Дослідження напружено-деформованого стану елементів кульшового суглоба у випадках асептичного некрозу головки стегнової кістки в дітей (повідомлення друге)

Abstract

Objective: to study the stress-strain state of the hip joint elements in cases of different localization of the destruction of the femoral head due to aseptic necrosis in children with lesions 50 and 75 % of its volume. Methods: on mathematical models of the hip joint, the stress-strain state was investigated in the case of femoral head defects of 50 and 75 % of its volume of various localization. The model consisted of components with the properties of cancellous and compact bone tissue, as well as with growth zones with the mechanical characteristics of cartilage. The models were loaded with a vertical distributed force of 270 N. Reproduced the action m. gluteus medius of 450 N and m. gluteus minimus force of 200 N. Results: when we increased the area of the femoral head defect up to 50 % at weight bearing on a limb the values of maximum stresses increased in all studied areas of the model compared to the normal state and the case of 25 % defect. At increased defect upto 75 % in the critical zone, the stress-strain state reached the number of 31.9 MPa, stress increased on its lateral edge in the cortical layer up to 25.6 MPa, and in the cancellous boneup to 9.1 MPa. Stress decreased on the medial edge of the defect to 5.0 MPa in the cortical layer and up to 0.8 MPa — in the cancellous bone. Near the middle part of the defect stress increased in the cortical layer to 4.8 MPa, and in the cancellous bone decreased to 0.8 MPa. Conclusions: in the models with a lesions size of 50 and 75 %, the most unfavorable is the location of the defect on the border of the upper edge of the acetabulum and the upper part of the femoral head, in the zone of its greatest load. If the volume of the femoral head goes up to 50 %, with the weight bearing on the limb the values of maximum stresses increase practically on all studied areas of the hip joint model. The size of the lesion of the femoral head up to 75 % leads to an increasing of magnitude of the stresses in the loaded areas and to a decreasing in other investigated areas.Цель: изучить напряженно-деформированное состояние (НДС) компонентов тазобедренного сустава в случаях различной локализации разрушения головки бедренной кости (ГБК) вследствие асептического некроза у детей с поражением 50 и 75 % от ее объема. Методы: на математических мо­делях тазобедренного сустава исследовано НДС в случае дефектов ГБК 50 и 75 % от ее объема различной локализации. В состав модели входили компоненты со свойствами губчатой и компактной костной ткани, а также зоны роста с механическими характеристиками хряща. Модели нагружали вертикальной распределенной силой величиной 270 Н. Воспроизводили действие m. gluteus medius силой 450 Н и m. gluteus minimus силой 200 Н. Результаты: при увеличении величины дефекта головки бедренной кости до 50 % от площади ее суставной поверхности при опоре на конечность возрастают величины максимальных напряжений практически на всех исследованных участках модели по сравнению с нормой и случаем с дефектом 25 %. При увеличении дефекта до 75 % в критической зоне НДС достигло показателя 31,9 МПа, по его латеральному краю отмечено увеличение величины напряжений в корковом слое до 25,6 МПа, а в губчатой кости — до 9,1 МПа. По медиальном краю дефекта зафиксировано уменьшение величин напряжений до 5,0 МПа в корковом слое и до 0,8 МПа — в губчатой кости. Вблизи средней части дефекта напряжение возросло в корковом слое до 4,8 МПа, а в губчатой кости снизилось до 0,8 МПа. Выводы: в моделях с объемом поражения ГБК 50 и 75 % наиболее неблагоприятным является расположение дефекта на границе верхнего края вертлужной впадины и верхней части ГБК, в зоне ее наибольшей нагрузки. Если объем поражения ГБК достигает 50 %, при опоре на конечность возрастают величины максимальных напряжений практически на всех исследованных участках модели ТБС. Увеличения размера поражения ГБК до 75 % приводит к повышению величин напряжений в нагружаемых участках и к снижению в других исследованных зонах.Мета: вивчити напружено-деформований стан (НДС) компонентів кульшового суглоба у випадках різної локалізації руйнування головки стегнової кістки (ГСК) унаслідок асептичного некрозу в дітей із ураженням 50 і 75 % від її обсягу. Методи: на математичних моделях кульшового суглоба досліджено НДС у разі дефектів ГСК 50 і 75 % від її обсягу різної локалізації. До складу моделі входили компоненти з властивостями губчастої та компактної кісткової тканини, а також зони росту з механічними характеристиками хряща. Моделі навантажували вертикальною розподіленою силою величиною 270 Н. Відтворювали дію m. gluteus medius силою 450 Н і m. gluteus minimus силою 200 Н. Результати: у разі збільшення величини дефекту головки стегнової кістки до 50 % від площі її суглобової поверхні під час опори на кінцівку зростають величини максимальних напружень практично на всіх досліджених ділянках моделі порівняно з нормою і випадком із дефектом 25 %. За умов збільшення дефекту до 75 % у критичній зоні НДС досяг показника 31,9 МПа, на його латеральному краї відзначено збільшення величини напружень у корковому шарі до 25,6 МПа, а в губчастій кістці — до 9,1 МПа. По медіальному краю дефекту зафіксовано зменшення величин напруження до 5,0 МПа в корковому шарі і до 0,8 МПа — в губчастій кістці. Поблизу середньої частини дефекту напруження зросло в корковому шарі до 4,8 МПа, а в губчастій кістці знизилося до 0,8 МПа. Висновки: у моделях з обсягом ураження ГСК 50 і 75 % найнесприятливішим є розташування дефекту на межі верхнього краю кульшової западини та верхньої частини ГСК, у зоні її найбільшого навантаження. Якщо обсяг ураження ГСК досягає 50 %, за умов опори на кінцівку зростають величини максимальних напружень практично на всіх досліджених ділянках моделі КС. Збільшення розміру дефекту ГСК до 75 % призводить до підвищення величин напружень у ділянках, які зазнають навантаження, та до зниження в інших досліджених зонах.