Ученые определили порог риска при операциях на позвоночнике

Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского совместно с коллегами из Национального научно-исследовательского медицинского центра травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова впервые биомеханически обосновали пороговое значение плотности костной ткани, которое поможет оценить риск осложнений при операциях на позвоночнике. В перспективе результаты исследования позволят хирургам заранее оценивать вероятность нестабильности металлоконструкций и при необходимости выбирать другие методы лечения или заранее укреплять костную ткань пациентов.

Исследование посвящено дегенеративным заболеваниям поясничного отдела позвоночника, для лечения которых применяется операция спондилодеза (сращения позвонков) с установкой металлоконструкций. Авторы провели биомеханическое исследование с использованием метода конечных элементов и компьютерной томографии.

Сначала исследователи создали трехмерную модель здорового поясничного сегмента позвоночника L4–L5, а затем смоделировали операцию спондилодеза с установкой транспедикулярных винтов и межтелового кейджа (имплантата). Задача состояла в том, чтобы определить значение, при котором напряжения в губчатой (трабекулярной) кости начинают превышать ее предел прочности.

Плотность костной ткани исследователи оценивали в единицах Хаунсфилда (HU). Этот параметр определяется по данным компьютерной томографии и отражает плотность кости. Во время эксперимента ученые варьировали плотность кости от 90 до 256 HU и для каждого значения рассчитывали возникающие в кости напряжения, которые сравнивали с пределом прочности костной ткани. Результаты показали, что при плотности кости ниже 125 HU напряжения в губчатой кости начинают превышать ее предел прочности сразу при нескольких типах нагрузки. При этом существенно возрастает риск механической несостоятельности фиксации имплантата после операции.

Как рассказывают исследователи, самые высокие нагрузки возникли в местах контакта кости с винтами при разгибании и вращении и в местах контакта кости с имплантатом при сжатии и разгибании. Наружный (кортикальный) слой кости остался неповрежденным даже при очень низкой плотности (HU = 90), а первым звеном разрушения становится именно внутренняя (трабекулярная) кость, что впоследствии может привести к расшатыванию имплантатов.

Полученный порог (HU = 125) является результатом биомеханического моделирования конкретного сегмента позвоночника и не рассматривается авторами как универсальный клинический критерий. Авторы исследования подчеркивают необходимость дальнейшей проверки полученных данных на разных группах пациентов и с использованием более сложных методов моделирования, чтобы подтвердить применимость этого значения в клинической практике.

«При ударе нагрузки могут существенно превышать те, которые рассматривались в наших статических сценариях. Кроме того, механический отклик системы «позвоночник — имплантаты» зависит от скорости нарастания нагрузки, инерционных эффектов и скоростной зависимости свойств тканей, которые в использованной модели не учитывались. Логичным продолжением работы мы считаем два направления: динамическое моделирование кратковременных интенсивных воздействий и циклическое моделирование повторных повседневных нагрузок. В перспективе это позволит перейти от одного порогового значения HU к более персонализированной оценке механического запаса для разных сценариев нагрузки. Для клинического применения такие модели, конечно, должны быть отдельно проверены на экспериментальных и клинических данных», — отметил один из авторов исследования, доцент кафедры математической теории упругости и биомеханики СГУ Леонид Бессонов.



По оценкам ученых, в перспективе результаты исследования помогут хирургам лучше планировать операции на позвоночнике. Значение HU, определяемое по данным компьютерной томографии, может стать дополнительным инструментом для оценки риска послеоперационных осложнений — расшатывания винтов и проседания кейджа. Это позволит заранее выбирать более щадящие методики или назначать дополнительное лечение для укрепления костей, что снизит количество повторных операций и улучшит качество жизни пациентов.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации