пояснице, которая по строению соответствует реальному диску. Разработка геометрической модели всего сегмента поясничного отдела поможет создать биомеханическую модель этой зоны. Она подтвердит существование подвывиха межпозвоночных суставов и снизит количество операций по удалению грыжи межпозвоночного диска для 40 % жителей мира. Результаты исследования ученые опубликовали в «Российском журнале биомеханики». Работа выполнена при финансовой поддержке правительства Пермского края.

– Ноющая, резкая или колющая боль в спине беспокоит более 80 % жителей всего мира. Это своеобразная «расплата» человечества за прямохождение: максимальная нагрузка приходится на поясничный отдел позвоночника, который несет основное бремя массы тела. Боль в пояснице становится одной из первых причин утраты работоспособности человека. Как показывает врачебная практика, почти в половине случаев она связана с грыжей межпозвоночного диска L4–L5. Но удаление грыжи диска не всегда приводит к выздоровлению, – рассказывает аспирант факультета прикладной математики и механики ПНИПУ Денис Хорошев.

Биомеханическое моделирование поможет исследователям Пермского Политеха показать, что причиной боли может быть чрезмерное воздействие на нерв Люшко. Это происходит, когда появляются изменения в позвоночно-двигательном сегменте: в случае грыжи диска или возрастные. При уменьшении высоты позвонка происходит перераспределение нагрузки, из-за чего образуется подвывих межпозвоночных суставов. В результате деформация суставных сумок и уменьшение площади контакта между отростками повышает давление в суставной сумке, и рецепторы «подают сигнал» о проблеме в виде боли.

Для более точного понимания процессов необходима корректная биомеханическая модель поведения позвоночно-двигательного сегмента в норме и при патологии, считают ученые. С этой целью они впервые создали объемную геометрическую модель сегмента L4-L5, который состоит из межпозвоночных суставов, связок, диска и позвонков. На верхнюю часть тела позвонка L4 действует давление, которое соответствует нагрузке в 400 кг. Построение геометрической формы модели происходило в программе Mimics Materialise. Создание биомеханической модели поможет врачам уменьшить количество операций по удалению грыжи межпозвоночного диска, что повысит эффективность лечения пациентов.

Ученые разработали методику оцифровки данных компьютерной томографии поясничного отдела в конечно-элементную геометрическую модель позвоночно-двигательного сегмента L4–L5 in vivo – в естественных условиях. Для этого они оцифровали набор снимков компьютерной томографии без патологий у 34 человек: 20 мужчин и 14 женщин в возрасте от 19 до 41 года.

Эту методику можно использовать для любого отдела или сегмента позвоночника для конкретного пациента, чтобы более точно воссоздать структуру и поведение этой зоны, считают биомеханики.