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In considerazione della vasta compagine di persone che soffrono di patologie conseguenti alla degenerazione del rachide lombare ho svolto una ricerca sulla funzionalità del disco intervertebrale in condizioni sane e degenerate.

Lo studio ha richiesto il reperimento delle seguenti informazioni:

Innanzitutto il sito di interesse è la colonna vertebrale con particolare attenzione per il tratto lombare.

Nel dettaglio la vertebra lombare è formata da:

Il disco intervertebrale è una struttura fibrocartilaginea che si interpone fra due vertebre ed è formato da un tessuto elastico composto da stratificazioni successive di fibre, anello fibroso, e da una massa gelatinosa al centro ricca di liquidi, nucleo polposo.

L’analisi biomeccanica richiede un accurato studio dei tessuti del disco. In particolare i tessuti connettivi sono composti da poche cellule immerse in abbondante matrice extracellulare.

Dal punto di vista biomeccanico il collagene, presente in oltre 12 tipi, è la proteina fibrosa più importante.

Quando le percentuali dei componenti variano in seguito a patologie, ma soprattutto con l’avanzare dell’età, si possono verificare dei fenomeni degenerativi che si manifestano principalmente con una diminuzione del contenuto liquido e un aumento del collagene di tipo II, ovvero la cartilagine, che comporta una perdita di elasticità del tessuto.

In figura si vede correttamente quanto appena detto:

In questo quadro degenerativo si possono verificare patologie degenerative quali l’ernia.

[Illustrazione di Joe Lertola]

Inoltre la diminuzione dell’altezza del disco può portare alla stenosi del canale spinale, ovvero a una diminuzione della larghezza del canale stesso con conseguenti forti dolori.

[Illustrazione di Joe Lertola]

La valutazione della funzionalità biomeccanica del giunto intervertebrale ha richiesto come già esposto un’analisi morfometrica e istologica quindi un’analisi del comportamento biomeccanico mediante approccio sperimentale.
Queste considerazioni costituiscono il prodromo per poter svolgere l’analisi mediante metodi numerici.

Le strutture fibrose del collagene danno una risposta tipicamente non lineare caratterizzata da una regione iniziale a bassa capacità resistente, seguita da un progressivo aumento della capacità di opporsi alle fibre conseguente all’allineamento delle fibre nella direzione del carico e infine, con carichi troppo elevati, la rottura delle fibre e dei legami.

Nel nucleo polposo il discorso cambia in conseguenza dell’alto contenuto liquido che rende il tessuto quasi incomprimibile.

Per indagare il comportamento meccanico del tessuto fibroso, vengono prelevati dei campioni da diverse regioni dell’anello fibroso. Successivamente i campioni vengono trazionati lungo la direzione locale delle fibre.
Nel grafico tensione-deformazione in figura si evidenzia una non omogeneità della risposta.

Nei tessuti molli fibrorinforzati vengono spesso adottati modelli costitutivi iperelastici e per tramite di una funzione di densità di energia di deformazione si descrive il comportamento meccanico dell’intera struttura.

Tali modelli sono caratterizzati dalla presenza di parametri la cui valutazione ha luogo mediante le prove sperimentali come quelle appena viste.

Successivamente per validare il modello vengono eseguite delle prove meccaniche sul giunto intervertebrale.

A questo punto è possibile realizzare un modello agli elementi finiti come quello in figura.

Grazie ai modelli agli elementi finiti è possibile svolgere uno studio numerico interpretativo delle analisi effettuate.
Al contrario dei test sperimentali molto difficili e complicati si possono svolgere varie prova relative a diversa conformazione del tessuto (diversi gradi di degenerazione) procedendo a opportuna variazione dei parametri di modello.

Postato da Federico Illesi, martedì 7 agosto 2007 ore 12:53 nella categoria Anatomia, Dossier, Patologie con tag disco intervertebrale, test.
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