CC BY
60
УДК 531/534: [57+61]
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ В ПЕРЕМЕЩЕНИЯХ ПОЗВОНКА С2 (ВТОРОГО ШЕЙНОГО ПОЗВОНКА) В ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ И ПРИ ПЕРЕГРУЗКЕ
Р. Ясинский*, Ц. Пежович**
Faculty Division of Deformable Body Mechanics, Wroclaw University of Technology, Smoluchowskiego 25, 50372 Wroclaw, Poland, e-mail: [email protected]
Факультет механики деформируемого тела, Университет технологии, Вроцлав, Польша
’Division of Biomedical Engineering and Experimental Mechanics, Wroclaw University of Technology,
Lukasiewicza 7/9, 50-371 Wroclaw, Poland, e-mail: [email protected]
Отдел биомедицинской инженерии и экспериментальной механики, Технический Университет, Вроцлав, Польша
Аннотация. Повреждение и перелом зубовидного отростка составляют большую часть травм в шейном отделе позвоночника человека. Чтобы понять механизмы, ведущие к повреждению второго шейного позвонка (С2), в особенности к перелому зубовидного отростка, необходимо исследовать процессы, происходящие в этом позвонке при различных условиях нагружения. Голографическая интерферометрия была применена для анализа изменений в величинах перемещений зубовидного отростка при различных условиях нагружения (сжатие, боковой изгиб, разгибание). Было изучено поведение позвонка при различных нагрузках и перегрузках. Исследования обнаружили заметные изменения в перемещениях осевого отростка позвонка С2 и в области ниже двух верхних суставных поверхностей и их отростков. Особенно большие значения были зарегистрированы при разгибании. В соответствии с клиническими данными последние отклонения ведут к наиболее распространенному типу перелома зубовидного отростка.
Ключевые слова: биомеханика позвоночника, зубовидный отросток позвонка С2, анализ перемещений, физиологическая нагрузка, перегрузка, голографическая интерферометрия.
Введение
Большинство травм в позвоночнике человека происходит в шейном сегменте, причем травмы второго шейного позвонка (С2) встречаются примерно в 20 % случаев всех травм шейного отдела позвоночника, из которых более 50 % составляют переломы зубовидного отростка [1]. Проблемы, связанные с наличием и лечением повреждений позвонка С2, в особенности с переломом зубовидного отростка, обсуждаются в деталях во многих работах [2-6].
В сравнении с более низкими сегментами шейного отдела позвоночника позвонок С2 (второй шейный позвонок) в соединении с позвонком С1 (первый шейный позвонок) в наибольшей степени создает вращательное движение головы, будучи ответственным более чем за половину диапазона этих движений [7]. В то же время позвонок С2 подвержен большим циклическим движениям, значительной усталости и
© Ясинский Р., Пежович Ц., 2006
09806267
временным перегрузкам, поэтому его структура наиболее подвержена повреждениям [8].
Травмы позвонка С2, включая осевой отросток позвонка, имеют место во всех возрастных группах и являются результатом дорожно-транспортных происшествий и падений. Последняя причина травм типична для пожилых людей [9-13]. Повреждения зубовидного отростка делятся на три главных класса: типы I, II и III (согласно Андерсену и Алонзо [14]) в зависимости от анатомического строения линий повреждаемости. Наиболее обычные травмы зубовидного отростка относятся к типу II, который приводит к нестабильности черепно-позвоночного контакта [1, 15], а также к типу III.
Хотя имеется значительный консенсус о классификации повреждаемости зубовидного отростка и ее последствий, имеются значительные различия во мнениях, как в клинических [9, 16], так и в экспериментальных исследованиях [17-19], о механизмах, ведущих к данному типу переломов зубовидного отростка. Больший консенсус достигнут по поводу величины силы, которая вызывает перелом зубовидного отростка [19-21, 25].
Сомнения и диспуты о механизмах, вызывающих различные типы травм зубовидного отростка, возникают из-за еще не полного знания о явлениях, которые происходят в позвонке С2 при его нарушении физиологическими нагрузками и при перегрузках.
Поэтому было предпринято исследование для анализа значений перемещений позвонка С2 и их распределения при нагрузках, действующих на зубовидный отросток. Путем моделирования нагрузок, действующих на отросток позвонка С2, была найдена корреляция между нагружающей силой и изменением в перемещениях во фронтальной плоскости позвонка. Внимание было сфокусировано на изменениях вдоль продольной оси зубовидного отростка и ниже двух верхних суставных поверхностей. Эти поверхности несут значительную часть нагрузок [22] и играют важную роль в типичных переломах позвонка С2.
Материалы и методы
Был исследован одиночный позвонок человека С2, очищенный от мягких тканей и высушенный.
Г еометрические свойства препарата не отличались от известных статистических средних данных [21, 23, 24] и размеры препарата были следующие: ширина
зубовидного отростка - 12,10 мм и 10,40 мм в сагиттальной и фронтальной плоскости, соответственно; общая высота позвонка составила 36,80 мм (включая высоту зубовидного отростка, равную 19 мм).
При экспериментах регистрировались перемещения всей фронтальной поверхности позвонка С2 под нагрузкой, действующей на зубовидный отросток. Использовались три системы нагружения: сжатие (вдоль продольной оси зубовидного отростка) - ¥а, боковой изгиб (во фронтальной плоскости) - ¥в и разгибание (изгиб в сагиттальной плоскости) - ¥с (рис. 1а, 1б).
Экспериментальная установка с рычажной системой передачи силы была для сжатия и бокового изгиба. Рычажная система передавала нагрузку к осевому отростку позвонка С2. Элемент (матрица), создающий давление непосредственно на осевой отросток, был заполнен быстро высушенной смолой, в которой форма верхней поверхности отростка, несущей нагрузку, была впрессована. Система нагружения включала силовой датчик электрического сопротивления (дающий точные показания
Рис. 1. Схемы системы нагружения для: а) силы сжатия РА, силы бокового изгиба Рв,
б) силы разгибания ¥с
электрического напряжения, конвертируемого в величину нагрузки) между нагружающим рычагом и матрицей. Нижняя поверхность тела позвонка (до высоты около 7 мм) была жестко фиксирована к основанию системы нагружения.
Измеряющая машина, включающая винт как элемент, генерирующий нагрузку, и силовой датчик электрического сопротивления, была сконструирована для тестов на большое растяжение. Прибор позволял гладкое регулирование силы во всем диапазоне силы. Давление создавалось матрицей на суставную поверхность осевого отростка в его сагиттальной плоскости, как это имеет место при действительном взаимодействии между позвонками С1 и С2 и при большинстве наиболее распространенных травм зубовидного отростка позвонка, возникающих из-за механизма действия мышцы -разгибателя.
Нагружение для всех трех систем было статическим. Во всех случаях зубовидный отросток был нагружен начальной силой, равной примерно 53 Н. Сила, с которой голова действует на шейный сегмент позвоночника в системе разгибания, была примерно как начальное значение нагрузки (вычисление учитывало факт, что вес головы человека составляет около 10 % от веса всего тела). Одинаковые приращения нагрузки = 2? 12 Н (небольшие различия возникают при различных точностях приложения нагрузки с помощью рычажной системы и с помощью шага винта) были использованы во всех системах нагружения. Нагрузки определялись с точностью ±0,5 Н.
Вдобавок к этому, анализ распределения перемещений при моделировании нагрузки - начальная нагрузка ^90 Н сопровождалась приращением силы = 0,5? 8 Н
- проводился для сжатия и бокового изгиба.
Перемещения позвонка С2 были зарегистрированы при помощи голографической интерферометрии (техника двойной экспозиции), которая является бесконтактным оптическим полевым методом исследования поверхностных перемещений при статических нагрузках [26-28]. Нужно заметить, что приращение нагружающей силы было определено, среди других факторов, через приращение плотности полос интерферометрии (генерируемых при нагружении), что дает информацию об изменении перемещений исследуемого объекта. Точность оценки для перемещений, считаемых из интерферограмм, составила ±0,5 мкм.
Для эксперимента были сделаны некоторые упрощения: главное из них состояло в том, что связочный аппарат, взаимодействующий с зубовидным отростком, не моделировался из-за сложности его воспроизведения. Был сделан выбор из множества анатомических соединений, но поначалу трудной задачей стало определение критериев выбора, а также учет материала и соединений между смоделированными связками. Поэтому моделирование было ограничено точным воспроизведением поверхностей,
Рис. 2: а) экземпляр голографической интерферограммы для сжатия; б) схема исследуемых поверхностей: Ь - основание левой верхней суставной поверхности, Я -основание правой верхней суставной поверхности, Н - высота позвонка (28,40мм)
создающих давление непосредственно на зубовидный отросток, и полная нагрузка была сконцентрирована на них (пренебрегая связками).
В результате исследований были получены «карты» (в виде интерферометрических полос) перемещений поверхности позвонка С2, показывающие изменения в положениях точек на исследуемой поверхности при приложенной нагрузке (рис. 2а). Карты были использованы для детального анализа перемещений зубовидного отростка и для двух оснований верхних суставных поверхностей (для оси зубовидного отростка и вдоль прямых Ь и Я, проходящих через основания верхних суставных поверхностей) (рис. 2б).
Рисунки (для зубовидного отростка, направлений Ь и Я) характеристик перемещений С для трех систем нагружения были получены в результате анализа (рис. 3-5).
При сжатии форма кривых зависимости перемещений от высоты позвонка аналогична графику экспоненциальной функции. Наклон кривых относительно оси перемещений уменьшается пропорционально увеличению нагрузки для всех проанализированных рисунков. Перемещения обеих сторон зубовидного отростка (у оснований верхних суставных поверхностей) распределены симметрично.
Значения перемещений при перегрузке (начальная нагрузка Е = 90 Н) при сжатии пропорционально выше, чем для физиологических условий (начальная нагрузка Е = 53 Н): в среднем в 3,5 и в 3,0 раза выше, соответственно, для оси осевого отростка и для оснований верхних суставных поверхностей. Аналогично, при сжатии без перегрузки распределение перемещений суставных отростков также симметрично (рис. 6).
В случае бокового изгиба кривые перемещений для графика, проходящего через зубовидный отросток, имеют точку перегиба, что указывает на изменение в направлении (смысла) перемещения. Это означает, что основание зубовидного отростка перемещается в направлении, противоположном направлению нагружающей силы. Подобное распределение перемещений (с изменением в их знаке) наблюдается ниже верхних суставных поверхностей позвонка С2 и происходит, когда нагружающая сила увеличивается до значения Е + АЕ = 59 Н, но это изменение регистрируется только в точках, расположенных вблизи суставных поверхностей. Нужно также заметить, что
а)
Результаты и обсуждение
Сжатие, нагрузка 59 Н
Ось отростка
Основание левой суставной поверхности Основание правой суставной поверхности
Сжатие, нагрузка 67 Н
Ось отростка
Основание левой суставной поверхности Основание правой суставной поверхности
30
25
н 20
[мм] 15
10
5
0
а)
30
25
н 20
[мм] 15
10
5
0
ё [мкм]
б) -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5
ё [мкм]
Рис. 3. Типичные характеристики перемещений для сжатия: а) Р + АР = 59 Н, б) Р + АР = 67 Н
Боковой изгиб, нагрузка 57 Н
Ось отростка
Основание левой суставной поверхности Основание правой суставной поверхности
Боковой изгиб, нагрузка 59 Н
Ось отростка
Основание левой суставной поверхности Основание правой суставной поверхности
30
25
н 20
[мм] 15
10
5
0
' [мкм]
б) -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5
ё [мкм]
Рис. 4. Типичные характеристики перемещений для бокового изгиба: а) Р + АР = 57 Н, б) Р + АР = 59 Н
для этой системы нагружения распределение перемещений на обеих сторонах зубовидного отростка симметрично.
При перегрузке для бокового изгиба были получены значительно более высокие значения перемещений, чем для бокового изгиба без перегрузки: в среднем в 6,5 раз больше для осевого отростка; в 12 и в 9 раз больше для левого и правого оснований верхних суставных поверхностей, соответственно. Соотношение высота позвонка -перемещение принимает линейную форму при характеристическом изменении знака перемещений, когда точка перегиба исчезает. Также при этой системе нагружения заметное увеличение (на 25 %) в перемещениях наблюдается для левого основания
Разгибание, нагрузка 57 Н
Ось отростка
Основание левой суставной поверхности Основание правой суставной поверхности
Разгибание, нагрузка 59 Н
Ось отростка
Основание левой суставной поверхности Основание правой суставной поверхности
ё [мкм] ё [мкм]
Рис. 5. Типичные характеристики перемещений для разгибания: а) Р + АР = 57 Н, б) Р + АР = 59 Н
ё [мкм]
5------
4------
3------
2------
1------
0------
Основание левой суставной поверхности
2,6
0,5 0,8
ТА
Рв
ё [мкм] 5 4 3 2 1 0
Ось отростка
4,4
Рс
0,8 1,0
Ра Рв
Основание правой суставной ё [мкм] поверхности
5 4 3 2 1 0
2,6
0,5
0,8
Рс
р
с
Рис. 6. Сравнение максимальных перемещений ё измеренного для вершины отростка двух оснований суставных поверхностей: РА - сжатие, Рв - боковой изгиб, Рс - растяжение
(Р + АР = 57 Н)
верхней суставной поверхности (на стороне, противоположной точке приложения нагружающей силы) в сравнении с правым основанием (рис. 7).
Для изгиба во фронтальной плоскости (разгибание) были получены почти линейные характеристики. В этом случае значения перемещений оказались в несколько раз больше, чем при боковом изгибе. Это имеет место и для зубовидного отростка и для двух оснований верхних суставных поверхностей. Особенно заметные различия в значениях перемещений наблюдаются в вершине зубовидного отростка, где ё = 4,6 мкм при разгибании, ё = 1,3 мкм при боковом сдвиге и ё = 1,3 мкм при сжатии силой Р + АР = 59 Н.
Увеличение нагрузки больше, чем величина Р + АР = 59 Н, приводило к резкому увеличению перемещений, что отражалось в сильном увеличении числа интерференционных полос. Аналогичное явление наблюдалось, когда имела место перегрузка.
Основание левой суставной й [мкм] поверхности
5
4
3
2
1
0
3,3 Рв
0,8
Рд
Основание правой суставной й [МКМ] повеРхности
5
4
3
2
1
0
2,6
Рис. 7. Сравнение максимальных перемещений й, измеренных для двух оснований верхних суставных поверхностей: РА - сжатие без перегрузки и Рв - боковой изгиб с перегрузкой
(Р + А = 92 Н)
Коэффициент Пирсона корреляции между характеристиками перемещений и полиномиальной кривой степени два был равен Я = 0,98^1 для всех трех систем нагружения.
Максимальные перемещения (определенные по кривым перемещений) при нагрузке Я + АР = 57 Н для всех систем нагружения представлены на рис. 6. Анализ был сделан для характеристических точек на рассмотренных графиках, то есть для вершины зубовидного отростка и для точек, расположенных на основаниях верхних суставных поверхностей.
Для всех схем нагружения наибольшие перемещения отмечены в вершине зубовидного отростка (рис. 6). Наиболее характеристическим, однако, является увеличение в перемещении и зубовидного отростка, и двух оснований верхних суставных поверхностей при разгибании в сравнении с другими двумя системами нагружения: увеличение в 5,5 и 5,2 раза по сравнению со сжатием (для вершины зубовидного отростка и для оснований верхних суставных поверхностей, соответственно).
Вдобавок к этому, анализ изменений в перемещениях (что дает существенный вклад в повреждаемость позвонка С2) был проведен при сжатии и боковом изгибе для двух оснований верхних суставных поверхностей (рис. 7).
При сжатии с перегрузкой распределение на обеих сторонах оснований верхних суставных поверхностей показывает идентичные значения и является симметричным. Тем не менее, в сравнении с физиологическими условиями перемещения увеличились более, чем на 50 %.
Значительные различия наблюдаются в случае бокового изгиба. При изгибе без наложенной перегрузки распределение перемещений на обеих сторонах суставных отростков идентично (рис. 7) и максимальные перемещения достигают одинаковых значений - 0,8 мкм. Перегрузка в этом случае ведет к значительным изменениям на обеих сторонах позвонка С2: перемещения значительно возрастают, в то время как их распределение становится существенно асимметричным (рис. 7). Перемещения увеличиваются до значений 2,6 и 3,3 мкм на наружной и противоположной сторонах, соответственно, что приводит к четырехкратному увеличению в сравнении с системой без перегрузки.
Вдобавок к этому, был проведен анализ изгибающего момента вдоль зубовидного отростка для бокового изгиба и разгибания (рис. 8).
боковой изгиб растяжение
й [мкм]
Рис. 8. Характеристики изгибающего момента для бокового изгиба и растяжения
(Р + АР = 55 Н)
Значение 0 мм на шкале высоты зубовидного отростка (БЫ) относится к точке приложения силы, производящей изгибающий момент (точка Т на уровне передней суставной поверхности). Точка В представляет основание зубовидного отростка и находится на высоте 11 мм. Отрицательные значения перемещений указывают направление перемещения, противоположное направлению, в котором действует нагрузка.
Анализ изгибающего момента показал, что при одинаковой нагрузке значение перемещений вдоль зубовидного отростка в суставе в семь раз больше для разгибания, чем для бокового изгиба. Разгибание (нагрузка приложена в сагиттальной плоскости) представляет механизм, который чаще всего в клинических случаях приводит к переломам.
Заключение
Механизмы, ведущие к повреждению зубовидного отростка, до сих пор представляют актуальный объект исследований, преследующих цель определить соотношение между видом действующей силы (или действующих сил) и начавшимся повреждением.
В результате настоящего исследования было определено влияние нагружения и направления, в котором действует нагружающая сила, на изменение в перемещениях позвонка С2, в особенности на зубовидный отросток.
Исследования были проведены для трех основных систем нагружения, а именно: для сжатия, бокового изгиба и изгиба назад (разгибания), для значений сил, моделирующих действительные нагрузки, испытываемые при нормальных жизненных функциях, и в условиях перегрузки.
Наибольшие перемещения были зарегистрированы при изгибе в сагиттальной плоскости (изгиб назад). Сравнимые значения перемещений для сжатия и бокового изгиба имеют место только при наибольших приложенных нагрузках.
Распределение перемещений в двух основаниях верхних суставных поверхностей (Ь и В) позвонка С2 было симметричным во всех моделированных вариантах физиологического нагружения. Только в случае бокового изгиба с наложенной перегрузкой значительное увеличение (на 25 %) было обнаружено в перемещении левого основания верхней суставной поверхности в сравнении с правым основанием.
Вдобавок к этому, при боковом изгибе имеет место изменение в направлении перемещения основания зубовидного отростка относительно вершины, что может указывать на сдвиг между телом позвонка С2 и его зубовидного отростка. Это вызывает предположение, что перелом начинается у основания суставной поверхности (тип II перелома), расположенной на стороне позвонка, противоположной стороне, где приложена значительная нагрузка. Хотя в клинической практике чисто боковой изгиб не отмечается как главная причина перелома зубовидного отростка [17], полученные результаты указывают, что имеется существенный элемент механизма, ведущего к разрушению этой структуры.
Также в случае сжатия перегрузка приводит к заметному увеличению перемещений в сравнении с вариантом, где нет перегрузки. Тем не менее, клинические наблюдения свидетельствуют, что чистое сжатие приводит, в основном, к повреждению шейных позвонков (перелом Джефферсона) [18].
Экспериментальное исследование [19] и численное моделирование [29] показывают, что комбинированное нагружение, связанное с результирующей силой, действующей диагонально к фронтальной плоскости зубовидного отростка (боковой изгиб - сжатие, боковой изгиб - изгиб назад), чаще всего приводит к повреждению в области зубовидного отростка позвонка С2. Но все же было обнаружено, что сила, связанная с изгибом назад, является основным фактором, вызывающим большинство травм в зубовидном отростке.
Настоящее исследование ясно показало, что действие изгибающей силы в сагиттальной плоскости ведет к значительному увеличению перемещений, даже если приложенная сила увеличивается незначительно. Более того, попытки исследовать перегрузки оказались неудачными, так как увеличение числа интерференционных полос было так велико, что надежный анализ распределения перемещений стал невозможен. Это указывает на то, зубовидный отросток и тело позвонка С2 очень «чувствительны» к действию силы в этом направлении.
Кроме того, анализ изгибающего момента, проведенный для бокового изгиба назад, показал, что значения перемещений вдоль зубовидного отростка при одинаковых нагрузках в среднем в семь раз больше для изгиба назад, чем для бокового изгиба. Результаты ещё раз подтвердили, что травмы в шейном отделе позвоночника из-за механизма разгибания в большинстве случаев ведут к повреждению зубовидного отростка.
Характер распределения изгибающего момента и изменений в распределении перемещений при боковом изгибе и изгибе назад могут быть обусловлены, среди прочих причин, внутренней структурой позвонка С2, то есть изменениями в плотности и распределении кортикальной и трабекулярной костной ткани [22]. Верхние суставные отростки и структуры, расположенные между ними и зубовидным отростком, образуют плотную и компактную массу костной ткани, которая передает нагрузки от позвонка С1 и черепа. Эта структура также соответствующим образом упрочняет и защищает зубовидный отросток позвонка С2 против бокового изгиба. Зубовидный отросток (в особенности, его основание) лишен такой прочной костной опоры в сагиттальной плоскости, что проявляется в его сильной чувствительности к изгибу назад.
Поэтому необходимо провести прочностные эксперименты при динамических нагрузках с силой, приложенной в сагиттальной плоскости позвонка, в которой зубовидный отросток наиболее чувствителен к перемещению.
Несмотря на упрощения (включая отсутствие учета действия связок), данное исследование показало, что зубовидный отросток чувствителен к изгибающим силам, особенно к изгибу назад (разгибанию), и поэтому дан некоторый вклад к знанию распределения перемещений позвонка С2 при физиологических нагрузках и в условиях
перегрузки. Это знание может быть существенным для полного объяснения механизма, ведущего к травмам позвонка С2.
Список литературы
1. Greene, K.A. Acute axis fractures. Analysis of management and outcome in 340 consecutive cases /
K.A. Greene, C.A. Dickman, F.F. Marciano, J.B. Drabier, M.N. Hadley, V.K. Sonntag // Spine. - 1997. -
Vol. 22. - P. 1843-1852.
2. Hadley, M.N. Acute axis fractures: a review of 229 cases / M.N. Hadley, C.A. Dickman, C.M. Browner,
V.K. Sonntag // Journal of Neurosurgery. - 1989. - Vol. 71. - P. 642-647.
3. Adams, V.I. Neck injuries: II. Atlantoaxial dislocation - a pathologic study of 14 traffic fatalities /
V.I. Adams // Journal of Forensic Sciences. - 1992. - Vol. 37. - P. 565-573.
4. Jeanneret, B. Primary posterior fusion C1/2 in odontoid fractures: indications, technique, and results of
transarticular screw fixation / B. Jeanneret, F. Magerl // Journal of Spinal Disorders. - 1992. - Vol. 5. -
P. 464-475.
5. Coyne, T.J. C1-C2 posterior cervical fusion: long-term evaluation of results and efficacy / T.J. Coyne, M.G. Fehlings, M.C. Wallace, M. Bernstein, C.H. Tator // Neurosurgery. - 1995. - Vol. 37. - P. 688-692.
6. Krasuski, M. Fracture of odontoid vertebra - causes, symptoms, treatment / M. Krasuski, J. Kiwerski, K. Jagodzinski // Nowa Medycyna. - 1997. - Vol. 4. - P. 15-20 (in Polish).
7. White, A. Clinical Biomechanics of the Spine / A. White, M. Panjabi. - Philadelphia: J.B. Lippincott Company, 1990.
8. Bqdzinski, R. Biomechanics engineering. Selected problems / R. B^dzinski. - Wroclaw: University of Technology, 1997 (in Polish).
9. Schatzker, J. Fractures of the dens (odontoid process). An analysis of thirty-seven cases / J. Schatzker, C.H. Rorabeck, J.P. Waddell // Journal of Bone and Joint Surgery Br. - 1971. - Vol. 53. - P. 392-405.
10. Huelke, D.F. Cervical injuries suffered in automobile crashes / D.F. Huelke, J. O'Day, R.A. Mendelsohn // Journal of Neurosurgery. - 1981. - Vol. 54. - P. 316-322.
11. Clark, C.R. Fractures of the dens. A multicenter study / C.R. Clark, A.A. White // Journal of Bone & Joint Surgery Am. - 1985. - Vol. 67. - P. 1340-1348.
12. Hadley, M.N. Axis fractures resulting from motor vehicle accidents. The need for occupant restraints / M.N. Hadley, V.K. Sonntag, T.W. Grahm, R. Masferrer, C. Browner // Spine. - 1986. - Vol. 11. - P. 861864.
13. Blauth, M. Fractures of the odontoid process in small children: biomechanical analysis and report of three cases / M. Blauth, U. Schmidt, D. Otte, C. Krettek // European Spine Journal. - 1996. - Vol. 5. - P. 63-70.
14. Anderson, L.D. Fractures of the odontoid process of the axis / L.D. Anderson, R.T. D'Alonzo // Journal of Bone & Joint Surgery. Am. - 2004. - Vol. 86-A(9). - P. 2081.
15. Puttlitz, C.M. Pathomechanisms of failures of the odontoid / C.M. Puttlitz, Vol.K. Goel, C.R. Clark, Vol.C. Traynelis // Spine. - 2000. - Vol. 25. - P. 2868-2876.
16. Alker, G.J. High cervical spine and craniocervical junction injuries in fatal traffic accidents: a radiological study / G.J. Alker, Y.S. oh, E.V. Leslie // The Orthopedic Clinics of North America. - 1978. - Vol. 9. -P. 1003-1010.
17. Mouradian, W.H. Fractures of the odontoid: a laboratory and clinical study of mechanisms / W.H. Mouradian, Vol.G. Fietti, G.Vol. Cochran, J.W. Fielding, J. Young // The Orthopedic Clinics of North America. - 1978. - Vol. 9. - P. 985-1001.
18. Althoff, B. Fracture of the odontoid process. An experimental and clinical study / B. Althoff // Acta Orthopaedica Scandinavica. Supplement. - 1979. - Vol. 177. - P. 1-95.
19. Doherty, B.J. A biomechanical study of odontoid fractures and fracture fixation / B.J. Doherty,
M.H. Heggeness, S.I. Esses // Spine. - 1993. - Vol. 18. - P. 178-184.
20. Teo, E.C. Experimental investigation of failure load and fracture patterns of C2 (axis) / E.C. Teo, J.P. Paul, J.H. Evans, H.W. Ng // Journal of Biomechanics. - 2001. - Vol. 34. - P. 1005-1010.
21. Jasinski, R. Analysis of displacements C2 vertebrae under physiological load. Master's thesis / R. Jasinski. -Wroclaw University of Technology, 2003 (in Polish).
22. Heggeness, M.H. The trabecular anatomy of the axis / M.H. Heggeness, B.J. Doherty // Spine. - 1993. -Vol. 18. - P. 1945-1949.
23. Heller, J.G. Morphology of the dens / J.G. Heller, M.D. Alson, M.B. Schaffler, S.R. Garfin // Spine. - 1992.
- Vol. 17. - P. 738-743.
24. Xu, R. Morphology of the second cervical vertebra and the posterior projection of the C2 pedicle axis /
R. Xu, M.C. Nadaud, N.A. Ebraheim, R.A. Yeasting // Spine. - 1995. - Vol. 20. - P. 259-263.
25. Jasinski, R. Experimental investigation of the axis dens / R. Jasinski, C. Pezowicz // Acta of Bioengineering and Biomechanics. - 2004. - Vol. 6. - P. 51-60.
26. Shelton, J.C. The application of holography to examine plated fracture fixation system / J.C. Shelton, D. Gorman, W. Bonfield // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 1990. - Vol. 1. - P. 146-153.
27. Bqdzinski, R. A study effort of the vertebral by holographic interferometry methods / R. B^dzinski, A. Owczarek, C. Pezowicz // Journal of Medical and Biological Engineering and Computing. - 1999. -Vol. 37. - P. 256-257.
28. Pezowicz, C. Experimental investigation of cervical spine fixators / C. Pezowicz // Acta of Bioengineering and Biomechanics. - 2001. - Vol. 3. - P. 3-14.
29. Graham, R.S. Validation and use of a finite element model of C-2 for determination of stress and fracture patterns of anterior odontoid / R.S. Graham, E.K. Oberlander, J.E. Stewart, D.J. Griffiths // Journal of Neurosurgery. - 2000. - Vol. 93. - P. 117-25.
ANALYSIS OF CHANGES IN VERTEBRA C2 DISPLACEMENT IN PHYSIOLOGICAL CONDITIONS AND UNDER OVERLOAD
R. Jasinski, C. Pezowicz (Wroclaw, Poland)
Odontoid process damage and fracture represent a high percentage of injuries to the human cervical spine. In order to understand the mechanisms leading to damage to vertebra C2, particularly to a fracture of the odontoid process, one needs to investigate the processes taking place in this vertebra under different load conditions. Holographic interferometry was applied to examine changes in odontoid vertebra displacement values and distribution for different loading (compression, lateral bending, extension) systems. The work of the vertebra under different physiological loads and overloads was simulated. The investigations revealed marked changes in the displacement of the dens of C2 and the regions below the two facies articularis superior under a bending load. Particularly large changes in displacements were registered for extension. According to clinical data, the latter changes lead to the most common type of odontoid process fracture.
Key words: spine biomechanics, odontoid - C2, displacement analysis, physiological load, overload, holographic interferometery.
Получено 16 января 2006
