اثر عملكرد مكانيكي رحم و دهانه آن بر زايمان زودرس زنان باردار: مطالعه مبتني بر تصاوير پزشكي بيمار

پيش‌زمينه و هدف: زايمان زودرس يك فرآيند پيچيده و متأثّر از چندين عامل است كه در آن نارسايي گردن رحم نقش مهمي در برخي بيماران دارد. در بيشتر مدت بارداري، عملكرد مكانيكي مناسب دهانه رحم براي حفظ جنين در رحم لازم است. نرم شدگي پيش از موعد دهانه رحم و كوتاه شدن دهانه رحم دو دليل عمده زايمان زودرس هستند. هدف اين تحقيق بررسي اثر نرم شدن دهانه رحم و تغيير شكل كيسه آمونيوتيك بر عملكرد مكانيكي دهانه رحم در اثر محيط مكانيكي اندام است. مواد و روش‌ كار: مدل‌سازي سه‌بعدي رحم، دهانه رحم و غشاء جنين انسان باردار بر اساس تصويربرداري سه‌بعدي رزونانس مغناطيسي، براي تحليل عملكرد مكانيكي رحم و دهانه رحم تحت بار فيزيولوژيكي بارداري انجام شده است. براي توصيف بافت كلاژني رحم و دهانه رحم در اين تحقيق از ماده سازنده كامپوزيت هايپرالاستيك، ماده زمينه نئوهوكين با فيبرهاي با توزيع پيوسته تصادفي نئوهوكين، استفاده شده است. مقايسه تأثيرگذاري تغيير شكل دهانه رحم بر روي زايمان زودرس با استفاده از در نظر گرفتن دو نوع فيبر، باردار، نرم و تغيير شكل يافته، و غيرباردار، سفت و بدون تغيير شكل انجام پذيرفت. همچنين اثر هندسه كيسه آمونيوتيك با فرض دو هندسه متفاوت براي كيسه آمونيوتيك، تغيير شكل يافته و بدون تغيير شكل و سالم بررسي شده است. بررسي رفتار تغيير شكل بافت در اثر تنش ايجادشده، تغييرات هندسه اندام و اثرات متقابل فيزيكي رحم، گردن رحم و غشاي جنين با به‌كارگيري روش اجزاي محدود و هندسه خاص بيمار بر اساس تحقيقات آزمايشگاهي و عددي پيشين انجام شده است. يافته‌ها: مقدار تنش به‌دست‌آمده در بخش جلويي دهانه داخلي گردن رحم در مدل پايه اين تحقيق، بخشي كه بيشترين تمركز تنش و تغيير شكل در آن اتفاق مي‌افتاد، مطابق پيش‌بيني مطالعات پيشين حدود kPa 5 مي‌باشد. در ساير مدل‌ها تنش مؤثر كم‌تر از اين مقدار و در كم‌ترين حالت kPa 5/3 است. ميزان كرنش در مدل دهانه رحم با بافت كلاژني نرم باردار و كيسه آمونيوتيك تغيير شكل يافته بيشتر از ساير مدل‌ها بود، دليل اين امر اتفاق افتادن هم‌زمان دو عامل ايجادكننده زايمان زودرس مي‌باشد. بحث و نتيجه‌گيري: نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه تغييرات هندسه كيسه آمونيوتيك باعث افزايش بار بر روي دهانه رحم شده كه باعث شروع فرآيند مخروطي شدن مي‌شود. فرآيند مخروطي شدن فرآيندي است كه در طي آن اتساع پيدا كردن اوليه دهانه رحم باعث توليد سيگنال‌هاي شيميايي توسط ماهيچه‌هاي صاف دهانه رحم براي اتساع بيشتر دهانه رحم و درنهايت نارسايي دهانه رحم مي‌شود كه يكي از مهم‌ترين عوامل ايجادكننده زايمان زودرس است.

Background & Aims: Preterm labor is a complex process affected by several factors through which cervical failure plays a vital role in some patients. During the pregnancy, the proper cervical function is required to maintain the fetus in the uterus. Softness and shortness of the cervix are two main causes of preterm delivery. The aim of this study was to investigate the effect of the cervical softening and deformation of amniotic sac on mechanical function of the cervix under the organ mechanical environment. Materials & Methods: A 3D model of the uterus, cervix, and fetal membrane of a pregnant woman was built based on MR imaging in order to analyze the mechanical function of the uterus and cervix under physiological loading of pregnancy. In this study, to describe the collagenous tissue of the uterus and cervix, a hyperelastic composite material with a neo-Hookean ground substance assuming a continuous random fiber distribution was used. The effect of cervical remodeling on preterm delivery was studied using two types of fibers, pregnant, soft, and deformed, and non-pregnant, rigid and non-deformed. Also, the geometrical effects of amniotic sac have been studied by assuming two different geometries for amniotic sac which are deformed, and non-deformed. Behavior of tissue deformation resulted from stress, changes in the geometry of the organs and the interaction between the uterus, cervix and fetal membrane have been studied using finite element method and patient-specific geometry based on previous experimental and numerical investigations. Results: The amount of stress obtained at the front part of the internal mouth of the cervix of the basic model, the part where the highest concentration of stress and deformation occurred, as predicted by previous studies is approximately 5 kPa. In other models, the effective stress is less than this value, and is at least equal to 5.3 kPa. The strain rate in the soft cervical model and the deformed amniotic sac was higher than other models because both causes of early delivery exist simultaneously. Conclusion: The present model shows that changes in the geometry of amniotic sac increase the load on the cervix and initiates the funneling. Funneling is a process in which the initial dilation of the cervix causes the production of chemical signals by the cervix smooth muscle cells causing further cervical dilatation and ultimately cervical insufficiency, which is one of the most important causes of preterm labor.