Детальная информация

Данная работа посвящена созданию двумерной вязкоупругой модели роста аксона, позволяющей анализировать влияние посттравматических факторов на регенерацию нервного волокна и проводить оценку терапевтических стратегий восстановления спинного мозга в дальнейшем. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Определение роли аксона в восстановлении нервной проводимости после повреждения спинного мозга. 2. Выявление наиболее значимых в процессе роста структурных компонентов. 3. Создание двухкомпонентной вязкоупругой 2D модели роста ствола аксона с возможностью добавления посттравматических факторов среды. 4. Исследование влияния глиального рубца на характеристики роста аксона. На базе изученных теоретических подходов к математическому описанию биомеханики аксонального роста и представленных в научной литературе данных о его характеристиках, была построена двумерная конечно-элементная модель аксона, учитывающая вязкоупругие свойства аксоплазмы и активную сократительную динамику кортикальной мембраны. В работе были выполнены расчёты напряжённо-деформированного состояния и кинетики роста аксона при различных режимах механического нагружения. Проведён параметрический анализ влияния хеморепульсивного потенциала глиального рубца на продольное перемещение дистального конца аксонального ствола. Выявлено критическое значение амплитуды потенциала, подавляющее рост аксона. Полученная количественная конкретизация ингибирующего фактора даёт возможность для последующей оценки реабилитационных подходов. Для достижения данных результатов в работе был использован программный пакет COMSOL Multiphysics и разработанная в нём вязкоупругая модель роста аксона.

The study focuses on developing a two-dimensional viscoelastic model of axonal growth to analyze the impact of post-traumatic factors on nerve fiber regeneration and to enable the future evaluation of therapeutic strategies for spinal cord repair. The following objectives were addressed during the research: 1. Determining the role of the axon in restoring nerve conduction following spinal cord injury. 2. Identifying the most significant structural components involved in the growth process. 3. Developing a two-component viscoelastic 2D model of the axonal shaft growth with the capability to incorporate post-traumatic environmental factors. 4. Investigating the influence of the glial scar on axonal growth characteristics. Based on the reviewed theoretical approaches to the mathematical description of axonal growth biomechanics and data available in the scientific literature, a two-dimensional finite-element model of the axon was constructed. The model accounts for the viscoelastic properties of the axoplasm and the active contractile dynamics of the cortical membrane. The stress-strain state and growth kinetics of the axon were calculated under various mechanical loading regimes. A parametric analysis was conducted to evaluate the influence of the chemo-repulsive potential of the glial scar on the longitudinal displacement of the distal end of the axonal shaft. A critical threshold value for the potential amplitude that suppresses axonal growth was identified. The resulting quantitative specification of the inhibitory factor provides a foundation for the subsequent evaluation of rehabilitation approaches. To achieve these results, the COMSOL Multiphysics software package was utilized along with the viscoelastic axonal growth model developed therein.