Математическое моделирование биомеханики поясничного отдела позвоночника при снижении минеральной плотности костной ткани после применения стабилизирующих систем
Автор: Лычагин А.В., Черепанов В.Г., Гаркави А.В., Недоливко В.В., Богатов В.Б., Вязанкин И.А., Ефремов А.Д., Калинский Е.Б.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 3 т.29, 2025 года.
Бесплатный доступ
В работе рассматривается математическое моделирование поясничного отдела позвоночника со сниженной минеральной плотностью костной ткани. Основное внимание уделяется сравнению биомеханических характеристик двух стабилизационных систем: ригидной интерламинарной стабилизации (РИС) и транспедикулярной фиксации (ТПФ). В исследовании применялось математическое моделирование методом конечных элементов (МКЭ) для оценки распределения напряжений и деформаций в модели поясницы при ТПФ и РИС. Наряду с этим использовались данные компьютерной томографии пациентов, что позволило учесть анатомические особенности позвонков и свойства костной ткани. Оценку биомеханических эффектов стабилизационных систем производили при различных типах движения: осевая сжимающая нагрузка (имитация вертикальной нагрузки в положении стоя (50 кгс)), сгибание, разгибание, наклоны вбок (боковые наклоны с учетом асимметричной нагрузки на межпозвонковые диски и связки), скручивание (ротационные нагрузки с оценкой устойчивости имплантатов). Выявлено, что ТПФ сопровождается повышенными нагрузками на смежные позвонки, что увеличивает риск синдрома смежного сегмента. РИС позволяет более равномерно распределять нагрузки, однако повышает напряжения в дугах позвонков. Данные моделирования согласуются с результатами зарубежных и отечественных исследований, подтверждая необходимость индивидуального подхода к выбору метода стабилизации у пациентов с остеопорозом. РИС предпочтительна для пациентов с остеопорозом, в то время как ТПФ остается стандартом при выраженной нестабильности.
Биомеханика, остеопороз, импланты, транспедикулярная фиксация, моделирование, поясничный отдел, ригидная интерламинарная стабилизация
Короткий адрес: https://sciup.org/146283199
IDR: 146283199 | УДК: 531/534: [57+61] | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2025.3.08
Mathematical modeling of biomechanics of the lumbar spine with a decrease in bone mineral density after the use of stabilizing systems
We describe the mathematical modeling of the lumbar spine with reduced bone mineral density using the finite element method (FEM). The main focus is based on the comparison of the biomechanical characteristics of two stabilization systems: rigid interlaminar stabilization (RIS) and transpedicular fixation (TPF). Methods: The study was performed by mathematical modeling using the finite element method (FEM) to assess the distribution of stresses and deformations during transpedicular fixation (TPF) and rigid interlaminar stabilization (RIS). The data were compared to computer tomography of patients, anatomical features of vertebras and characteristics of bone tissue. The biomechanical effects of stabilization systems were evaluated under various types of loads corresponding to physiological conditions: axial load: imitation of vertical load in a standing position (50 kgf). Flexion and extension: modeling the flexion and extension of the spine. Lateral inclinations: lateral inclinations taking into account the asymmetric load on the intervertebral discs and ligaments. Twisting: rotational loads with assessment of implant stability. Results: It was revealed that transpedicular fixation is accompanied by increased loads on adjacent vertebrae, which increases the risk of adjacent segment syndrome. Rigid interlaminar stabilization allows more adequate distribution of loads, but increases stress in the arches of the vertebrae. Our data are consistent with the results of studies, confirming the need for an individual approach to the choice of a stabilization method in patients with osteoporosis. Conclusions Rigid interlaminar stabilization is preferred for patients with osteoporosis, while transpedicular fixation remains the standard for severe instability.
