.

Структурно-функціональні основи організації поперекового відділу хребта людини в онтогенезі (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 4837
Скачать документ

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ?Я УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Маврич Володимир Васильович

УДК: 611.711.6: 001.891.57

Структурно-функціональні основи організації поперекового відділу хребта
людини в онтогенезі

14.03.01 – нормальна анатомія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора медичних наук

Харків – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луганському державному медичному університеті МОЗ
України.

Науковий консультант: доктор медичних наук, професор Ковешніков
Володимир Георгійович, лауреат Державної премії України, заслужений діяч
науки і техніки України, Луганський державний медичний університет МОЗ
України, завідувач кафедри анатомії людини.

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук, професор Калашнікова Світлана Миколаївна,
Харківський державний медичний університет МОЗ України, завідувач
кафедри анатомії людини;

доктор медичних наук, професор Федонюк Ярослав Іванович, заслужений діяч
науки і техніки України, Тернопільський державний медичний університет
ім. І. Горбачевського МОЗ України, завідувач кафедри анатомії людини;

доктор медичних наук, професор Пикалюк Василь Степанович, Кримський
державний медичний університет ім. С.І. Георгієвського МОЗ України,
завідувач кафедри анатомії людини.

Провідна установа: Івано-Франківський державний медичний університет

МОЗ України, кафедра анатомії людини.

Захист відбудеться “23” лютого 2006 р. об 11.00 годині на засіданні
спеціалізованої Вченої ради Д 64.600.03 при Харківському державному
медичному університеті (61022, м. Харків-22, пр. Правди, 12).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного
медичного університету (61022, м. Харків, пр. Леніна, 4).

Автореферат розісланий “22” грудня 2005 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат медичних наук, професор
Терещенко А.О

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Хребтовий стовп у філогенетичному відношенні є одним
з найважливіших елементів скелету (Корж М.О., Бариш О.Є., 2005).
Морфогенез і вікові особливості хребтового стовпа, вивчення ступеня його
мінералізації й міцностних властивостей давно цікавили дослідників, але
й зараз далеко не всі питання вікової та індивідуальної морфології
хребтового стовпа людини розроблені належною мірою (Денисов-Никольский
Ю.И., Жилкин Б.Л., Докторов А.А., 2002; Сак Н.Н., 2003; Бруско А.Т.,
Гайко Г.В. 2005). Хребет – одне з найбільш частих місць переломів у
пацієнтів з остеопорозом (Подрушняк Е.П., 1997). Чверть усіх жінок
України у віці 70 років і половина жінок у віці 80 років мають поодинокі
або множинні компресійні переломи тіл хребців (Поворознюк В.В., 2003).
Захворюваність, пов’язана з остеопорозом і переломами хребців, має
величезний соціально-економічний вплив. На теперішній час захворювання
поперекового відділу хребтового стовпа широко поширені, а в розвинутих
країнах, за даними експертів ВООЗ, досягли розмірів неінфекційної
епідемії, що пов’язано зі зростаючою гіподинамією та урбанізацією (Риггз
Б. Л., Мелтон Л. Дж., 2000). Економічні збитки, які пов’язані з
непрацездатністю пацієнтів із болем у нижній частині спини, оцінюється
як величезні. За даними ВООЗ, у 2000 році ці цифри складали $25-28 млрд.
для США і 6 млрд. фунтів стерлінгів для Великобританії, що дозволяє
віднести лікування цих захворювань до одних із самих коштовних (Norris
R.J., 1992).

З іншого боку, одним із пріоритетних напрямків сучасної морфології є
“віртуальна” анатомія. Створення і дослідження адекватних тривимірних
комп’ютерних моделей різноманітних органів людини має як теоретичний
інтерес так і велике практичне значення (Feipel V., De Mesmaeker T.,
Klein P., 2001; Радченко В.А., Шимон В.М., 2002). На теперішній час
кінцево-елементні комп’ютерні моделі використовуються як у техніці, так
і в практичній медицині. Дослідження цих систем дозволяє оптимізувати
різноманітні хірургічні втручання, знаходити матеріали з необхідними
механічними властивостями, удосконалювати біомеханічні конструкції,
глибше зрозуміти патогенез різних захворювань (Aihara T. at all, 2000;
Климовицкий В.Г. и соавт., 2005). Особливо велике значення це має в
травматології й ортопедії: сучасні оперативні втручання потребують
ретельного підготування і попередніх розрахунків (Belkoff S.M., Mathis
J.M., Erbe E.M., 2000; Ayhan A. at all, 2003). Використання тривимірного
моделювання на основі отриманих даних істотно розширить можливості
хірургів, допоможе спрогнозувати результат оперативного втручання,
дозволить точно визначити матеріал, розміри і форму використаного
імплантату (Ковешников В.Г. и соавт., 2002; Baroud G. at all, 2003;
Zander T. at all, 2003).

На теперішній час анатомічних робіт зі створення бази тривимірних
комп’ютерних моделей поперекового відділу хребта в залежності від статі,
віку й конституції в Україні практично немає. Все вищевикладене й
обумовлює актуальність даного дослідження.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Тема дисертації і основні напрямки її виконання обговорені та
затверджені Проблемною комісією МОЗ і АМН України “Морфологія людини”
(протокол № 01/4990 від 14 грудня 2001 року) і Вченою радою Луганського
державного медичного університету (протокол № 2 від 12 лютого 2002
року). Дисертаційна робота виконана в рамках плану наукових досліджень
Луганського державного медичного університету і є складовою частиною
науково-дослідних тем кафедри нормальної анатомії людини: “Особливості
росту, будови i формоутворення кісток скелета під впливом деяких
зовнішньосередовищних i ендогенних чинників при різних фізіологічних
станах організму” № держреєстрації 0199U001811; “Особливості морфогенезу
кісткової, імунної та ендокринної систем під впливом екологічних
чинників” № держреєстрації 0103U006652. Автор даного дослідження є
виконавцем складової частини вказаних науково-дослідних робот.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження явилося встановлення меж
вікових особливостей, статевої та індивідуальної мінливості поперекового
відділу хребта за допомогою остеометричних, морфометричних,
гістоморфометричних, біохімічних, біомеханічних методів,
рентгеноструктурного аналізу, тривимірного комп’ютерного моделювання та
методу кінцево-елементного аналізу.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

створити апаратно-програмний комплекс для кількісного морфометричного
дослідження анатомічних макро-, мікрооб’єктів, ЯМР- і рентгенівських
зображень; вивчити статеві й індивідуальні особливості остеометричних
показників поперекових хребців людини різноманітних періодів онтогенезу;

вивчити вікові зміни морфометричних показників поперекових хребців,
міжхребцевих дисків, хребтового каналу і кутових розмірів поперекового
відділу хребта, а також межі їх статевої і вікової мінливості за
аналізом ЯМР-томограм;

створити адекватні тривимірні комп’ютерні моделі поперекових хребців,
міжхребцевих дисків і в цілому поперекових відділів хребтового стовпа
відповідно до отриманих даних морфометрії;

виявити вікові особливості архітектоніки трабекулярної структури
різноманітних зон тіл поперекових хребців;

вивчити вікові і статеві особливості мінералізації і хімічного складу
кістки різноманітних зон поперекових хребців;

дослідити особливості ультраструктурної організації кісткового мінералу
різноманітних зон поперекових хребців у різні періоди онтогенезу;

вивчити вікові й статеві особливості міцностних властивостей поперекових
хребців;

створити комп’ютерні тривимірні моделі хребцевих сегментів і
досліджувати їх за допомогою методу кінцевих елементів.

Об’єкт дослідження. Онтогенез поперекового відділу хребтового стовпа
людини.

Предмет дослідження. Поперекові хребці, ЯМР-томограми.

Методи дослідження: остеометричний – для дослідження темпів росту і
формоутворення поперекових хребців; морфометричний – для дослідження
поперекових хребців, міжхребцевих дисків на ЯМР-томограмах;
гістоморфометричний – для дослідження трабекулярної структури
різноманітних зон тіл хребців; метод рентгеноструктурного аналізу – для
дослідження ультраструктури мінерального компоненту кістки і кількісної
оцінки етапів мінералізації; біохімічний (ваговий, фотоколориметрія,
атомно-абсорбційна спектрофотометрія) – для оцінки мінерального, макро-
і мікроелементного складу кістки; біомеханічний – для визначення
показників міцності хребців; метод тривимірного твердотільного
комп’ютерного моделювання – для створення адекватних моделей
поперекового відділу хребта, метод кінцевих елементів – для
математичного аналізу отриманих 3-D моделей в умовах статичного стиску;
статистичний метод – для аналізу й інтерпретації отриманих даних.

Наукова новизна одержаних результатів. У нашому дослідженні застосований
принципово новий комплексний підхід до вивчення поперекового відділу
хребтового стовпа людини.

Вперше, на основі великого фактичного матеріалу, визначений діапазон
статевої і індивідуальної мінливості форми поперекових хребців у всі
періоди постнатального онтогенезу і побудовані адекватні тривимірні
комп’ютерні моделі для кожного вікового періоду. Проведено їх аналіз,
визначені деформації і напруги для різноманітних елементів моделі.

В ході дослідження встановлені закономірності онтогенезу трабекулярної
структури губчастої кістки різноманітних зон тіл поперекових хребців,
описані їх якісні і кількісні особливості.

Вперше досліджені особливості мінерального складу різноманітних ділянок
поперекових хребців, вміст макро- і мікроелементів, проведено кореляції
за віковими і статевими ознаками.

Проведено кристалографічне дослідження (методом рентгеноструктурного
аналізу) кісткового мінералу різноманітних зон поперекових хребців.

На основі великого фактичного матеріалу вивчені міцностні властивості
губчастої речовини кістки тіл перших поперекових хребців у всі періоди
постнатального онтогенезу й отримані формули регресійної залежності
біомеханічних показників від віку.

На основі отриманих даних, побудовані тривимірні комп’ютерні моделі
поперекових хребців різноманітних типів: твердотільні й з трабекулярною
структурою.

Методом комп’ютерного морфометричного аналізу великої бази даних
ЯМР-томограм, визначено діапазон індивідуальної мінливості поперекових
хребців, виявлені крайні геометричні форми і частота, з якою вони
зустрічаються. На основі отриманих даних побудовані тривимірні
комп’ютерні моделі і з використанням кінцево-елементного аналізу,
визначені деформації і напруги для них.

Вперше, із використанням методу кінцевих елементів, визначена
біомеханічна роль кожного елемента хребтового сегмента, досліджено
поводження 3-D моделі при статичному стиску і різноманітних рухах.

Практичне значення отриманих результатів. Результати дослідження
відбивають діапазон статевої та індивідуальної мінливісті поперекового
відділу хребта людини, а також закономірності етапів його онтогенезу.
Отримані нові дані, які доповнюють і розширюють існуючі уявлення про
вікові зміни трабекулярної структури різних зон тіл поперекових хребців,
їх мінерального й хімічного складу, міцностних властивостей та
ультраструктури мінерального компоненту.

Проведене компьютерне тривимірне моделювання анатомічних утворень
поперекового відділу хребтового стовпа дозволило розрахувати розподіл
напруг та ступінь деформації різноманітних елементів хребтових сегментів
в різні періоди онтогенезу, визначити межі та найбільшь несприятливі
місця механічних навантажень.

Отримані результати доповнили уявлення про структуру і функцію
поперекових хребців, ролі міжхребцевих дисків і зв’язок. Ці дані
дозволяють розрахувати доступи при ряді оперативних утручань на
поперековому відділі хребтового стовпа, дати морфологічне обгрунтування
використанню спеціальних фізичних вправ, визначити анатомічні межі
ергономических вимог для сидінь транспортних засобів.

Отримані дані використовуються при навчанні студентів медичних
університетів на морфологічних кафедрах та у практичній роботі
ортопедів-травматологів, хірургів, неонатологов, онкологів, геронтологів
при лікуванні пацієнтів, що страждають різноманітними формами
захворювань поперекового відділу хребта.

Створена комп’ютерна морфометрична програма “MORPHOLOG” використовується
при анатомічних дослідженнях в морфологічних лабораторіях ряду медичних
універсітетів при дослідженнях біологічних макро- та мікрооб’єктів.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом самостійно виконаний
патентно-інформаційний пошук, визначені мета та задачі дослідження,
розроблені методичні підходи побудови тривимірних моделей і їх аналізу,
відповідно до котрих автором особисто виконані всі дослідження нативних
препаратів і ЯМР-томограм. Автором особисто створені всі тривимірні
комп’ютерні моделі хребців, хребтових сегментів і в цілому поперекових
відділів хребтового стовпа, проведений їх аналіз із використанням методу
кінцевих елементів. Дисертантом проведене статистичне опрацювання
отриманих даних, оформлення їх у вигляді таблиць, графіків, цифрових
зображень, зроблений аналіз результатів, сформульовані основні положення
і висновки роботи. Основною є участь автора в підготувці статей до
преси, а також наукових розробок для оформлення Деклараційного патенту
України й Авторського посвідчення на комп’ютерну програму (в
співавторстві). У актах впровадження приводяться дані, що особисто
отримані автором у процесі виконання роботи. Автором не були використані
результати виконаної ним кандидатської дисертації та ідеї співавторів
публікацій.

Апробація результатів дослідження. Основні положення дисертації
оприлюднені на II, III, IV і V регіональних науково-практичних
конференціях “Морфогенез i патологія кicткової системи в умовах
промислового регіону” (Луганськ, 2001, 2002, 2003, 2005); на III
Національному Конгресі анатомів, гістологів, ембріологів і
топографоанатомів України (Київ, 2002); на VI Конгресі міжнародної
асоціації морфологів (Уфа, 2002); на „IX конгресі світової федерації
українських лікарських товариств” (Луганськ-Київ-Чикаго – 2002); на IV
Українській науково-практичній конференції “Остеопороз: епідеміологія,
клініка, діагностика, профілактика та лікування” (Луганськ, 2001); на
науково-практичній конференції “Ендокринний остеопороз: епідеміологія,
клініка, діагностика, профілактика та лікування” (Чернівці, 2002); на
науково-практичній конференції “Актуальні проблеми геріатричної
ортопедії” (Тернопіль, 2002); на міжнародній науково-практичній
конференції “Актуальні проблеми педіатричної остеології” (Євпаторія,
2003); на I Всеукраїнській науково-практичній конференції „Актуальні
проблеми біомінералогії” (Луганськ, 2004); на 99 конгресі анатомів
Германії (Відень, 2004); на VII конгресі міжнародної асоціації
морфологів (Казань, 2004); на Всеукраїнській науково-практичній
конференції “Проблеми захисту інтелектуальної власності в медицині та
біології” (Луганськ, 2005).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 42 наукові праці. Серед них
36 публікацій у наукових профільних виданнях, рекомендованих ВАК України
(28 самостійних); 1 деклараційний патент України на винахід; 5
публікацій у матеріалах і тезах конференцій, конгресів, з’їздів в яких
автор приймав участь.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 387
сторінках друкованого тексту, з котрих власне тексту 298 сторінок.
Робота включає такі розділи: вступ, огляд літератури, матеріал і методи
дослідження, результати дослідження (9 розділів), обговорення
результатів дослідження та аналіз отриманих даних, висновки, практичні
рекомендації, список використаних першоджерел літератури, що складається
з 412 найменувань (191 робота вітчизняних авторів, 221 – іноземних) і
додатки. Дисертаційна робота ілюстрована 162 малюнками (обсяг 2
сторінки) та 45 таблицями (обсяг 46 сторінок).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріал і методи дослідження. Матеріалом дослідження послужили
препарати поперекових відділів хребта, що отримані від 212 нефіксованих
трупів осіб, різноманітних вікових періодів (від новонароджених до 88
річних) і 383 ЯМР-томограми поперекового відділу хребта пацієнтів (від 2
до 82 років). Всі препарати були отримані від осіб загиблих від травм
(без пошкодження хребта), гострих отруєнь, асфіксії або померлих раптово
від гострих серцевих та судинних захворювань. Комісією з біоетики
Луганського державного медичного університету (протокол № 3 від
10.11.05) встановлено, що проведені наукові дослідження препаратів та
ЯМР-томограм поперекового відділу хребта відповідають етичним вимогам
згідно наказу МОЗ України № 231 від 01.11.2000 року.

Матеріал розподілявся за 11 віковими групами, відповідно до вікової
періодизації, схваленої Академією педагогічних наук СРСР (1964) і
відображав усі періоди постнатального онтогенезу людини, окрім
довгожителів. У цілому, досліджувалися поперекові відділи хребтового
стовпа 595 суб’єктів, із них 304 чоловіки та 291 жінка.

ЯМР-томограми вивчалися за допомогою авторської комп’ютерної програми
для морфометричних досліджень “MORPHOLOG” (Свідоцтво про реєстрацію
авторського права на твір № 9604 від 19.03.2004). При цьому, томограми з
кістковою патологією виключалися з дослідження, а інші зображення
приводилися до формату *.bmp зображень і завантажувалися в програму.
Вимірювалися передня і задня висота тіла, верхній і нижній сагітальний
діаметр хребців, товщина середини міжхребцевих дисків, сагітальний
діаметр хребтового каналу, кут поперекового лордозу, попереково-крижовий
кут.

Вивчення нативних препаратів поперекового відділу хребтового стовпа
полягало в наступному: після вилучення хребці розділяли та скелетували,
далі проводилася остеометрія за методом Алексєєва В.П. (1966) у
модифікації автора. Програма остеометрії включала вимір наступних
розмірів для кожного хребця: передняя і задня висота тіла хребця;
верхній і нижній сагітальні діаметри тіла хребця; верхня, середня
(“талія хребця”) і нижня ширина тіла хребця, сагітальний та фронтальний
діаметри хребцевого отвору, висота й ширина ніжки хребця, довжина
верхнього і нижнього суглобових відростків, довжина поперечного й
остистого відростків. Далі розраховували такі індекси тіл поперекових
хребців:

k1 – висотний покажчик тіла хребця (відношення передньої висоти тіла
хребця до його задньої висоти);

k2 – подовжній покажчик тіла хребця (відношення верхнього сагітального
діаметра тіла хребця до нижнього);

k3 висотно-подовжній покажчик (відношення середньої висоти тіла хребця
до середнього сагітального діаметра).

Потім, за допомогою спеціального пристрою, розробленого автором
(“Пристрій для виготовлення серійних розпилів кісток скелета”
Деклараційний патент України № 64175А від 16.02.2004, Бюл. № 2), хребці
розпилювали в трьох взаємо-перпендикулярних площинах на окремі
фрагменти, після чого зразки зважували на аналітичних вагах ВЛА-200 із
точністю до 1 мг. П’ятнадцять зразків кісткової тканини стандартним
чином забиралися з кожного хребця в таких зонах: № 1 – переднє-верхній
відділ тіла хребця, № 2 – переднє-нижній відділ тіла хребця, № 3 –
верхнє-бічний відділ тіла хребця, № 4 – нижнє-бічний відділ тіла хребця,
№ 5 – верхнє-задній відділ тіла хребця, № 6 – нижнє-задній відділ тіла
хребця. Крім того, вивчалися зони середньої частини тіла хребця: № 1,5 –
передня, № 3,5 – бічна і № 5,5 – задня зони. Інші зразки забиралися з
дуги хребця праворуч – № 7 та ліворуч – № 8, із правого поперечного
відростка – № 9, із верхнього – № 10 і нижнього – № 11 правих суглобових
відростків, з остистого відростка – №12.

Цифрові зображення отриманих зразків одержували у форматі *.bmp 720 х
576 пікселей, 96 крапок на дюйм, із глибиною кольору 24 біта на
апаратно-програмному комплексі, реалізованому на основі комп’ютера
Celeron-800 Mh, RAM 256 Mb, HDD 40 Gb і videopresenter Samsung SVP-5500.
Далі проводили морфометрію отриманої бази зображень трабекулярної
структури різноманітних зон поперекових хребців за допомогою
оригінальної морфометричної програми “MORPHOLOG”. Вимірювали довжину і
діаметр вертикальних і горизонтальних трабекул та ширину
міжтрабекулярних просторів.

Далі проводився хімічний аналіз досліджуваних зон. Вміст води,
органічних і мінеральних речовин визначали ваговим методом, послідовно
висушуючи фрагменти кістки при температурі 105°С до постійної ваги в
сухожаровій шафі й озоляючи в муфельній печі при температурі 450-500°С
протягом 12 годин (Воложин А.И., 1976). Отриману кісткову золу розтирали
в порцеляновій ступці і зберігали в герметичних мікропробірках. Для
дослідження елементного складу кісток брали 5 мг кісткової золи і
розчиняли в 2 мл 0,1 Н хімічно чистої соляної кислоти, після розчинення
доводили обсяг розчину до 25 мл дистильованою водою. Визначення
мікроелементного складу кісткової золи проводили на атомно-абсорбційному
спектрофотометрі С-115, визначали вміст Zn, Mn, Mg, Fe, Cu. Визначення
макроелементів – Са, Na і К виконували на полум’яному фотометрі ПАЖ-3,
аналізовані зразки розпорошувалися в полум’ї пропан-бутан-повітря.
Визначення вмісту фосфору проводили на медичному аналітичному фотометрі
МЕФАН-8001. Довжина хвилі, при якій реєстрували оптичну щільність
розчинів, відповідала 405 нм, товщина поглинаючого шару складала 10 мм.

Для дослідження ультраструктури мінерального компонента кістки
використовували метод рентгеноструктурного аналізу (Подрушняк Е.П.,
Новохатский А.И., 1983). Аналіз кісткового порошку проводили на
рентгенівському дифрактометрі ДРОН-3 із гоніометричною приставкою ГУР-5.
Використовували Кб випромінювання міді з довжиною хвилі 0,15433 нм,
напруга на анодній трубці складала 30 кВ, сила анодного струму – 20 мА.
Дифраговані рентгенівські промені реєстрували в кутовому діапазоні від
2° до 37° зі швидкістю запису 1° за 1 хв. На отриманих дифрактограмах
досліджували найбільш виразні дифракційні піки, за кутовим положенням
яких розраховували параметри елементарної комірки кісткового мінералу
(Миркин Л.И., 1981). Набори дифракційних максимумів відповідали
з’єднанню Са5(РО4)3(ОН) (гідроксіапатит). Досліджували дифракційний пік,
розташований у кутовому діапазоні 30° – 34°, визначали його амплітуду.
Розрахунок параметрів гексагональної елементарної комірки
гідроксіапатиту проводився уздовж осей А і С, розрахунок її обсягу,
виконаний із урахуванням гексагональної сингонії кристалів. Розрахунки
проводили за дифракційними максимумами з міжплощинними відстанями
d/n=2,814100 (211), d/n=2,77860 (112), d/n=2,72060 (300). Розміри
кристалитів визначали за методом Селякова-Шерера.

Частину отриманих нативних препаратів хребців випробували на стиск. За
допомогою циркулярних фрез отримували стандартні зразки тіла L1, які
потім випробували на статичний стиск. Методика дослідження міцності
хребців при іспитах відповідала основним положенням ГОСТ 25.503-80
“Метод испытания на сжатие”. В якості випробувальної машини
застосовувалася електромеханічна машина Tiratest-2300 (Німеччина), що
відповідає вимогам ГОСТ 7855-84 і ГОСТ 8905-73. Випробувальна машина
була обладнана перетворювачем сили і переміщень із самописним приладом.
Помилка виміру стискального навантаження F перетворювачем сили не
перевищувала ±1%, самописний прилад ЛДА-01 забезпечував запис діаграми F
= f (?h). Швидкість переміщення активного захоплення випробувальної
машини підтримувалася постійною та дорівнювала 1,5 мм/хв, при цьому
швидкість відносної деформації не перевищувала 0,001с-1. За діаграмами
F=f(?h) будували діаграми напруг у = f(е) і розраховували межу міцності,
модуль Юнга, питому роботу руйнування.

Побудову тривимірних моделей поперекових хребців, міжхребцевих дисків,
зв’язок і в цілому поперекових відділів хребтового стовпа для осіб усіх
вікових груп (із використанням отриманих раніше даних остеометрії
нативних препаратів і морфометрії ЯМР-томограм) здійснювали на
комп’ютері Athlon-XP2000+, ATI-Raderon 9200, RAM 512Mb, HDD 60Gb із
використанням алгоритмів твердотільного параметричного моделювання.
Математичний аналіз отриманих 3-D моделей здійснювався методом кінцевих
елементів по Гауссу та Н’ютону-Рафсону при статичному аналізі на стиск,
з врахуванням попередньо отриманих даних біомеханічних іспитів нативних
препаратів (Зенкевич О., Морган К., 1986). Для генерації
кінцево-елементної сітки використовувалися параболічні трикутні і
тетраїдні елементи.

Статистичне опрацювання отриманих даних проводили використовуючи методи
параметричної статистики, кореляційного, дисперсійного й регресійного
аналізів.

Результати дослідження та їх аналіз. Поперекові хребці людини проходять
складні процеси розвитку і трансформації від сполучнотканинної стадії до
кісткової структури. Форма тіл хребців і міжхребцевих дисків тісно
пов’язана з віком. Різноманітні також й кількісні взаємовідношення між
кістковими та хрящовими частинами хребців на різних етапах онтогенезу.
Поперекові хребці в новонароджених за висотою наближаються до
міжхребцевих дисків. Тіла хребців овальної форми, із вдавленнями на
передній і задній поверхнях, що обумовлено входженням судин. У
залежності від віку, поступово змінюється форма тіла хребця і
співвідношення його з висотою диска. Форма тіла хребця до кінця першого
року життя з овальної переходить у форму паралелепіпеда з округлими
краями. Висота диска зменшується, він стає майже прямокутним. Змінюється
співвідношення між поперечними і подовжніми розмірами тіл хребців: якщо
в новонароджених воно дорівнює 6:3, то в дітей грудного віку – 5,5:3.
Протягом розвитку дитини передня поверхня тіла хребця росте більш
інтенсивно. За період раннього дитинства (до 3-х років) тіло хребця
набуває форми сектора тора з округлими фестончатими краями (що пов’язано
з початком формування додаткових точок зкостеніння апофіза), а потім, за
період першого дитинства (до 7 років) форму сектора циліндра із сильно
зкругленими верхніми і нижніми краями, на яких спостерігаються чисельні
невеликі радіальні борозни. Відповідно змінюється співвідношення
подовжніх розмірів тіла хребця до поперечних – 4,5:3. У цьому віці на
тілі хребця починає формуватися “талія”. Надалі, округлі верхні і нижні
края хребців отримують кільцеподібні вдавлення, які утворені хрящовим
краєм (крайовим валиком) і спостерігаються приблизно до 9-10 річного
віку. Точки зкостеніння в крайовому валику з’являються спочатку в
передньому більш товстому і широкому відділі апофізу. Проте вони можуть
з’являтися спочатку й у бічних, задніх ділянках крайового хрящового
валика. Суцільне зкостеніння крайового валика виявляється до 12 – 15
років, часткове злиття його з тілом хребця – до 15 – 17 років, а повний
синостоз із тілом – до 22 – 24 років. До юнацького віку поперечні і
подовжні розміри тіл хребців зрівнюються і вони набувають циліндричної
форми. Подальша трансформація тіл хребців у зрілому віці йде шляхом
поступового посилення двувигнутості суміжних поверхонь. Тіла хребців
мають у горизонтальному перетині бобоподібну форму з добре вираженою з
усіх боків “талією”. У періоді інволюції (похилий і старечий вік)
з’являються ознаки вікової остеопенії, що відбиваються, насамперед, на
вертикальних розмірах: висота тіл хребців знижується, особливо передня
(задні відділи тіл хребців зміцнюються ніжками дуги хребця). На
ЯМР-томограмах чітко видно, що форма тіл хребців із прямокутної
переходить у форму із сильно вираженою талією, увігнутими верхніми і
нижніми поверхнями. Достатньо часто виявляються явища деформуючого
спондильозу у виді крайових розростань кісткової речовини. Приведені
вище дані підтверджуються статистичними розрахунками: позитивний
кореляційний зв’язок між розміром передньої висоти тіла хребця й віком
був статистично достовірним і для чоловіків склав r = 0,57 (p1,46 зареєстровані нами для 4% випадків, частіше всього
для L5. Крайні форми койлорахії k11,02 нами виявлені лише в 3 випадках (0,3%). У інших 98,1%
поперекових хребців сагітальний діаметр тіла більший за висоту. Крайні
форми зниження висоти тіл хребців k3V¦ I * *’./e5-6"CHCicUOcOEAOUO?O¤OcOcOcOcOcOcOcO—cOcO?O?O‚ucOn CJ OJPJQJ ? ¬ h7q)CJ EHuey h7q)CJ OJPJQJ ???????ласична форма поперекового хребця є найбільш оптимальною для передачі відповідних навантажень на стиск. Крайні форми індивідуальної мінливості хребців, змінюючи геометрію конструкції, призводять до зниження функціональності системи. З іншого боку, середній кут поперекового лордозу (152є) є проміжним значенням між гіполордозом (175є) і гіперлордозом (112є). Таке розташування елементів хребтового стовпа є оптимальним і забезпечуює баланс між ступенем напруг у хребцях і дисках і амортизацією маси тіла: при гіполордозі напруги менші, але й амортизації немає; при гіперлордозі підвищується амортизація, але сильно зростають напруги в елементах системи. При дослідженні трабекулярної структури губчастої речовини було виявлено, що кожна зона тіл поперекових хребців має властиві їй особливості архітектоніки. Найбільш відрізняються від інших переднє-верхня зона, через наявність у ній специфічно нахилених трабекул (раніше виявлених на рентгенограмах Tanaka Y, 1975) і переднє-середня зона, у якій розташоване незвичайне скопичення кісткових пластинок (ламел) у формі “клину”. При дослідженні середніх розмірів трабекул на серединних зрізах тіла L3 у віковому аспекті, було виявлено зростання довжини вертикальних і горизонтальних трабекул від 243,1±41,4 мкм і 208,7±34,3 у новонароджених до 1328,5±112,5 мкм і 1053,7±97,5 мкм в осіб старечого віку. Зростає з віком і ширина міжтрабекулярних просторів - від 244,5±44,7 мкм до 876,3±80,3 мкм. До зрілого віку виявляється дійсне зростання розмірів трабекул, що відповідає росту висоти тіл хребців. У процесі інволютивних змін, характерних для похилого і старечого віку, висота хребців знижується. При цьому “подовження” трабекул відбувається за рахунок руйнації й випадіння частини з них в трабекулярній мережі в результаті остеопоротичних процесів. У той же час, крива діаметра вертикальних і горизонтальних трабекул має форму параболи. Збільшуючись від 175,3±6,8 мкм і 73,2±8,2 мкм у новорожденных, діаметри вертикальних і горизонтальних трабекул сягають піка в зрілому віці - 247,8±28,6 мкм і 124,2±10,9 мкм, а потім зменшуються до 243,3±36,0 мкм і 101,4±11,7 мкм у старечому віці. Зміни хімічного складу в губчастій речовині кістки мають яскраво виражену вікову залежність: збільшується об'ємна частка мінеральних і знижується частка органічних речовин і води. Так, у новонароджених середнє співвідношення мінеральних, органічних речовин і води складає відповідно 21%, 43% і 36%, а в осіб старечого віку - 76%, 13% і 11%. Це пов'язано з поступовим накопиченням кістковою тканиною кальцію і фосфору: їх вміст відповідно зростає від 22,23±4,82 г% і 11,89±2,29 г% у новорождених до 42,23±3,47 г% і 22,18±3,77 г% в осіб зрілого віку (потім їх вміст в зв'язку з інволюційними процесами знижується). Відповідно зростають розміри кристалів кісткового мінералу: розрахункові середні значення обсягу елементарної комірки кісткового гідроксиапатиту в осіб зрілого віку були вищими (834,859±1,561A3), ніж у новонароджених (789,309±1,721A3), що в цілому збігається з даними Подрушняка Е.П. і Новохацького А.І., (1983) для грудних хребців. Крім того, з віком змінюється і фазовий склад кісткового мінералу: в осіб зрілого віку кількість кристалітів зростає на 1,9%, а аморфного кальцію фосфату знижується на 1,33%. Збільшення розмірів кристалів і зниження кількості аморфного кальцію призводять до зниження площі обмінної поверхні, що, у свою чергу, викликає уповільнення обмінних процесів і зниження кількості елементів гідратного шару кристалів. І дійсно, кількість натрію і калію з віком зменшується: у новонароджених їх вміст складає 1,38±0,10 г% і 1,07±0,16 г%, а в осіб старечого віку - 1,04±0,22 г% і 0,50±0,11 г%, відповідно. Не настільки однозначно поводуються мікроелементи: вміст частини з них, наприклад цинку і заліза, не залежить від віку (r = 0,04 - 0,1), а концентрація інших дуже тісно пов'язана з віком. Так, вміст магнію, що конкурує за місце в кристалічній комірці кісткового мінералу з кальцієм, збільшується від 1,7±0,32 мг% у новонароджених до 5,79±1,26 мг% в осіб старечого віку. А вміст міді й марганцю, що приймають активну участь у різноманітних ферментах, максимальний в перше десятиріччя життя, після чого знижується, відповідно, на 26% і 46%, залишаючись потім на постійному рівні протягом життя. Вікові зміни хімічного складу (насамперед вмісту кальцію) позначаються на міцностних властивостях кістки, як матеріалу: модуль Юнга в новонароджених у середньому складає 20,8±10,0 МПа, в осіб зрілого віку досягає максимуму - 203,6±90,2 МПа, і знижується в осіб старечого віку до 71,7±38,2 МПа. Така ж динаміка характерна і для питомої роботи руйнації: вона зростає від 5,5±2,1 МДж до максимуму 46,5±12,7 МДж, а потім знижується до 18,2±11,7 МДж в аналогічні вікові періоди. Такий великий діапазон значень усіх біомеханічних показників (відповідно до даних кореляційного аналізу) пов'язаний з тим, що міцність кістки в більшій мірі залежить від стану здоров'я індивідуума, ніж від його віку. Межа міцності, що характеризує кістку як конструкцію, статистично значимо залежить від віку (r = -0,74 для чоловіків і r = -0,82 для жінок, при р0,0001 для чоловіків і жінок, відповідно), в той час як модуль Юнга і
питома робота руйнації скоріше залежать від стану здоров’я конкретного
індивідуума.

Кінцево-елементний аналіз довів, що звичайна форма поперекового хребця є
оптимальною для передачі відповідних навантажень на стиск, а крайні
форми індивідуальної мінливості хребців, які змінють їх геометрію,
призводять до зниження функціональності системи.

Дані комп’ютерного моделювання методом кінцевих елементів довели, що
середній кут поперекового лордоза (152є) є проміжним значенням між
гіполордозом (175є) і гіперлордозом (112є) і таке розташування елементів
хребтового стовпа є оптимальним із біомеханічної точки зору,
забезпечуючи баланс між ступенем напруг у хребцях і міжхребцевих дисках
та амортизацією маси тіла. При гіполордозі напруги стають меншими, але
відсутня амортизація тіла під час ходи та бігу, при гіперлордозі
підвищується амортизація, але сильно зростають напруги в елементах
системи.

ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ:

Отримані в результаті дослідження дані про хімічний склад поперекових
хребців і їх біомеханічні властивості, у порівняльному віковому і
статевому аспектах, повинні враховуватися при розробці планів фізичної
підготовки спортсменів і дозуванні фізичних навантажень у кабінетах
лікувальної фізкультури.

Дані про діапазони вікових і статевих особливостей розмірів поперекових
хребців можуть бути використані хірургами під час проведення оперативних
втручань на поперековому відділі хребта (чрезніжкова вертебропластика,
корпородез та інші).

Створені 3-D моделі поперекового відділу хребта дозволяють аналізувати
різноманітні впливи зовнішніх і внутрішніх чинників, і можуть бути
використані інженерами під час проектування ергономічних крісел (у
транспорті, будуванні літаків і космічної техніки), лікарями для
оптимізації оперативних втручань (уточнення біомеханічних наслідків
резекції тієї або іншої частини хребця, вибір матеріалу і форми
трансплантату, конструювання протезів та інше).

Тривимірні комп’ютерні моделі сегментів хребта вперше дозволять лікарям
мануальним-терапевтам точно розрахувати механізм і наслідки впливів
різноманітних лікувальних маніпуляцій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Ковешніков В.Г., Лузін B.I., Маврич В.В. Особливості морфометрії хребців
поперекового відділу людини // Буковинський медичний вісник — Чернівці,
2001. – T. 5. -№ 3-4. – С. 55-56. (пошукувачем проведено аналіз даних
літератури, набір та друк матеріалу).

Ковешников В.Г., Маврич В.В., Чистолинова Л.И., Недоступ Н.Ф., Скрябина
Е.Н., Овчаренко В.А. Новый способ остеометрии позвонков // Проблеми
остеології. – 2001. – Т. 4, № 1-2. – С. 73-74. (пошукувачем особисто
подано ідею нового способу остеометрії хребців, проведено його
удосконалення).

Маврич В.В. Сравнительный морфометрический анализ позвонков поясничного
отдела // Український медичний альманах. – 2001. – Т. 4, № 3. – С.
112-114.

Маврич В.В., Овчаренко В.В., Жигунов А.Ю., Фоменко В.А. Сравнительный
анализ содержания фосфора в различных зонах позвонков поясничного отдела
позвоночника человека // Український медичний альманах. – 2001. – Т. 4,
№ 4. – С. 102-104. (пошукувачем проведено аналіз отриманих даних,
біохімічні дослідження набір та друк тексту).

Маврич В.В. Особенности содержания минеральных веществ в различных зонах
позвонков поясничного отдела // Український медичний альманах. – 2001. –
Т. 4, № 5. – С. 85-87.

Маврич В.В. Особливості вмісту органічних речовин у різних зонах хребців
поперекового відділу // Український медичний альманах. – 2001. – Т. 4, №
6. – С. 103-105.

Ковешніков В.Г., Маврич В.В., Недоступ М.Ф., Чистолінова Л.І. Аналіз
розподілу заліза в різних зонах поперекових хребців людини // Проблеми
остеології. – 2002. – Т. 5, № 2-3., С. 63-66. (пошукувачем проведено
набір матеріалу, біохімічні дослідження зразків, аналіз даних).

Маврич В.В. Особенности гидратации различных зон позвонков поясничного
отдела человека // Український медичний альманах. – 2002. – Т. 5, № 1. –
С. 187-189.

Маврич В.В. Морфометрический анализ поясничного отдела позвоночного
канала // Український медичний альманах. – 2002. – Т. 5, №2. – С. 62-63.

Маврич В.В. Сравнительный анализ биомеханических параметров и содержания
минеральных веществ в поясничных позвонках человека // Український
медичний альманах. – 2002. – Т. 5, № 5. – С. 87-89.

Ковешніков В.Г., Маврич В.В. Аналіз розподілу кальцію в різних зонах
поперекових хребців людини // Український морфологічний альманах. –
2003. – Т. 1, № 1. – С. 24-26. (пошукувачем проведено набір матеріалу,
біохімічні дослідження зразків, аналіз даних).

Ковешников В.Г. Маврич В.В. Сравнительный анализ минерализации различных
зон поясничных позвонков новорожденных и лиц зрелого возраста //
Український медичний альманах. – 2003. – Т. 6, №2. – С. 90–93.
(пошукувачем проведена обробка отриманих даних, набір та друк
матеріалу).

Ковешников В.Г., Маврич В.В., Кащенко С.А. Алгоритм остеометрического
исследования // Буковинський медичний вісник. – 2003. – Т. 7, № 3. – С.
180-186. (пошукувачем проведено аналіз даних, друк тексту та підготовку
ілюстрацій стосовно поперекових хребців людини).

Маврич В.В. Морфометричний аналіз трабекулярної структури різних зон
першого поперекового хребця // Вісник морфології. – 2003. – Т. 9, № 2. –
С. 180-181.

Маврич В.В. Сравнительный анализ распределения воды и органических
веществ в различных зонах поясничных позвонков новорожденных //
Український медичний альманах. – 2003. – Т. 6, № 1. – С. 71-74.

Маврич В.В. Особливості будови й хімічного складу різних зон поперекових
хребців людини // Проблеми остеології. – 2003. – Т. 6, № 1-2. – С.
88-90.

Маврич В.В. Рентгеноструктурный анализ различных зон поясничных
позвонков новорожденных и лиц зрелого возраста // Український
морфологічний альманах. – 2003. – Т. 1, № 2. – С. 52-56.

Маврич В.В. Особливості будови губчастої речовини різних зон поперекових
хребців людини на горизонтальних розпилах // Проблеми остеології. –
2003. – Т. 6, № 3. – С. 51 – 53.

Маврич В.В. Сравнительный морфологический анализ различных зон тел
поясничных позвонков человека на фронтальных срезах // Український
медичний альманах. – 2003. – Т. 6, № 3. – С. 100-103.

Маврич В.В. Морфометрический анализ различных зон губчатого вещества тел
поясничных позвонков новорожденных // Ортопедия, травматология и
протезирование. – 2003. – № 4. – С. 26-29.

Маврич В.В. Особенности архитектоники губчатого вещества различных зон
тел поясничных позвонков человека // Таврический медико-биологический
вестник. – 2003. – Т. 6, № 4. – С. 98-104.

Маврич В.В. Исследование межтрабекулярных пространств различных зон
губчатого вещества тел поясничных позвонков человека // Український
медичний альманах. – 2003. – Т. 6, № 4. – С. 90-92.

Маврич В.В., Єрьомін А.В. Вікова динаміка концентрації макроелементів
кісткової тканини в різних зонах поперекових хребців людини //
Український медичний альманах. – 2003. – Т. 6, № 5. – С. 103-106.
(пошукувачем проведено аналіз отриманих даних, біохімічні дослідження,
набір та друк тексту).

Маврич В.В. Исследование микроструктурных свойств губчатой кости тел
поясничных позвонков человека с использованием трехмерных структурных
моделей // Український медичний альманах. – 2003. – Т. 6, № 6. – С.
199-201.

Ковешніков В.Г., Кащенко С.А., Маврич В.В. Метод морфометричного
дослідження та оцінки структурно-функціонального стану кісток //
Клінічна анатомія та оперативна хірургія. – 2004. – Т. 3, № 2. – С.
59-62. (пошукувачем проведено аналіз даних, друк тексту та підготовку
ілюстрацій стосовно поперекових хребців людини).

Маврич В.В. Биомеханические свойства замыкательных пластинок поясничных
позвонков человека // Український медичний альманах. – 2004. – Т. 7, №
1. – С. 100-102.

Маврич В.В. Использование компьютерных методов анализа при
морфометрическом исследовании губчатой кости тел позвонков человека в
возрастном аспекте // Медицина сегодня и завтра. – 2004. – № 1. – С.
34-37.

Маврич В.В. Фазовый состав различных зон поясничных позвонков по данным
рентгеноструктурного анализа // Український морфологічний альманах. –
2004. – Т. 2, № 1. – С. 51-54.

Маврич В.В. Біомеханічні властивості різних зон тіл поперекових хребців
людини на горизонтальних розтинах // Український медичний альманах. –
2004. – Т. 7, № 2. – С. 108-110.

Маврич В.В. Исследование губчатой кости поясничных позвонков на
горизонтальных распилах и рентгенограммах с использованием программы
“MORPHOLOG”: сравнительный анализ // Український медичний альманах. –
2004. – Т. 7, № 3 (додаток). – С. 69-71.

Маврич В.В. Використання комп’ютерної програми “MORPHOLOG” для
морфометричного дослідження губчастої кістки // Таврический
медико-биологический вестник. – 2004. – Т. 7, № 4. – С. 181-183.

Маврич В.В. Ножки поясничных позвонков: клинико-анатомическое
исследование // Український медичний альманах. – 2004. – Т. 7, № 6. – С.
97-99.

Ковешников В.Г., Маврич В.В., Еремин А.В. Конечно-элементные модели
поясничного отдела позвоночника // Український морфологічний альманах. –
2005. – Т. 3, №1. – С. 34-39. (пошукувачем особисто подано ідею
створення моделей, проведено їх удосконалення).

Маврич В.В., Болгова Е.С., Попов О.В. Возрастные особенности
морфометрических показателей поясничного отдела позвоночника человека по
данным ЯМР-томографии // Український медичний альманах. – Том 8, №2 –
2005. – С. 89 – 92. (пошукувачем проведено морфометричні дослідження
великої бази ЯМР-томограмм, аналіз отриманих результатів).

Маврич В.В. Крайние формы индивидуальной изменчивости поясничных
позвонков // Український морфологічний альманах – 2005. – Т. 3, № 2.– С.
52 – 56

Маврич В.В. Применение методов компьютерного трехмерного моделирования в
современных научных исследованиях // Український медичний альманах. –
2005. – Т. 8, № 4. – С. 102-105.

Деклараційний патент на винахід 64175 А Україна, А61В17/00. Пристрій
для виготовлення серійних розпилів кісток скелета. Деклараційний патент
на винахід 64175 А Україна. А61В17/00/ Ковешніков В.Г., Маврич В.В.,
Кащенко С.А.; Заявл. 05.03.03; Опубл. 16.02.04; Бюл. №2. (пошукувачем
виконано 40% роботи: особисто здобувачем подано ідею винаходу,
виготовлено та удосконалено пристрій).

Ковешніков В.Г., Маврич В.В., Недоступ М.Ф., Чистолінова Л.І.
Комп’ютерне моделювання поперекових хребців людини // Труди IX Конгресу
Світової Федерації Українських Лікарських Товариств. –
Луганськ-Київ-Чикаго. – 2002. – С. 447. (пошукувачем проведено аналіз
даних літератури, розроблені методи моделювання хребців, набір та друк
тексту).

Ковешников В.Г., Маврич В.В., Недоступ Н.Ф., Чистолинова Л.И.
Сравнительный анализ химического состава и прочности позвонков человека
// Морфология. – 2002. – Т. 121, № 2-3. – С. 73. (пошукувачем проведено
аналіз отриманих даних, біохімічні та біомеханічні дослідження).

Ковешников В.Г., Маврич В.В. Особенности строения и химического состава
позвонков поясничного отдела под влиянием экологических факторов
промышленного региона Донбасса // Саміт нормальних анатомів України та
Росії. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2003. – С. 53-58. (пошукувачем
проведено аналіз отриманих даних, біохімічні та гістоморфометричні
дослідження).

Маврич В.В. Сравнительный анализ размеров позвоночного канала
поясничного отдела у лиц разного возраста // Наук. прац. I Міжрегіон.
конф. молод. вчених „Актуальні питання біології та медицини”. –
Луганськ: АЛЬМА-МАТЕР, 2003. – С. 58-60.

Ковешников В.Г., Маврич В.В., Еремин А.В. Трехмерные структурные модели
губчатой кости тел позвонков // Морфология. – 2004. – Т. 126, №4. – С.
60. (пошукувачем проведено аналіз даних літератури, розроблені
концептуальні підходи до моделювання губчастої кістки, набір та друк
тексту).

Анотація

Маврич В.В. Структурно-функціональні основи організації поперекового
відділу хребта людини в онтогенезі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора медичних наук за
спеціальністю 14.03.01 – нормальна анатомія. – Харківський державний
медичний університет МОЗ України, Харків – 2005.

Дисертація присвячена вивченню меж вікових особливостей, статевої і
індивідуальної мінливості поперекового відділу хребта людини у всі
періоди постнатального онтогеза. У роботі були використані
остеометричні, морфометричні, біохімічні, гістоморфометричні,
біомеханічні методи, метод ЯМР-томографії, рентгеноструктурного аналізу,
тривимірного комп’ютерного моделювання і кінцево-елементного аналізу. В
ході роботи створений апаратно-програмний комплекс для морфометричних
досліджень, розроблене обладнання для підготування кісткових зразків і
новий засіб створення тривимірних комп’ютерних моделей поперекового
відділу хребта.

Застосування тривимірного моделювання дозволило розширити уявлення про
біомеханіку хребтового стовпа. Кінцево-елементний аналіз довів, що
звичайна форма поперекового хребця є оптимальною для передачі
відповідних навантажень на стиск, а крайні форми індивідуальної
мінливості хребців (які зустрічаються у 0,4% – 4,0% випадків), змінюючи
його геометрію, призводять до зниження функціональності системи. Методом
кінцевих елементів були розраховані напруги і деформації у всіх
поперекових хребцях і міжхребцевих дисках на основі створених
тривимірних комп’ютерних моделей хребта для усіх вікових груп.
З’ясовано, що до періоду формування поперекового лордозу (у
новонароджених і грудних дітей), має місце цілком інший принцип їх
розподілу.

Ключові слова: поперекові хребці, хребтові сегменти, тривимірні
комп’ютерні моделі, кінцево-елементний аналіз.

Аннотация

Маврич В.В. Структурно-функциональные основы организации поясничного
отдела позвоночника человека в онтогенезе. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук по
специальности 14.03.01- нормальная анатомия. – Харьковский
государственный медицинский университет МЗО Украины, Харьков – 2005.

Диссертация посвящена изучению границ возрастных особенностей, половой и
индивидуальной изменчивости поясничного отдела позвоночника человека во
все периоды постнатального онтогеза. В работе были использованы
остеометрические, морфометрические, биохимические,
гистоморфометрические, биомеханические методы, метод ЯМР-томографии,
рентгеноструктурного анализа, трехмерного компьютерного моделирования и
конечно-элементного анализа. В ходе работы создан аппаратно-программный
комплекс для морфометрических исследований, разработано оборудование для
подготовки костных образцов и новый способ создания трехмерных
компьютерных моделей поясничных отделов позвоночника.

В результате проведенного исследования было установлено, что активный
рост поясничных позвонков человека продолжается до зрелого возраста,
после чего, в результате инволютивных изменений, высота позвонков
несколько снижается (остальные размеры не меняются).

При исследовании трабекулярной структуры было выявлено, что каждая зона
тел поясничных позвонков имеет присущие ей особенности архитектоники.
Особенно отличаются от других передне-верхняя зона из-за наличия в ней
специфически наклоненных трабекул и передне-средняя зона, в которой
расположено необычное скопление костных пластинок (ламелл) в форме
“клина”.

При исследовании средних размеров трабекул было выявлено непрерывное
возрастание длины вертикальных и горизонтальных трабекул от 243,1±41,4
мкм и 208,7±34,3 у новорожденных до 1328,5±112,5 мкм и 1053,7±97,5 мкм у
лиц старческого возраста. Возрастает и ширина межтрабекулярных
пространств – от 244,5±44,7 мкм до 876,3±80,3 мкм. До зрелого возраста
выявляется действительный рост трабекул, который соответствует росту
высоты тел позвонков. В процессе инволютивных изменений, характерных для
пожилого и старческого возрастов, высота позвонков снижается. При этом
“удлинение” трабекул происходит за счет разрушения и выпадения части из
них из трабекулярной решетки в результате остеопоротических процессов.

В то же время, кривая диаметра вертикальных и горизонтальных трабекул
имеет форму параболы. Увеличиваясь от 175,3±6,8 мкм и 73,2±8,2 мкм у
новорожденных, диаметры вертикальных и горизонтальных трабекул достигают
пика к зрелому возрасту – 247,8±28,6 мкм и 124,2±10,9 мкм, а затем
уменьшаются до 243,3±36,0 мкм и 101,4±11,7 мкм в старческом возрасте.

С возрастом увеличивается доля минеральных и снижается доля органических
веществ и воды. Это связано с накоплением костной тканью кальция и
фосфора. Соответственно растут кристаллы костного минерала: расчетные
средние значения объема элементарной ячейки костного гидроксиапатита у
лиц зрелого возраста были выше (834,859±1,561Е3), чем у новорожденных
(789,309±1,721Е3). Кроме того, меняется и фазовый состав костной золы:
количество кристаллитов возрастает, а аморфного фосфата кальция
снижается. Увеличение размеров кристаллов и снижение количества
аморфного кальция приводят к снижению площади обменной поверхности, что
в свою очередь, вызывает замедление обменных процессов в кости и
снижение количества элементов гидратного слоя – натрия и калия.

Не столь однозначно поведение микроэлементов: содержание части из них,
например цинка и железа, не зависит от возраста (r = 0,04 – 0,1), зато
концентрация других очень тесным образом связана с возрастом. Так,
содержание магния, который конкурирует за место в кристаллической
решетке с кальцием, увеличивается от 1,7±0,32 мг% у новорожденных до
5,79±1,26 мг% у лиц старческого возраста. А содержание меди и марганца,
которые принимают активное участие в различных ферментах, максимально в
первое десятилетие жизни, после чего снижается, соответственно, на 26% и
46%, затем оставаясь постоянным в течение последующей жизни.

Возрастные изменения химического состава (прежде всего содержание
кальция) сказываются на прочностных свойствах кости: модуль Юнга у
новорожденных в среднем составляет 20,8±10,0 МПа, у лиц зрелого возраста
достигает максимума – 203,6±90,2 МПа, и снижается у лиц старческого
возраста до 71,7±38,2 МПа. Та же динамика характерна и для удельной
работы разрушения: возрастая от 5,5±2,1 МДж до максимума 46,5±12,7 МДж,
затем она снижается до 18,2±11,7 МДж в аналогичные возрастные периоды.
Предел прочности, статистически значимо зависит от возраста (r = -0,74
для мужчин и r = -0,82 для женщин, при р Здано до набору 15.11.2005. Підписано до друку 21.11.2005 Формат 60х84 1/16. Папір офсетний. Друк RIZO. Умовн. друк. арк. 1,86. Тираж 100. Зам. 322 . Замовне. Віддруковано у видавничому центрі ЛугДМУ. 91045, м. Луганськ, кв. 50 років Оборони Луганська, 1. PAGE \* Arabic 1

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020