Spis treści Od autora............................................................................................................ 5 Wykaz ważniejszych skrótów i oznaczeń ......................................................... 7 Wprowadzenie .................................................................................................... 9 1. Morfogeneza szkieletu oraz jego wzrost ................................................... 1.1. Budowa kości szkieletowych w okresie rozwoju organizmu ......... 1.1.1. Rozwój bliższego końca kości udowej ................................. 1.1.2. Rozwój kości miednicznej i panewki stawu biodrowego .... 1.2. Mechanizm wzrostu kości szkieletowych. Chrząstka wzrostowa .. 1.3. Czynniki biologiczne regulujące proces wzrostu kości szkieletowych .......................................................................... 1.4. Mechaniczna stymulacja rozwoju elementów kostnych ................. 13 13 17 20 21 24 26 2. Staw biodrowy w mózgowym porażeniu dziecięcym ................................ 40 2.1. Mózgowe porażenie dziecięce i związane z nim problemy szkieletowo-mięśniowe .................................................................... 40 2.2. Deformacje stawu biodrowego w mózgowym porażeniu dziecięcym ................................................ 42 3. Cel, koncepcja oraz zakres pracy .............................................................. 64 4. Trójwymiarowe modelowanie stawu biodrowego w ocenie jego struktury geometrycznej oraz analizie wytrzymałościowej ............................................................... 4.1. Rentgenowska tomografia komputerowa w modelowaniu elementów kostnych .............................................. 4.2. Metodyka trójwymiarowego modelowania geometrycznego stawu biodrowego na podstawie danych tomograficznych ............ 4.3. Trójwymiarowe modele stawu biodrowego w diagnostyce pacjentów z MPDz .................................................... 4.3.1. Ocena jakościowa stawu biodrowego .................................. 4.3.2. Ilościowa ocena stawu biodrowego – propozycja własna .. 67 67 69 76 76 84 5. Modelowanie procesów wzrostu i kostnienia elementów kostnych ........ 89 5.1. Problemy ogólne modelowania w mechanobiologii......................... 89 5.2. Modelowanie fenomenologiczne procesów kostnienia i wzrostu elementów kostnych – przegląd stanu wiedzy ................ 90 5.3. Mechanobiologia tkanki kostnej na poziomie komórkowym ........ 102 5.4. Krytyczna ocena możliwości symulacji warunków biomechanicznych śródchrzęstnego wzrostu kości przy użyciu modeli Cartera i Stokesa ............................................ 5.4.1. Opis modelu ........................................................................ 5.4.2. Analiza wpływu parametrów materiałowych płytki wzrostowej na śródchrzęstny wzrost kości ............ 5.4.3. Analiza wpływu warunków obciążenia i struktury geometrycznej płytki wzrostowej na mechaniczną stymulację wzrostu kości ........................ 5.4.4. Analiza warunków mechanicznej stymulacji wzrostu kości przy działaniu obciążeń cyklicznie zmiennych .................. 104 105 112 127 136 6. Koncepcja wykorzystania gęstości energii odkształcenia do oceny biomechanicznej stymulacji śródchrzęstnego wzrostu kości ................. 144 7. Wpływ czynników mechanicznych na rozwój deformacji stawu biodrowego w mózgowym porażeniu dziecięcym ........................ Wprowadzenie ........................................................................................... 7.1. Biomechanika porażennego stawu biodrowego w literaturze światowej .................................................................. 7.1.1. Obciążenia stawu biodrowego u dzieci z porażeniem mózgowym ................................................... 7.1.2. Symulacja numeryczna deformacji stawu biodrowego w mózgowym porażeniu dziecięcym .................................. 7.2. Ocena obciążeń stawu biodrowego oraz warunków jego rozwoju na podstawie wyników badania tomograficznego ......................... 7.3. Analiza numeryczna warunków mechanicznych rozwoju deformacji stawu biodrowego w mózgowym porażeniu dziecięcym – badania własne ................. 7.3.1. Model geometryczny i materiałowy .................................. 7.3.2. Warunki brzegowe .............................................................. 7.3.3. Metodyka analizy wyników badań ..................................... 7.3.4. Wyniki symulacji numerycznej modelu miednicy ............. 7.3.5. Wyniki symulacji numerycznej uzyskane dla modelu kości udowej .................................................... 7.3.6. Interpretacja wyników badań ............................................. Podsumowanie i wnioski .......................................................................... 156 156 157 157 162 165 170 171 174 179 181 185 194 200 Wnioski końcowe ........................................................................................... 203 Streszczenie ................................................................................................... 207 Słownik wybranych terminów z obszaru mechanobiologii .......................... 209 Bibliografia ..................................................................................................... 213