Полный текст

Эндопротезирование тазобедренного сустава явля-ется эффективным способом лечения опорно-двига¬тель-ного аппарата, когда консервативное лечение перестает давать положительные результаты и не может выполнять часть основных функций. Операция по эндопротезированию тазобедренного сустава заключается в замене подвижного соединения бедренной и тазовой кости аналогом из биоинертного материала. Ежегодно в мире выполняют более 1 млн операций по эндопротезированию [1–12]. Увеличение операций по протезированию тазобедренного сустава (ТБС) к 2030 г. составит 572 тыс., что на 174 % больше в срав-нении с 2005 г. [1–4; 12]. Тенденция к росту числа опе-раций по эндопротезированию ТБС связана с увеличе-нием средней продолжительности жизни населения, так как после 40 лет процесс роста мышечной и костной тканей снижается, уменьшается уровень выработки половых гормонов, что приводит нарушению равновесия между процессами образования и резорбции костной ткани, а также к профициту процессов резорбции. Так как тазобедренный сустав является одним из самых нагруженных подвижных соединений в теле че-ловека, то к требованиям биологической совместимости добавляется важнейшее требование – обеспечение не-сущей способности в течение длительного промежутка времени. Большое количество работ посвящено оценке на-пряженно-деформированного состояния (НДС) эндо-протезов ТБС [5–12]. В работах импланты изготовлены из металлических материалов. Металлические материалы имеют более высокие упругие и прочностные характеристики, что приводит к расшатыванию импланта в силу большой разницы в модулях упругости костной ткани и импланта. Существенная разница в упругих характеристиках ограничивает распределение нагрузки от импланта к кости. УУКМ имеет близкие упругие характеристики к на-тивной кости человека, что исключает возможную ре-зорбцию костной ткани. В работах [5–12] исследова-лись импланты, механические характеристики которых известны, а сами материалы являлись изотропными, что не представляло сложности при моделировании. Экспе-риментальное определение механических свойств од-нонаправленных УУКМ представляет большую слож-ность. Матрица УУКМ создается в процессе формова-ния конструкции и не существует отдельно от УУКМ, поэтому нет возможности экспериментально измерить свойства. Свойства матрицы УУКМ необходимо моде-лировать. Данное обстоятельство затрудняет прогнози-рование свойств с помощью механики композиционных материалов. Исследование несущей способности эндопротеза и оценка верности гипотезы о первичном разрушении пироуглеродной матрицы в УУКМ вызвано проведен-ным авторами экспериментом (рис. 1). Эксперимент состоял в нагружении эндопротеза вертикальной силой до момента разрушения (рис. 2, 3). Далее нагрузка сни-малась, и протез нагружался вторично. Рис. 1. Эксперимент по нагружению эндопротеза Fig. 1. Experimental loading of the endoprosthesis Рис. 2. Диаграмма нагружения эндопротеза Fig. 2. Experimental loading of the endoprosthesis Рис. 3. Вид конструкции после проведения первого нагружения (красным цветом выделены места разрушения) Fig. 3. View of the structure after the first loading (points of destruction are highlighted in red) Визуальный осмотр места разрушения выявил (см. рис. 3), что разрушение происходит от межволо-конных сдвигов, пироуглеродная матрица разрушается, а волокна нет. При вторичном нагружении эндопротез продолжает сохранять несущую способность. Нагружение на разрывной машине не является анатомической нагрузкой, так как результирующая мышечных и массовых сил направлена под некоторым углом к фронтальной оси. Для точного определения несущей способности эндопротеза необходимо моде-лировать биомеханическую систему «эндопротез – кость», учитывая сложную структуру УУКМ.

Об авторах

Е. С. Разумовский

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В. Е. Шавшуков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

А. Н. Аношкин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 208

PDF (Russian) - 185