Polvinivelen vammat sattuvat tyypillisesti urheilun seurauksena, kuten esimerkiksi jalkapalloa, rugbya tai jääkiekkoa pelatessa. Tällä hetkellä ei ole kuitenkaan tietoa, mitkä vammoista johtavat vakavaan posttraumaattiseen nivelrikkoon, jossa niveltä suojaava rustokerros kuluu pois aiheuttaen kipua ja johtaen liikuntakyvyttömyyteen. Ylikuorman on ajateltu olevan yksi merkittävä tekijä taudin syntyyn, mutta tarkemmat mekanismit posttraumaattisen nivelrikon synnylle ja etenemiselle eivät ole tiedossa. Tämän takia posttraumaattisen nivelrikon etenemistä ei kyetä ennustamaan eikä tällöin potilasta hoitava lääkäri kykene antamaan tarkkaa arvioita voiko nivelessä havaittava vamma johtaa nivelrikkoon vai ei.
MSc Gustavo Orozco Grajalesin väitöskirjassa kehitettiin uusia laskennallisia polvinivelen tietokonemalleja arvioimaan kudosten (kuten nivelrusto ja nivelsiteet) kuormituksia kävelyn aikana. Väitöskirjassa kehitettiin myös nivelruston rappeutumista kuvaava algoritmi perustuen kokeellisiin havaintoihin. Algoritmissa huomioitiin erilaisia nivelruston rappeutumisen mekanismeja, kuten esimerkiksi liiallinen muodonmuutos ja kudosnesteen nopeus. Lopuksi kehitettyä algoritmia hyödynnettiin laskennallisessa mallissa simuloimaan nivelrustossa olevan vamman etenemistä potilailla, joille oli tehty eturistisiteen korjausoperaatio.
Väitöskirjan löydökset paljastivat, että matemaattisella mallilla, joka huomioi tarkasti nivelsiteet ja muut pehmytkudokset, on merkittävä vaikutus polvinivelen toimintaan ja nivelruston kuormituksiin kävelyn aikana. Mallit, joissa algoritmi huomioi nivelruston rappeutumisen eri mekanismeja, kykenivät ennustamaan rustovamman ympärillä samanlaisia kudosmuutoksia, kuten havaittiin kokeellisissa mittauksissa. Lisäksi malli kykeni ennustamaan potilaskohtaisesti nivelruston rappeutumisen samoissa paikoissa, jotka havaittiin myös magneettikuvista kaksi vuotta eturistisiteen korjausoperaation jälkeen.
Kehitettyä menetelmää voisi tulevaisuudessa hyödyntää kliinisessä päätöksenteossa arvioimaan potilaskohtaisesti nivelrustovammojen laatua ja saamaan tarkempaa tietoa siitä, johtaako vamma posttraumaattiseen nivelrikkoon ja millä aikajänteellä. Tätä tietoa voisi soveltaa suunnitellessa yksilöllisiä hoito- ja kuntoutustoimenpiteitä.
Väittelijä on saanut väitöstutkimukselleen EU:n Horisontti 2020 Marie Sklodowska-Curie -rahoitusta (nro 713645).
MSc Gustavo Orozco Grajalesin sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Mechanobiological modeling of articular cartilage: predicting post-traumatic knee osteoarthritis tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 22.5. (verkossa). Vastaväittäjänä toimii professori Yasin Y. Dhaher, Northwestern University, USA, ja kustoksena professori Rami Korhonen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuus on englanninkielinen.
