Finite Element Study of Nutrient Diffusion in the Human Intervertebral Disc
Notice bibliographique
Résumé
STUDY DESIGN: The diffusion of small nutrients in the intervertebral human disc was examined using a finite element model. OBJECTIVE: To investigate nutrient transport into the disc using a numerical approach. SUMMARY OF BACKGROUND DATA: The intervertebral disc is the largest avascular tissue in the body. Nutrients necessary for cellular survival diffuse from the blood supply around the disc margins to the cells. Limited analytical studies have been performed and compared with measurements. However, the studies have only considered supply through the center of the nucleus and have only examined single solutes. A more sophisticated model is required to investigate the solute supply. MATERIALS AND METHODS: An axisymmetric finite element model has been created to study the transport of three solutes, i.e., oxygen, glucose, and lactate, using nonlinear consumption-concentration and production-concentration rates. For each of them, data for the consumption/production rate, diffusivity, and concentration in the blood were taken from experimental measurements and used in the model. The effect of varying disc height, exchange area with the blood supply, solute consumption rates, and diffusivities was investigated. RESULTS: The model predicted that concentrations of oxygen and glucose, which are consumed by cells, fell towards the disc center. Concentration levels decreased with a decrease in fractional exchange area and diffusivity, or with an increase in disc height and consumption rate. In contrast, the concentration of lactate, produced by the cells, was highest in the center and fell towards the disc-blood vessel interface. The absolute values of concentrations were in agreement with available measurements in vivo and those computed by few available analytical models, indicating the reliability of the finite element simulations. CONCLUSIONS: Finite element methods can be used to predict concentration gradients of solutes throughout the disc in relation to changes in disc and endplate morphology, disc properties, and cellular activities. This study provides a foundation for investigating the effect of load-induced changes or effects of changes in cellular metabolism on disc nutritional supply.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».