Топографо-анатомический анализ и конечно-элементное моделирование динамических и биомеханических закономерностей смещения мышечно-фасциальных футляров шеи

Введение. Вопросы динамической анатомии шеи представляют значительный практический и теоретический интерес. Это связано с особенностями смещения фасциальных слоев при изменении положения головы, описание которых затруднено. Особое значение изучение динамических явлений данной области имеет при анализе морфологических и биомеханических изменений, приводящих к развитию соматической дисфункции.
Цель. На  основании топографо-анатомических исследований, а  также с  помощью конечно-элементного моделирования изучить закономерности смещения фасциальных слоев шеи при поворотах головы на 20º и 50º.
Материалы и методы. При топографо-анатомическом исследовании использованы 18 МРТ-исследований, анализ которых проводили с применением Vidar Dicom Viewer. Для построения конечно-элементной модели использованы данные КТ-исследования пациента без патологических изменений шеи. При последующей обработке данных была построена антропоморфная конечно-элементная модель области шеи и выполнена серия виртуальных топографо-анатомических исследований.
Результаты. 1. Величины вращательного и  углового смещения всех фасций шеи имеют нелинейный характер. 2. Фасции неравномерно смещаются вследствие различия значений углового смещения. 3. Величина углового смещения 2-й фасции на уровне С2-С3, С3-С4 и С4-С5 при повороте головы на 20º, а также на уровне С4-С5 при повороте головы на 50º превышает значение угла поворота головы. 4. Направление вращательного и  углового смещения всех фасций на  уровне С6-С7 соответствует направлению поворота головы, за исключением дорзальной части 4-й фасции шеи, которая на данном уровне смещается в противоположном относительно оси симметрии направлении. 5. Для фасций, расположенных дальше от центра межпозвонкового диска, характерны большие величины углового и вращательного смещения. 6. Скорость изменения отношения вращательного и углового смещений выше на уровне нижних сегментов. 7. Результаты измерений вращательного смещения фасций конечно-элементной модели демонстрируют положительную корреляцию с полученными данными.
Выводы. Закономерности смещения фасций шеи необходимо учитывать при моделировании соматической дисфункции, в процессе диагностики и планирования остеопатических воздействий.

1. Мохов Д.Е., Беляев А.Ф., Азаренков М.Д., Аптекарь И.А., Болотов Д.А., Вяльцев А.В. и др. Остеопатическая диагностика соматических дисфункций в педиатрии: клинические рекомендации. СПб.: Невский ракурс; 2015. 60 с. Режим доступа: http://www.osteopathy-official.ru/rekomendacii_pediatria.pdf?ysclid=lgmcrgxnpr89098514.

2. Schnell H., Wagner F.M., Locher H. Segmental and somatic dysfunction: How does manual medicine work? Orthopade. 2022;51(4):253–262. https://doi.org/10.1007/s00132-022-04230-z.

3. Schnell H. From acute coronary syndrome to zoster: Differential diagnostics in segmental and somatic dysfunction of the thoracic spine and ribs. Orthopade. 2022;51(4):274–282. https://doi.org/10.1007/s00132-022-04227-8.

4. Wagner F.M. Somatic dysfunction of the cervical spine and its complex clinical picture: The fundamentals of diagnostics of cervicobrachialgia and cervicocephalic syndrome through manual medicine. Orthopade. 2022;51(4):263–273. https://doi.org/10.1007/s00132-022-04227-8.

5. Andrews M.A.W. Stretch Receptor and Somatic Dysfunction: A Narrative Review. J Am Osteopath Assoc. 2019;119(8):511–519. https://doi.org/10.7556/jaoa.2019.094.

6. Liem T.A.T. Still’s Osteopathic Lesion Theory and Evidence-Based Models Supporting the Emerged Concept of Somatic Dysfunction. J Am Osteopath Assoc. 2016;116(10):654–661. https://doi.org/10.7556/jaoa.2016.129.

7. Tramontano M., Tamburella F., Dal Farra F., Bergna A., Lunghi C., Innocenti M. et al. International Overview of Somatic Dysfunction Assessment and Treatment in Osteopathic Research: A Scoping Review. Healthcare (Basel). 2021;10(1):28. https://doi.org/10.3390/healthcare10010028.

8. Jung B., Bhutta B.S. Anatomy, Head and Neck, Neck Movements. StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2021. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557555/

9. Lazennec J.Y., Laudet C.G., Guérin-Surville H., Roy-Camille R., Saillant G. Dynamic anatomy of the acetabulum: an experimental approach and surgical implications. Surg Radiol Anat. 1997;19(1):23–30. https://doi.org/10.1007/BF01627730.

10. Armstrong C.G., Bahrani A.S., Gardner D.L. In vitro measurement of articular cartilage deformations in the intact human hip joint under load. JBJS. 1979;61(5):744–755. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/457718/

11. McMurrich J.P. Leonardo da Vinci, the anatomist. Carnegie institution of Washington, Williams & Wilkins Company, Baltimore; 1930. Available at: https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/images/0/0c/1930_Leonardo_da_Vinci_-_the_anatomist.pdf.

12. Pirogov N.I. Anatome Topographica Sectionibus Per Corpus Humanum Congelatum Triplici Directione Ductis Illustrata (Atlas): Fasciculi 1. 1A-1B. St Petersburg; 1853. Available at: https://collections.nlm.nih.gov/catalog/nlm:nlmuid-61120970RX1-mvpart.

13. Anderson P., Chapman P.M., Ma M., Rea P. Real-time medical visualization of human head and neck anatomy and its applications for dental training and simulation. Cur Med Imag. 2013;9(4):298–308. https://doi.org/10.2174/15734056113096660004.

14. Nguyen N., Wilson T.D. A head in virtual reality: Development of a dynamic head and neck model. Anat Sci Educ. 2009;2(6):294–301. https://doi.org/10.1002/ase.115.

15. Clifton W., Damon A., Nottmeier E., Pichelmann M. Investigation of a three‐dimensional printed dynamic cervical spine model for anatomy and physiology education. Clinical Anatomy. 2021;(1):30–39. https://doi.org/10.1002/ca.23607.

16. Zhao G., Jiang G., Xun Yang X., Xireayi P., Wang E. Reconstruction of the Three-dimensional Model of Cervical Vertebrae Segments Based on CT Image and 3D Printing. Zhongguo Yi Liao Qi Xie Za Zhi. 2019;43(6):451–453. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7104.2019.06.016.

17. Zhang Y., Zhou J., Guo X. Biomechanical Effect of Different Graft Heights on Adjacent Segment and Graft Segment Following C4/C5 Anterior Cervical Discectomy and Fusion: A Finite Element Analysis. Med Sci Monit. 2019;25:4169–4175. https://doi.org/10.12659/MSM.916629.

18. Ovsepyan A.L., Smirnov A.A., Pustozerov E.A., Mokhov D.E., Mokhova E.S., Trunin E.M. et al. Biomechanical analysis of the cervical spine segment as a method for studying the functional and dynamic anatomy of the human neck. Ann Anat. 2022;240:151856. https://doi.org/10.1016/j.aanat.2021.151856.

19. Yakovlev E.V., Ovsepyan A.L., Smirnov A.A., Safronova A.A., Starchik D.A., Zhivolupov S.A. et al. Reproducing morphological features of intervertebral disc using finite element modeling to predict the course of cervical spine dorsopathy. Rus Open Med J. 2022;11:e0118. https://doi.org/10.15275/rusomj.2022.0118.

20. Старчик Д.А., Акопов А.Л. Атлас распилов человеческого тела. СПб.: ММЦ; 2020. 172 с.

21. Mitsuhashi N., Fujieda K., Tamura T., Kawamoto S., Takagi T., Okubo K. BodyParts3D: 3D structure database for anatomical concepts. Nucleic Acids Res. 2009;37(Database issue):D782–785. https://doi.org/10.18908/lsdba.nbdc00837-000.

22. Broom N., Thambyah A. Relevant Anatomy and Macro-Level Structure. In: The Soft–Hard Tissue Junction: Structure, Mechanics and Function. Cambridge: Cambridge University Press; 2018, pp. 157–177. https://doi.org/10.1017/9781316481042.007.

23. Disney C.M., Eckersley A., McConnell J.C., Geng H., Bodey A.J., Hoyland J.A. et al. Synchrotron tomography of intervertebral disc deformation quantified by digital volume correlation reveals microstructural influence on strain patterns. Acta Biomaterialia. 2019;92:290–304. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.05.021.

24. Tavakoli J., Diwan A.D., Tipper J.L. Elastic fibers: The missing key to improve engineering concepts for reconstruction of the Nucleus Pulposus in the intervertebral disc. Acta Biomaterialia. 2020;113:407–416. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.06.008.

25. Wade K.R., Robertson P.A., Broom N.D. On how nucleus‐endplate integration is achieved at the fibrillar level in the ovine lumbar disc. J Anat. 2012;221(1):39–46. https://doi.org/10.1111/j.1469-7580.2012.01507.x.

26. Sharabi M., Levi-Sasson A., Wolfson R., Wade K.R., Galbusera F., Benayahu D. et al. The Mechanical Role of the Radial Fiber Network Within the Annulus Fibrosus of the Lumbar Intervertebral Disc: A Finite Elements Study. J Biomech Eng. 2019;141(2):021006. https://doi.org/10.1115/1.4041769.

27. Kraft R.H., Fielding R.A., Lister K., Shirley A., Marler T., Merkle A.C. et al. Modeling Skeletal Injuries in Military Scenarios. In: The Mechanobiology and Mechanophysiology of Military-Related Injuries. Springer, Cham; 2016, pp. 3–35. https://doi.org/10.1007/8415_2016_191.

28. Dreischarf M., Shirazi-Adl A., Arjmand N., Rohlmann A., Schmidt H. Estimation of loads on human lumbar spine: A review of in vivo and computational model studies. J Biomech. 2016;49(6):833–845. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2015.12.038.

29. Henninger H.B., Reese S.P., Anderson A.E., Weiss J.A. Validation of computational models in biomechanics. Proc Inst Mech Eng H. 2010;224(7):801–812. https://doi.org/10.1243/09544119JEIM649.

30. Vasavada A.N., Peterson B.W., Delp S.L. Three-dimensional spatial tuning of neck muscle activation in humans. Exp Brain Res. 2002;147(4):437–448. https://doi.org/10.1007/s00221-002-1275-6.