Human Lumbar Facet Capsule Biomechanics

人体腰椎小关节胶囊生物力学

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Lumbar facet joints serve neurophysiological as well as biomechanical functions and, when subject to noxious stimulation, can produce low back pain. The facet joints are comprised of the articulating processes of adjacent vertebrae and a ligamentous capsule that tends to constrain the articular movements. As loads are transmitted by the facet joints, the joint surfaces move relative to each other and the capsule is deformed. Capsular deformations are thought to be an adequate neurological stimulus, evoking the discharge of sensory nerves innervating the capsule. Since the capsule is innervated by mechanoreceptors and nociceptors, it may function to signal position or loading of the facet joint. However, to date there are few quantitative studies of the mechanical state of the facet capsule during normal physiological ranges of motion of the spine. Thus, it is unknown if the capsule can be sufficiently loaded under physiological conditions to result in stimulation of the mechanically sensitive neurons known to innervate it. The long term goal of the investigators is to understand the functional interactions between spinal biomechanics and the nervous system. Knowledge gained through these studies will provide important and novel information regarding the mechanisms by which spine disorders can affect the nervous system. For example, disc degeneration and chemonucleolysis may increase the load on the facets. Until we know how the facet capsules respond under load, we will not be able to determine the relevance of these changes to the pathogenesis of low back pain. The short range goal of the investigators is to elucidate how the human facet joint capsule is loaded during physiological loads of the lumbar spine and to develop a computational model that will enable us to ultimately examine how manipulations of the spine affect capsule loading. This project, using un-embalmed human cadaveric lumbar spines, will: 1) Measure the plane strains developed during physiological motions of the lumbar spine; 2) Determine material properties of the facet joint capsule; and 3) Develop a mathematical model of the capsule using finite element analysis to enable estimating stress at any location within the capsule during loading.
描述(由申请人提供):腰椎小关节具有神经生理学和生物力学功能,当受到有害刺激时,会产生腰痛。 小关节由相邻椎骨的关节突和往往限制关节运动的韧带囊组成。当负载通过小关节传递时,关节表面相对于彼此移动并且胶囊变形。包膜变形被认为是足够的神经刺激,引起支配包膜的感觉神经放电。由于胶囊受机械感受器和伤害感受器支配,因此它可以发出小关节位置或负载信号。然而,迄今为止,很少有关于脊柱正常生理运动范围内小关节囊机械状态的定量研究。因此,尚不清楚胶囊是否可以在生理条件下充分加载以刺激已知支配其的机械敏感神经元。 研究人员的长期目标是了解脊柱生物力学和神经系统之间的功能相互作用。通过这些研究获得的知识将提供有关脊柱疾病影响神经系统的机制的重要而新颖的信息。例如,椎间盘退变和化学溶核可能会增加关节面的负荷。在我们知道小关节囊在负荷下如何反应之前,我们将无法确定这些变化与腰痛发病机制的相关性。 研究人员的短期目标是阐明人体小关节囊在腰椎生理负荷期间如何承受负荷,并开发一种计算模型,使我们能够最终检查脊柱的操作如何影响关节囊负荷。该项目使用未经防腐处理的人体腰椎,将: 1)测量腰椎生理运动过程中产生的平面应变; 2)确定小关节囊的材料特性; 3) 使用有限元分析开发胶囊的数学模型,以便能够估计加载过程中胶囊内任何位置的应力。

项目成果

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