Kuopion yliopisto

Julkunen Petro (DI) 8.8.2008

Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta

Lääketieteellinen fysiikka

Relationships between Structure, Composition and Function or Articular Cartilage – Studies based on Fibril Reinforced Poroviscoelastic Modeling (Nivelruston rakenteen, koostumuksen ja toiminnan väliset vuorovaikutukset)

Vastaväittäjä: Professori Robert L. Sah, University of California-San Diego, La Jolla, USA
Kustos: Professori Jukka Jurvelin, Kuopion yliopisto
Aika ja paikka: Perjantai 8.8.2008 klo 12, KYS, Audi 1


Väitöstiedote:

Nivelruston rakenteen, koostumuksen ja toiminnan väliset vuorovaikutukset

Nivelrikko on sairaus, joka aiheuttaa muutoksia luun pintaa suojaavan ohuen kerroksen eli nivelruston rakenteessa ja koostumuksessa. Tämä johtaa muutoksiin myös ruston mekaanisissa ominaisuuksissa ja haittaa nivelen normaalia toimintaa. Pitkälle edetessään nivelrikko on kivulias ja vaikeuttaa liikkumista. Nivelrikkoa sairastaa valtaosa vanhuksista, ja sen yleisyys lisääntyy ikääntyessä. Myös nuorille ihmisille voi kehittyä nivelrikko esimerkiksi niveliä vaurioittavan vamman seurauksena.

Nivelrustossa ei ole hermokudosta, joten rustovaurion oireet ilmenevät vasta toissijaisina, yleensä nivelrikon edettyä jo pitkälle. Nivelrustokudoksen vaurioiduttua taudin aiheuttamat muutokset ovat yleensä pysyviä, eikä niiden korjaamiseen ole tällä hetkellä tehokkaita keinoja. Pitkälle edennyttä nivelrikkoa ei pystytä parantamaan, joten taudin hoito on lähinnä kipuja lievittävää ja sillä pyritään hidastamaan nivelrikon etenemistä. Tällä hetkellä vaikean nivelrikon ainoa kipuja ja liikkuvuutta auttava hoitokeino on keinonivelen asentaminen.

Koska nivelrikon oireet ilmenevät vasta taudin edettyä pitkälle, tapahtuu nivelrikon diagnosointi useimmiten myöhässä. Nykyiset diagnostiset keinot, jotka perustuvat röntgenkuvaukseen, magneettikuvaukseen tai niveltähystykseen, eivät ole tarpeeksi herkkiä havaitsemaan rustossa tapahtuvia varhaisia muutoksia. Näin ollen nivelrikon etenemistä sen alkuvaiheessa ei pystytä nykyisillä keinoilla estämään.

Tietokonemallinnuksen avulla voidaan saada hyvä käsitys nivelruston rakenteen ja toiminnan välisistä yhteyksistä. Mallinnus paljastaa tekijöitä, jotka vaikuttavat nivelrikkoon, sen etenemiseen ja havaitsemiseen. Lisäksi mallinnuksen avulla voidaan ennustaa erilaisten kuormitustilanteiden vaikutusta nivelen hyvinvoinnille.

Väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin nivelrustokudoksen rakenteen ja koostumuksen vaikutusta ruston toimintaan käyttäen kehittyneitä tietokonemalleja, jotka yhdistettiin erilaisten kuvaustekniikoiden tuottamaan tietoon. Käytössä olivat mikroskooppiset ja spektroskooppiset kuvantamismenetelmät, sekä magneettikuvaus. Väitöskirjassa arvioitiin ja pyrittiin mallinnuksen avulla parantamaan myös nykyistä niveltähystyksen yhteydessä tehtävää nivelruston jäykkyysmittausmenetelmää.

Väitöskirjatyössä havaittiin, että nivelruston mekaanisia ominaisuuksia pystytään selvittämään kvantitatiivisin mikroskooppisin ja spektroskooppisin menetelmin. Ruston toimintaa pystyttiin simuloimaan näiden kuvaustekniikoiden tuottaman tiedon avulla. Samalla havaittiin, että magneettikuvausmenetelmien käyttöä ko. tarkoituksiin vaikeuttaa ruston monimutkainen rakenne ja koostumus. Lisäksi väitöskirjatyössä pystyttiin parantamaan merkittävästi niveltähystyksessä käytettävän jäykkyysmittauslaitteen tarkkuutta nivelrikon arvioimisessa.

Väitöskirjatyössä löydettiin yksityiskohtaisia yhteyksiä ruston koostumuksen ja mekaanisten omaisuuksien välille. Löydös on tärkeä, koska juuri rustokudoksen mekaaniset ominaisuudet vaikuttavat nivelen toimintaan. Ne myös muuttuvat herkästi nivelrikon kehittyessä. Erityisen mielenkiintoista oli, että tutkimuksessa pystyttiin ennustamaan ruston normaali ja poikkeava mekaaninen toiminta kvantitatiivisen kuvaustekniikoiden tuottaman tiedon avulla. On toivottavaa, että tutkimuksen löydöksiä ja kehitettyjä tekniikoita voidaan tulevaisuudessa hyödyntää esimerkiksi toiminnallisesti huonolaatuisen nivelruston paikantamiseen magneettikuvauksen avulla, tai ennustamaan liikunnan ja kuormituksen vaikutusta potilaiden nivelten hyvinvointiin sekä nivelrikon mahdolliseen kehittymiseen ja etenemiseen.

Väitöskirja on julkaistu sarjassa Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet, ISBN 978-951-27-0973-1. Sitä voi tilata yliopiston kirjaston julkaisumyynnistä sähköposti: yrjo.valtanen@uku.fi tai verkko-osoitteesta http://www.uku.fi/kirjasto/julkaisutoiminta/julkmyyn.shtml

Lisätietoja:
Petro Julkunen
Kuopion yliopistollinen sairaala, KYS-kuvantamiskeskus
p. 044 717 4118
petro.julkunen@kuh.fi


Kuopion yliopisto
Viestintä
tiedotus_at_uku.fi