The nucleus pulposus (NP) in the intervertebral disk (IVD) depends on diffusive fluid transport for nutrients through the cartilage endplate (CEP). Disruption in fluid exchange of the NP is considered a cause of IVD degeneration. Furthermore, CEP calcification and sclerosis are hypothesized to restrict fluid flow between the NP and CEP by decreasing permeability and porosity of the CEP matrix. We performed a finite element analysis of an L3–L4 lumbar functional spine unit with poro-elastic constitutive equations. The aim of the study was to predict changes in the solid and fluid parameters of the IVD and CEP under structural changes in CEP. A compressive load of 500 N was applied followed by a 10 Nm moment in extension, flexion, lateral bending, and axial rotation to the L3–L4 model with fully saturated IVD, CEP, and cancellous bone. A healthy case of L3–L4 physiology was then compared to two cases of CEP sclerosis: a calcified cartilage endplate and a fluid constricted sclerotic cartilage endplate. Predicted NP fluid velocity increased for the calcified CEP and decreased for the calcified + less permeable CEP. Decreased NP fluid velocity was prominent in the axial direction through the CEP due to a less permeable path available for fluid flux. Fluid pressure and maximum principal stress in the NP were predicted to increase in both cases of CEP sclerosis compared to the healthy case. The porous medium predictions of this analysis agree with the hypothesis that CEP sclerosis decreases fluid flow out of the NP, builds up fluid pressure in the NP, and increases the stress concentrations in the NP solid matrix.

椎间盘 (IVD) 中的髓核 (NP) 依赖于通过软骨终板 (CEP) 进行营养物质的扩散性流体运输。NP 的液体交换中断被认为是 IVD 退化的原因。此外，假设 CEP 钙化和硬化通过降低 CEP 基质的渗透性和孔隙率来限制 NP 和 CEP 之间的流体流动。我们使用多孔弹性本构方程对 L3-L4 腰椎功能性脊柱单元进行了有限元分析。该研究的目的是预测在 CEP 结构变化下 IVD 和 CEP 的固体和流体参数的变化。对具有完全饱和的 IVD、CEP 和松质骨的 L3-L4 模型施加 500 N 的压缩载荷，然后在伸展、弯曲、侧向弯曲和轴向旋转中施加 10 Nm 的力矩。然后将一个健康的 L3-L4 生理病例与两个 CEP 硬化病例进行比较：一个钙化的软骨终板和一个流体收缩的硬化软骨终板。钙化 CEP 的预测 NP 流体速度增加，而钙化 + 渗透性较低的 CEP 则降低。由于可用于流体通量的渗透性较小的路径，通过 CEP 的轴向方向的 NP 流体速度降低是显着的。与健康病例相比，预测 NP 中的流体压力和最大主应力在两种 CEP 硬化病例中都会增加。该分析的多孔介质预测与假设一致，即 CEP 硬化减少了流出 NP 的流体流量，在 NP 中建立了流体压力，并增加了 NP 固体基质中的应力集中。钙化软骨终板和流体收缩的硬化软骨终板。钙化 CEP 的预测 NP 流体速度增加，而钙化 + 渗透性较低的 CEP 则降低。由于可用于流体通量的渗透性较小的路径，通过 CEP 的轴向方向的 NP 流体速度降低是显着的。与健康病例相比，预测 NP 中的流体压力和最大主应力在两种 CEP 硬化病例中都会增加。该分析的多孔介质预测与假设一致，即 CEP 硬化减少了流出 NP 的流体流量，在 NP 中建立了流体压力，并增加了 NP 固体基质中的应力集中。钙化软骨终板和流体收缩的硬化软骨终板。钙化 CEP 的预测 NP 流体速度增加，而钙化 + 渗透性较低的 CEP 则降低。由于可用于流体通量的渗透性较小的路径，通过 CEP 的轴向方向的 NP 流体速度降低是显着的。与健康病例相比，预测 NP 中的流体压力和最大主应力在两种 CEP 硬化病例中都会增加。该分析的多孔介质预测与假设一致，即 CEP 硬化减少了流出 NP 的流体流量，在 NP 中建立了流体压力，并增加了 NP 固体基质中的应力集中。钙化 CEP 的预测 NP 流体速度增加，而钙化 + 渗透性较低的 CEP 则降低。由于可用于流体通量的渗透性较小的路径，通过 CEP 的轴向方向的 NP 流体速度降低是显着的。与健康病例相比，预测 NP 中的流体压力和最大主应力在两种 CEP 硬化病例中都会增加。该分析的多孔介质预测与假设一致，即 CEP 硬化减少了流出 NP 的流体流量，在 NP 中建立了流体压力，并增加了 NP 固体基质中的应力集中。钙化 CEP 的预测 NP 流体速度增加，而钙化 + 渗透性较低的 CEP 则降低。由于可用于流体通量的渗透性较小的路径，通过 CEP 的轴向方向的 NP 流体速度降低是显着的。与健康病例相比，预测 NP 中的流体压力和最大主应力在两种 CEP 硬化病例中都会增加。该分析的多孔介质预测与假设一致，即 CEP 硬化减少了流出 NP 的流体流量，在 NP 中建立了流体压力，并增加了 NP 固体基质中的应力集中。与健康病例相比，预测 NP 中的流体压力和最大主应力在两种 CEP 硬化病例中都会增加。该分析的多孔介质预测与 CEP 硬化减少流出 NP 的流体流量、在 NP 中建立流体压力并增加 NP 固体基质中的应力集中的假设一致。与健康病例相比，预测 NP 中的流体压力和最大主应力在两种 CEP 硬化病例中都会增加。该分析的多孔介质预测与 CEP 硬化减少流出 NP 的流体流量、在 NP 中建立流体压力并增加 NP 固体基质中的应力集中的假设一致。