Análise mecânica da coluna lombar com ênfase nos esforços nos ligamentos - David Goncalves de Oliveira (2019)
Este documento descreve simulações pelo método dos elementos finitos da coluna lombar, incluindo cálculos das tensões principais, propriedades mecânicas não-lineares para ossos e ligamentos, e representações dos ligamentos considerando contrações e geometrias naturais, verificando como os princípios das estruturas em tensegridade contribuem para o entendimento de sua estabilidade e os efeitos de próteses discais em sua mobilidade. Este estudo estático não-linear da coluna lombar inclui a construção de modelo geométrico computacional representativo da coluna, definição das condições de contorno e de contato, definição das propriedades mecânicas, geração das malhas de elementos finitos, geração dos resultados, cálculo das rotações, comparação com a literatura e verificação das tensões. O modelo tridimensional citado representa da primeira à quinta vértebra lombar, seus ligamentos e discos. O conjunto foi montado sem interferências e fixado em sua base em todas as direções. Sucessivos estudos não-lineares foram realizados, utilizando condições de contato do tipo colado, e contraindo os ligamentos, longitudinal anterior, longitudinal posterior, amarelos, interespinhais, supra-espinhal e intertransversários, por uma analogia térmica, com o propósito de estabelecer as tensões observadas na coluna lombar natural antes de carregamentos. Após a definição da configuração inicial de equilíbrio, o modelo de elementos finitos do conjunto foi submetido a momentos de 10 Nm em flexão e em extensão. No estudo de próteses discais para a coluna lombar, os materiais dos discos foram substituídos por material protético, mantendo o tipo de estudo, as geometrias, e as condições de contorno e de contato. Malhas e resultados foram gerados para comparar ângulos e tensões entre os modelos para as colunas, natural e protética. As simulações da coluna saudável manifestaram trações permanentes na maioria dos ligamentos, compressões permanentes nos núcleos, e compressões e trações simultâneas nos ossos e anéis. A coluna manifesta evidências de tensegridade, formando ilhas de compressão denominadas complexos comprimidos, dentro de um oceano de tração denominado complexo tracionado e representado pelos ligamentos e estruturas vizinhas. A substituição dos discos, pelo material elástico linear, reduziu os ângulos de flexão e de extensão da coluna lombar. Palavras-chave: estruturas em tensegridade; coluna lombar; modelagem geométrica; método dos elementos finitos; próteses.