Маврич Володимир Васильович. Структурно-функціональні основи організації поперекового відділу хребта людини в онтогенезі : дис... д-ра мед. наук: 14.03.01 / Харківський держ. медичний ун-т. - Х., 2005.
Анотація до роботи:
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.
У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова проблема - вивчені структурно-функціональні основи організації поперекового відділу хребта людини на всіх етапах постнатального онтогенезу, на основі чого створені адекватні тривимірні комп'ютерні моделі, що дозволяють прогнозувати поводження цієї системи і віртуально оптимізувати оперативні втручання.
Авторське програмне забезпечення “MORPHOLOG” можна використовувати для морфометричних досліджень великих баз даних ЯМР-томограм. При дослідженні двох незалежних виборок методами прямої остеометрії і ЯМР-морфометрії різниця не досягає статистичної достовірності, у середньому складаючи 4,7%.
При дослідженні остеометричних показників поперекових хребців виявлені наступні закономірності: передня висота тіла хребця максимальна для L3, а задня мінімальна в L5; верхній сагітальний діаметр, довжина суглобових відростків, висота і ширина ніжок хребців послідовно збільшуються в каудальному напрямку; нижній сагітальний діаметр і фронтальні розміри зростають від L1 до L4, а в L5 декілька знижуються; довжина поперечних й остистих відростків максимальна для L3 і зменшується в краніальному і каудальному напрямках; фронтальний діаметр хребтового каналу розширюється в каудальному напрямку, а в сагітальний площині є звуження на рівні L3.
У періоді першого і другого дитинства, а також у підлітковому віці, остеометричні розміри поперекових хребців у жінок в середньому більше на 4,3%-15,7%, а в зрілому і старечому віці, навпаки, розміри в чоловіків перевищують аналогічні в жінок на 4,4%-13,7%.
Найбільш активний ріст поперекових хребців спостерігається в період першого і другого дитинства (1-7 років), коли темпи росту складають 28,2%-82,8%. Починаючи з другого періоду зрілого віку, спостерігається зниження висотних розмірів поперекових хребців, темпи якого складають 0,4%-4,8%, інші остеометричні показники вірогідно не змінюються.
При вивченні меж індивідуальної мінливості поперекових хребців встановлено, що орторахія визначається для 15,1% поперекових хребців, курторахія - для 54,6%, а койлорахія - для 30,3%. Таким чином, клиноподібна форма хребців є переважною, за рахунок чого, та форми міжхребцевих дисків формується поперековий лордоз. Крайні форми курторахії k1 1,46 зареєстровані в 4 % випадків, частіше для L5. Крайні форми койлорахії k1 0,7, навпаки, відзначаються для L2, L3, L4 усього лише в 0,4 % випадків.
Середні показники кута поперекового лордоза (145-157) спостерігалися в 131 (58,5%) випадку з 224. Гіперлордоз, коли кут був меншим за 145, спостерігався в 21,9 % випадків, при цьому мінімальне значення (112) спостерігалося лише в одному випадку. Гіполордоз, при якому значення кута було більше, ніж 157, спостерігався в 19,6 % випадків, при цьому максимальне значення 175 спостерігалося в 3 випадках.
У кожній зоні губчастої речовини тіл хребців поперекового відділу є властиві їй особливості форми, розмірів і розташування трабекул, що залежать, насамперед, від механічного навантаження. Найсильніше від інших відрізняється архітектоніка передньо-верхньої зони - наявність у ній специфічних трабекул, що підтримують верхній вентральний кут хребця, і передньо-середньої зони - розташування тут сагітальних пластинчастих трабекул у формі клина.
Мікроструктура губчастої речовини в тілі хребця може бути описана, як кубічна система вертикальних і горизонтальних пластин або прутів, точна геометрія якої залежить від анатомічної ділянки хребця, віку і здоров'я людини. Морфометричний аналіз показав, що відносна щільність і товщина трабекул у тілах хребців зменшується з віком так, як і кількість трабекул. Створення й удосконалення комп'ютерних кінцево-елементних моделей, на сьогоднішній день, є найкращим засобом описання структурно-функціональних відношень губчастої речовини хребців.
Протягом усього періоду постнатального онтогенезу, в поперекових хребцях відбуваються активні процеси хімічного обміну: від народження до зрілого віку наростає вміст кальцію і фосфору, але знижується вміст натрію і калію. Потім, у похилому і старечому віці спостерігаються процеси вікового остеопорозу - втрата кальцію. Крім того, із віком у поперекових хребцях беззупинно знижується питомий вміст води й органічних речовин і наростає відсоток мінеральних речовин.
З віком спостерігається достовірне збільшення об’єму елементарної комірки кристалів, за рахунок цього відбувається зменшення міжплощинних відстаней. Це призводить до зменшення активної поверхні кісткового мінералу і як слідство – до зниження швидкості обмінних процесів.
Кістковий мінерал різноманітних зон поперекових хребців має визначені особливості, пов'язані не тільки з взаємовідношенням компактної і губчастої речовини кістки, але і з розподілом сил навантаження. У зрілому віці знижується коефіцієнт мікротекстурування, що свідчить про зростання неоднорідності розташування подовжніх вісей кристалів гідроксиапатиту. Останні орієнтуються вздовж ліній силових напруг, які виникають при осьовому навантаженні на хребтовий стовп. Водночас, змінюється фазовий склад кісткової золи: зростає доля кристалітів і знижується вміст аморфного фосфату кальцію.
Результати аналізу кореляційних залежностей між досліджуваними біомеханічними показниками L1 та віком суб'єкта свідчать, що лише межа міцності є показником залежним від віку (r = -0,74 і r = - 0,81 при p>0,0001 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 (152) є проміжним значенням між гіполордозом (175) і гіперлордозом (112) 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.
Публікації автора:
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).
