Оцінка просторового розподілу механічних властивостей тканин передньої черевної стінки за даними характеру їх деформування при максимальних функціональних навантаженнях

Abstract

Метою роботи було дослідження змін механічних властивостей передньої черевної стінки при максимальних функціональних навантаженнях. Матеріали і методи дослідження. Дослідження проведене у 112 добровольців віком від 18 до 49 років, що знаходилися на обстеженні та лікуваннів хірургічному відділенні МЛДЦ “Медіон” (м. Полтава) за період із червня 2020 по травень 2021 рр. Жінок було 60 (53,6%), чоловіків – 52 (46,4%). Добровольці були на розділені на 2 групи: основна група (n=58), яким під час обстеження проведений аналіз руху i деформаційні зміни передньої черевної стінки під час максимального надування живота, та контрольна група (n=54), які були планово прооперовані лапароскопічно. Результати дослідження показали наступні зміни механічних властивостей тканин передньої черевної стінки: середні показники деформації у поздовжньому напрямку становили 6% у осіб основної групи і 12% – контрольної; деформації у поперечному напрямку становили 3% у основній групі і 8% – у контрольній; деформація у поздовжньому напрямку перевищувала деформацію у поперечному на 38-54% (у середньому на 46%); площа передньої черевної стінки у осіб основної групи збільшувалася на 10%, а контрольної – на 22% (в середньому на 16%). Під час досліджень передня черевна стінка у поперечній орієнтації зазнавала більших напружень, ніж у поздовжній (коефіцієнт анізотропії ~2). Модуль Юнга передньої черевної стінки у сагітальній площині визначений як 23,5±2,6 кПа, тоді як у поперечній - 42,5±7,0 кПа. Механічні властивості тканин передньої черевної стінки людини відрізнялися вздовж і поперек білої лінії живота: модуль пружності тканин при однаковій силі впливу у поздовжньому напрямку менше, ніж у поперечному, в середньому на 44% (p >0,05). Тобто поздовжня жорсткість передньої черевної стінки нижча, ніж поперечна. Максимальну міцність передня черевна стінка має впоперек білої лінії живота, а найбільшу еластичність – вздовж. Передня черевна стінка у жінок показала підвищену еластичність порівняно з чоловіками, тоді як жорсткість тканини її у чоловіків в обох напрямках була статистично значуще вищою, ніж у жінок (p >0,05). Висновок. Реконструкцiя просторового розподiлу механiчних властивостей тканин передньої черевної стінки за даними характеру їх деформування при максимальних функцiональних навантаженнях дає додаткову можливiсть оцiнки її бiомеханiки. Механiчнi властивостi м’язово-апоневротичних структур передньої черевної стінки у людини вiдрiзняються у повздовжньому i поперечному напрямках. Найбiльшу еластичнiсть вони мають у повздовжньому напрямку, а максимальну жорсткiсть i мiцнiсть – у поперечному. Міцність тканин передньої черевної стінки у чоловіків є вищою, а еластичність меншою, ніж у жінок. Зміни механiчних анiзотропних характеристик тканин передньої черевної стінки при максимальних функцiональних навантаженнях слід враховувати при виконаннi її алопластики.

The purpose of the study was to investigate the changes in the mechanical properties of the anterior abdominal wall at maximum functional loads. Materials and methods. The study was conducted on 112 volunteers aged 18 to 49 years old who were examined and treated in the surgical department of the Medical Diagnostic and Treatment Center «Medion» Poltava for the period from June 2020 to May 2021. There were 60 women (53.6 %), and 52 (46.4%) men. Volunteers were divided into 2 groups: the main group (n=58), which underwent the analysis of movement and deformation changes of the anterior abdominal wall during maximal abdominal inflation during the examination, and the control group (n=54), which were operated laparoscopically due to the schedule. Results and discussion. The results of the study showed the following changes in the mechanical properties of the tissues of the anterior abdominal wall: the average deformation in the longitudinal direction was 6% in the main group and 12% in the control one; deformations in the transverse direction were 3% in the main group and 8% in the control group; deformation in the longitudinal direction exceeded the deformation in the transverse by 38-54% (on average by 46%); the area of the anterior abdominal wall in the main group increased by 10%, and in the control one – by 22% (on average by 16%). During the studies, the anterior abdominal wall underwent greater stresses in the transverse orientation than in the longitudinal one (anisotropy coefficient ~2). The Young’s modulus of anterior abdominal wall in the sagittal plane is defined as 23.5±2.6 kPa, while in the transverse – 42.5±7.0 kPa. The mechanical properties of human anterior abdominal wall tissues differed along and across the white line of the abdomen: the modulus of elasticity of anterior abdominal wall tissues, with the same force of impact, in the longitudinal direction is less than the transverse average of 44% (p >0.05). That is, the longitudinal stiffness of the anterior abdominal wall is lower than the transverse one. The maximum strength of the anterior abdominal wall is across the white line of the abdomen, and the greatest elasticity – along. The anterior abdominal wall in women showed increased elasticity compared to men, while the stiffness of the anterior abdominal wall tissue in men in both directions was statistically significantly higher than in women (p >0.05). Conclusion. Reconstruction of the spatial distribution of the mechanical properties of anterior abdominal wall tissues according to the nature of their deformation at maximum functional loads provides an additional opportunity to assess the biomechanics of anterior abdominal wall. The mechanical properties of the musculo-aponeurotic structures of anterior abdominal wall in humans differ in the longitudinal and transverse directions. They have the greatest elasticity in the longitudinal direction, and the maximum rigidity and strength in the transverse direction. The strength of the anterior abdominal wall tissue in men is higher, and the elasticity is less than in women. Changes in the mechanical anisotropic characteristics of anterior abdominal wall tissues at maximum functional loads should be taken into account when performing the anterior abdominal wall alloplasty technique.