Canis lupus familiaris kaulinio audinio mechaninių savybių ir lūžio rizikos modeliavimas osteoporozės kontekste

Abstract

Mokslinėje literatūroje plačiai aprašytas osteoporozės poveikis žmogaus organizmui. Daugiausia dėmesio skiriama žmogaus sveikatai, o gyvūnai paprastai yra naudojami tik laboratoriniams bandymams ir jiems skiriama nedaug dėmesio. Tačiau šioje disertacijoje didžiausias dėmesys skiriamas būtent šuns juosmens stuburo slanksteliams, jų pokyčiams osteoporozės ir biomechanikos kontekste bei atliktiems tyrimams, kurie yra susiję su pažeisto slankstelio lūžių rizika. Rengiant disertaciją buvo taikomas baigtinių elementų metodas, siekiant sudaryti skaitinį šuns juosmens stuburo slankstelį. Be to, buvo atlikti biomechaniniai, vaizdiniai, histopatologiniai bandymai ir pateikta gautų duomenų analizė. Disertacijos tikslas buvo pasiektas įgyvendinant keturis uždavinius. Buvo sudarytas skaitmeninis šunų juosmeninės stuburo dalies stuburo modelis, o vėliau, naudojant modelį, atlikti biomechaniniai skaičiavimai, siekiant įvertinti su osteoporoze susijusius biomechaninių charakteristikų pokyčius. Mikrokompiuterinė tomografija (mikro-KT) leido įvertinti šunų juosmens slankstelių kaulinio audinio struktūrą ir tankį. Atlikti histomorfometriniai tyrimai leido išsamiau išanalizuoti kaulinio audinio struktūrą bei tankį ir nustatyti, kokia įtaka daroma mechaninėms savybėms. Analizuojant specifinius biologinius rizikos veiksnius, darančius įtaką šunų kauliniam audiniui, pasiūlyta unikali lūžių rizikos balų skaičiuoklė, galinti padėti prognozuoti lūžių riziką šunims, turintiems polinkį sirgti osteoporoze. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, literatūros sąrašas, publikacijų ir pranešimų konferencijose sąrašas, santrauka anglų kalba ir keturi priedai. Įvade aptarta nagrinėjama problema, aktualumas, tyrimo objektai, disertacijos tikslas ir uždaviniai, naujumas ir praktinė reikšmė. Skyriuose išsamiai aprašomas osteoporozės kontekstas medicinos, veterinarijos ir biomechanikos moksluose, pristatoma tyrimo metodika, modelio kūrimas ir rizikos balų skaičiuoklės sukūrimas, analizuojamas šunų aktyvumas prieš ir po kastracijos. Trečiajame skyriuje pateikiami rezultatai, įrodantys, kad šunys gali sirgti osteoporoze. Šie rezultatai pagrindžiami nustačius dideles poras juosmeninėje stuburo dalyje, naudojant mikrokompiuterinę tomografiją ir histomorfometriją. Be to, buvo atlikta realaus ir skaitinio modelio validacija. Disertacijos tema buvo paskelbtos keturios mokslinės publikacijos, indeksuotos Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazėje. Tyrimo rezultatai buvo pristatyti šešiose mokslinėse konferencijose Lietuvoje ir užsienyje. Tikimasi, kad ši disertacija paskatins tolesnius šios srities mokslinius tyrimus ir paskatins naujus svarstymus apie šunų osteoporozės gydymą, skiriant šių gyvūnų sveikatos tyrimams deramą dėmesį.

The effects of osteoporosis on the human body have been extensively de-scribed in the scientific literature. The focus is on human health, while ani-mals are used only as laboratory subjects and receive little attention. There-fore, this dissertation focuses on the canine lumbar spine, its changes in the context of osteoporosis and biomechanics, and the studies that have been performed to determine the risk of fracture of the affected vertebrae. In the preparation of the dissertation, a finite element method was used to con-struct a numerical model of the canine lumbar spine. In addition, biomechanical, imaging and histopathological tests were performed, and an analysis of the data obtained was presented. The aim of the dissertation was achieved through four objectives. A digital model of the canine lumbar spine was constructed, and biomechanical calculations were subsequently performed using the model to assess the changes in biomechanical performance associated with osteoporosis. Micro-computed tomography (micro-CT) allowed the assessment of the structure and density of the canine lumbar vertebral bone tissue. The histomorphometric studies allowed for a more detailed analysis of the structure and density of the bone tissue, as well as the influence of the mechanical properties. A unique fracture risk score has been proposed to analyse the specific biological risk factors affecting canine bone tissue. The dissertation consists of an introduction, three chapters, general conclusions, a list of references, a list of publications and conference presentations, an abstract in English and four appendices. The introduction discusses the problem, the relevance, the objects of study, the aim and objectives of the dissertation, the novelty and the practical significance. The chapters provide a detailed description of the context of osteoporosis in medicine, veterinary medicine and biomechanics, present the study methodology, model development and the development of a risk score calculator, and analyse the activity of the dogs before and after castration. The third chapter presents the results which demonstrate that dogs can develop osteoporosis. These results are substantiated by the detection of large pores in the lumbar spine using micro-computed tomography and histomorphometry, as well as validation of the real and numerical models. Four scientific publications have been published on the topic of the dissertation, indexed in the Clarivate Analytics Web of Science database. The results of the research were presented at six scientific conferences in Lithuania and abroad. It is hoped that this thesis will stimulate further research in this field and lead to new considerations on the treatment of osteoporosis in dogs, with due attention being paid to the health research of these animals.