退变对腰椎节段椎间盘生物力学的影响

来源：医用生物力学 【在线投稿】栏目：期刊导读时间：2021-04-19

目的建立正常人体腰椎4～5节段(L4～5)有限元模型,基于正常模型建立退变椎间盘有限元模型,分析退变后L4～5椎间盘生物力学的变化。方法选择健康男性志愿者1名,采集其正常腰椎CT和MRI的影像数据,建立正常L4～5有限元模型;通过改变纤维环和髓核的材料属性,建立退变L4～5椎间盘的有限元模型。设定约束条件,并在L4椎体表面分别施加300 N的垂直载荷和10 N·m的力矩,模拟腰椎的负重、前屈、后伸、侧弯、扭转五种生理运动状态;运算求解获得椎间盘整体形变和应力分布云图;测量椎间盘表面应力,分析退变对腰椎间盘生物力学的影响。结果正常L4～5椎间盘纤维环后缘负重、前屈、后伸、扭转时中央区应力均高于外侧区,侧弯时外侧区应力高于中央区(P均0.05)。析因设计的方差分析结果显示三因素(是否退变、测量部位、运动状态)的交互效应均有统计学意义(P均<0.05),各因素间无交互作用。在300 N垂直载荷模拟负重状态时,正常L4～5椎间盘整体形变前部较大,退变椎间盘整体形变减小,形变区域发生后移;退变L4～5椎间盘应力向边缘聚集,纤维环应力在后缘处分布较为集中。与正常L4～5椎间盘比较,退变L4～5椎间盘纤维环应力增大、髓核应力减小(P均<0.05)。结论退变后,L4～5椎间盘应力分布不均,纤维环应力增大,更易发生损伤。