Az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok által támogatott tudományos projekt a Budapesti Műszaki Egyetem és az Országos Gerincgyógyászati Központ kollaborációjában valósul meg. A tudományos vizsgálat célja, hogy a közelmúltban kifejlesztett új gerincműtéti technikákat biomechanikai szempontból vizsgálja, illetve, hogy elterjedt műtéti technikák máig nem ismert mechanizmusú szövődményeinek kialakulására biomechanikai magyarázatot találjon. A biomechanikai vizsgálatok és a hozzájuk kapcsolódó számítógépes modellezés segítségével összehasonlíthatjuk a sebészi módszereket a gerincoszlop fizikai tulajdonságaira gyakorolt hatásuk szempontjából. Az eredmények a szövődmények kialakulásának megértéséhez és végeredményben - a technikák tökéletesítésével - azok elkerüléséhez vezetnek.

Az OTKA által támogatott biomechanika vizsgálat fejezetei

1. A szomszédos szegmentum szindróma biomechanikai vizsgálata
Az Országos Gerincgyógyászati Központban nagy számban végzett fúziós műtétek nyomán jelentős számban jelentkeznek a szomszédos szegmentum szindrómával küszködő betegek. Szükségessé vált annak biomechanikai elemzése, hogy van-e klinikai előnye a nem-fúziós és mozgásmegtartó stabilizáló rendszereknek a merev fúziós módszerekkel szemben, mivel ez mindezidáig egyértelműen nem nyert bizonyítást.

1.1. A szomszédos szegmentum szindróma vizsgálata mozgásanalízissel
A szomszédos szegmentum probléma vizsgálatára in vivo mozgáselemzést alkalmazunk. Ennek során azt állapítjuk meg, hogy a műtéti technika hogyan befolyásolja a szomszédos szegmentumok mozgástartományát, a gerinc teljes alakját, a súlyvonal helyzetét, a gerinc élettani görbületeinek fokát. Vizsgáljuk továbbá a kompenzációs mozgások és kóros mozgásminták létrejöttét és mértékét.
A vizsgálat az Országos Gerincgyógyászati Központ klinikai gyakorlatában alkalmazott műtéti technikákra terjed ki. Az elvárt minimális esetszám a fúzión átesett betegcsoportban és a nem-fúziós, illetve mozgásmegtartó műtéttel kezelt betegcsoportban csoportonként 50 fő.
A kutatás az alábbi munkafolyamatokból áll:
- In vivo utánkövetéses mozgásvizsgálat a műtétre kerülő betegeknél a műtét előtt és a műtét után, rögzített kontroll időpontokban. A gerinc alakjának, mozgástartományának és izomműködésének rögzítése. A szomszédos szegmentumok mozgástartománya közvetlen műtét után, valamint adott időintervallumok elteltével, a változások követése.
- A mérések eredményeinek értékelése, összevetése az alkalmazott műtéti technikák szempontjából, és összevetve a 1.2. pontbeli numerikus szimuláció eredményeivel.
- Az utánkövetés és a vonatkozó adatok kiértékelése túlmutat a jelen OTKA pályázat időkeretein. Az elvárt minimális átlagos utánkövetés 2 év, mely rövidtávú eredménynek felel meg, ezért a vizsgálatot a pályázat 4. évén túl is folytatni kívánjuk.
A vizsgálat személyi és tárgyi feltételei, etikai engedély:
A mozgásvizsgálatok gerincsebész, röntgen asszisztens, radiológus orvos, gyógytornász, pszichológus asszisztens közreműködésével történnek. A vizsgálathoz hordozható számítógép, Spinal Mouse mozgásmérő műszer, ZEBRIS mozgásmérő rendszer és WinSpine programcsalád szükséges. A vizsgálat a Tudományos Kutatási Etikai Bizottság engedélyéhez kötött, mely már rendelkezésre áll.
A kutatás várható haszna:
Amennyiben bizonyítást nyer, hogy a nem-fúziós és mozgásmegtartó rögzítési rendszerek preventíven hatnak a szomszédos szegmentum porckorongjának degenerációjára, jelentősen csökkenhetnének a műtét következtében fellépő újabb panaszok és az esetleges újabb műtétek, amely komoly előrelépést és költségmegtakarítást jelenthetne a degeneratív gerincbetegségek műtéti kezelése terén.

2. Csontritkulással társult degeneratív gerincbetegségek új műtéti eljárásának biomechanikai vizsgálata
Az Országos Gerincgyógyászati Központban nagy számban végeznek olyan gerinc-stabilizáló műtéteket, amelyeknél a porckorong degenerációja a csigolyák csontritkulásával társul. A csontritkulással társult degeneratív gerincbetegségek kezelése kiemelt jelentőségű népegészségügyi feladat, ezért az új műtéti technikák hatékonyságának biomechanikai vizsgálata fontos feladat.

2.1. A csontritkulással szövődött degeneratív gerincbetegségek csontcementből kialakított távtartót alkalmazó új műtéti eljárásának (osteoplastica) biomechanikai vizsgálata nyomókísérletek alapján
Az Országos Gerincgyógyászati Központban már évek óta alkalmazott, világviszonylatban új módszer lényege, hogy a csontritkulásos gerincet stabilizáló fúziós műtéteknél alkalmazott fém távtartó helyett csontcementből alakítanak ki távtartót az eltávolított porckorong helyének egy részén, míg a másik részére kerül az összecsontosodást célzó csontzúzalék. A módszer előnye, hogy a cement gyors szilárdulásakor kialakuló távtartó idom nagyobb felületen és pontosabban fekszik fel a csigolyák csontritkulás miatt szabálytalan alakúvá degenerálódott véglemezeire, mint a fém távtartók, csökkentve ezzel a hagyományos távtartók csontritkulásos környezetben történő alkalmazásakor észlelt besüllyedés jelenségét.
Az új módszer hatékonyságát in vitro mechanikai szilárdságvizsgálat útján tervezzük igazolni.
A kutatás az alábbi munkafolyamatokból áll:
- A szegmentumok kísérleti mintadarabjainak elkészítése, hagyományos rögzítési technikákat és a csigolyaközi cementezés új módszerét alkalmazva, a csigolyaközti tér kitöltésének - elülső, hátulsó, teljes - különböző eseteire, és különböző mechanikai tulajdonságú cementfajtákkal.
- Biomechanikai laboratóriumban folyamatos és ciklikus terhelésnél mérjük a hagyományos és a discoplasticával rögzített szegmentumok stabilitását és teherbírását, teherbíró képességét, vizsgáljuk a véglemez-beroppanást, cementvándorlást, csavarlazulást, és vizsgáljuk a cement minőségének és elhelyezkedésének a hatását.
- A kísérleti eredmények összehasonlító értékelésénél eredményeinket a 2.2. pontban leírt numerikus szimuláció eredményeivel is összehasonlítjuk.
A vizsgálat személyi és tárgyi feltételei, etikai engedély:
A biomechanikai kísérletek gerincsebész, biomechanikus mérnök és asszisztens részvételével történnek. A kutatáshoz sebészeti célszerszámok, mechanikai vizsgálógép és hordozható számítógép szükséges. A vizsgálat a Tudományos Kutatási Etikai Bizottság engedélyéhez kötött, mely még nem áll rendelkezésre.
A kutatás várható haszna:
Az új - rendkívül egyszerű és gazdaságos - rögzítési stratégia jelentős előrelépést hozhat az egyre komolyabb népegészségügyi problémát jelentő csontritkulással szövődött degeneratív gerincbetegségek műtéti kezelése terén.

3. Csontritkulásos csigolyák új cementezési eljárásainak biomechanikai elemzése
A csontritkulásban megroppant csigolyák hagyományos megerősítési módja a csigolyák cementtel történő kitöltése, melynek során a csigolya csontállományába cementet injektálnak. Ennek a technikának a hátránya, hogy a nyomás következtében a cement a környező szövetekbe is behatol. Az utóbbi időben több új cementezési technika került előtérbe, ezek közül két új módszer kísérleti mechanikai vizsgálatát tervezzük.

3.1. Csigolyák cementezési eljárásainak összehasonlító elemzése nyomókísérletek alapján
Az egyik új módszer lényege, hogy a megroppant csigolyába egy ballont helyeznek, azt felfújják, ezáltal egy gömb-alakú üreg keletkezik a csigolya szivacsos állományában, majd a ballont kihúzzák, és az üregbe a cementet benyomják. Ennek során a cement a számára előkészített üregben marad, nem terjed szét a környező szövetekben, így a nem kívánt károsító mellékhatások kevésbé érvényesülnek. A másik új módszer lényege, hogy elektromos hőenergiával viszkózussá teszik a bekevert cementpépet, és ezt nyomják be a megroppant csigolyatestbe. A viszkózus cement nem tud szétterjedni a környező szövetekben, így a nem kívánt károsító mellékhatások itt sem jelentkeznek. Ennek a két új műtéti technikának in vitro nyomókísérletek alapján történő biomechanikai elemzését tervezzük.
A kutatás az alábbi munkafolyamatokból áll:
- Cadaver csigolyák cementezése hagyományos, ballonos és hőkezelt cementezési módszerrel.
- CT-rétegfelvételek készítése a cementeloszlás meghatározásához.
- A preparált csigolyákat egyirányú nyomóteszttel és ciklikus terheléssel juttatjuk el a törésig. A töréskép meghatározására a tönkremenetel után is készítünk CT felvételeket.
- Az eredmények értékelése és összehasonlítása, összevetése a 3.2. pontbeli numerikus vizsgálat eredményeivel.
A vizsgálat személyi és tárgyi feltételei, etikai engedély:
A nyomókísérletek gerincsebész, biomechanikus mérnök és asszisztens részvételével történnek. A kutatáshoz sebészeti célszerszámok, cementkompresszor, cementhőkezelő műszer, mechanikai tesztgép és hordozható számítógép szükséges. A vizsgálat a Tudományos Kutatási Etikai Bizottság engedélyéhez kötött, mely még nem áll rendelkezésre.
A kutatás várható haszna:
Amennyiben a vizsgálat igazolja az új cementezési technika hatékonyságát, a csigolyák megfelelő szilárdságát és teherbíró-képességét, a hagyományos cementezés káros mellékhatásai elkerülhetők lennének, amely előrelépést jelentene a csontritkulással társuló degeneratív gerincbetegségek műtéti kezelése terén.

4. Konzervatív terápiák biomechanikai vizsgálata
A műtéti beavatkozások megelőzésére igen fontos szerepe van a konzervatív terápiáknak (gyógytorna, nyújtás), amelyek célja a felborult izomegyensúly helyreállítása, a kóros mozgások mérséklése, a megfelelő tartás kialakítása és a fájdalom megszüntetése. Szükségessé vált annak biomechanikai elemzése, hogy van-e kimutatható előnye, vagy esetleges kockázata egy-egy konzervatív terápiának.

4.1. A gyógytorna hatásának vizsgálata mozgásanalízissel
Az Országos Gerincgyógyászati Központban jelentkező betegek a műtétet megelőzően gyógytornán vesznek részt. A mozgáselemzéses vizsgálat célja annak kimutatása, hogy mennyire közelíthető meg az egészséges mozgásmintázat, terheléseloszlás, valamint izomegyensúly a gyógytornával. Meghatározzuk a gerinc alakját, anatómiai görbületeinek mértékét, a súlyvonal helyzetét, mozgástartományát, egyes szegmentumok egymáshoz viszonyított helyzetét, valamint a gerinc körüli felületi izmok aktivitását, az izomerő mértékét. A vizsgálat során az Országos Gerincgyógyászati Központban gyógytornára beutalt betegek összehasonlító biomechanikai analízisét végezzük el. A betegeket a saját egészséges korosztályukkal hasonlítjuk össze.
A kutatás az alábbi munkafolyamatokból áll:
Az egészséges és a gyógytornára beutalt betegek utánkövetéses mozgás- és izomegyensúly-vizsgálata, a kezelés megkezdése előtt és meghatározott kontroll időpontokban.
A mérések eredményeinek összevetése a beteg és egészséges személyeknél. A gyógyulási folyamat követése, amely időben túlmutat a jelen OTKA pályázat keretein.
A vizsgálat személyi és tárgyi feltételei, etikai engedély:
A mozgásvizsgálatok gerincsebész, gyógytornász és biomechanikus mérnök részvételével történnek. Az adatfeldolgozást statisztikus végzi. A vizsgálathoz hordozható számítógép, ZEBRIS mozgásvizsgáló rendszer és a hozzákapcsolódó WinSpine programcsomag, valamint Spinal Mouse mozgásmérő műszer, valamint felületi EMG szükséges. A vizsgálat a Tudományos Kutatási Etikai Bizottság engedélyéhez kötött, mely már rendelkezésre áll.
A kutatás várható haszna:
Az eredményekből a gyógytorna hatékonysága számszerűen megjeleníthető, amelynek szerepe lehet a műtéti kezelések megelőzésében.