Оцінювання первинної стабільності ацетабулярних компонентів, які загвинчуються та запресовуються, за умов ендопротезування кульшового суглоба

Abstract

Arthroplasty is one of the most common and effective treat­ments for degenerative diseases and injuries of the hip joint, but marked increase in the number of revision procedures asso­ciated with instability of the implant, including cups, and a pair of friction problems. Objective: using biomechanical methods to evaluate the primary acetabular stability with screwing up and press-fit components. Methods: to evaluate the stress-strain state and subchondral spongy tissues in the acetabular zone under load of 1000 H, developed a simplified design scheme of the hip joint and healthy model of «bone – cup – insert – head» implant using finite element method. Press-fit and that screwing up cups were studied. Results: in healthy hip joint any stress concentrators are absent. Maximum values are 0.09 MPa stress-strain state on the strength of spongy bone tissue 12.17 MPa. The most strenous share of subchondral bone is part of the roof — 16.24 MPa for her strength of 150–200 MPa. If using press-fit cups revealed increasing tension of spongy tissue in 4 ÷ 5 times, and at the entrance to the subchondral acetabular zone — 2 ÷ 3 times. With the use of screw up cups t transferring the load on the pelvic bone closest to the healthy joint. Small lo­cal stress concentrators in the spongy tissue occur in the contact zone of the threaded subchondral and spongy tissue and at a dis­tance of 1mm their value is reduced by 2–3 times and does not exceed 0.3 MPa. Conclusions: the use of screw up cup has ad­vantages, especially in osteoporosis, because after implantation load on the pelvic bone close to the stress-strain state of healthy hip joint.

Эндопротезирование является одним из самых эффективных и распространенных методов лечения дегенеративных заболеваний и травм тазобедренного сустава (ТБС), однако отмечен рост количества ревизионных вмешательств, связанных с нестабильностью эндопротеза, в частности чашки, и проблемами пары трения. Цель: оценить с помощью биомеханических методов первичную стабильность запрессовываемого и ввинчиваемого ацетабулярных компонентов после эндопротезирования ТБС. Методы: для оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) субхондральной и спонгиозной тканей в области вертлужной впадины под действием нагрузки 1000 Н разработана упрощенная расчетная схема здорового ТБС и модели системы «кость – чашка – вкладыш – головка эндопротеза» с использованием метода конечных элементов. Изучены чашки, которые запрессовываются и ввинчиваются. Результаты: в здоровом ТБС отсутствуют любые концентраторы напряжений. Максимальные значения НДС составляют 0,09 МПа при прочности спонгиозной костной ткани 12,17 МПа. Наиболее напряженной частью субхондральной кости является участок крыши — 16,24 МПа при ее прочности 150–200 МПа. При использовании запрессовываемой чашки выявлено увеличение напряжения спонгиозной ткани в 4 ÷ 5 раз, а субхондральной на входе в вертлужную впадину — в 2 ÷ 3 раза. В условиях применения завинчивающихся чашек передача нагрузки на тазовую кость наиболее приближена к здоровому суставу. Небольшие локальные концентраторы напряжений в спонгиозной ткани возникают в зоне контакта резьбового пера с субхондральной и спонгиозной тканями и на расстоянии 1 мм их значение снижается в 2–3 раза и не превышает 0,3 МПа. Выводы: использование ввинчиваемой чашки имеет преимущества, особенно в условиях остеопороза, поскольку после ее имплантации нагрузка на костную ткань таза приближена к НДС здорового ТБС.

Ендопротезування є одним із найбільш ефективних та розповсюджених методів лікування дегенеративних захворювань і травм кульшового суглоба (КС), проте відмічено зростання кількості ревізійних втручань, пов’язаних із нестабільністю ендопротеза, зокрема чашки, та проблемами пари тертя. Мета: оцінити за допомогою біомеханічних методів первинну стабільність ацетабулярних компонентів, які загвинчуються та запресовуються, після ендопротезування КС. Методи: для оцінювання напружено-деформованого стану (НДС) субхондральної та спонгіозної тканин в ділянці кульшової западини під дією навантаження 1000 Н розроблено спрощену розрахункову схему здорового КС та моделі системи «кістка – чашка – вкладиш – головка ендопротеза» з використанням методу кінцевих елементів. Вивчено чашки, які запресовуються та загвинчуються. Результати: у здоровому КС відсутні будь-які концентратори напружень. Максимальні значення НДС становлять 0,09 МПа за міцності спонгіозної кіст­кової тканини 12,17 МПа. Найбільш напруженою часткою субхондральної кістки є ділянка даху — 16,24 МПа за її міцності 150–200 МПа. У разі використання чашки, яка запресовується, виявлено збільшення напруження спонгіозної тканини в 4 ÷ 5 разів, а субхондральної на вході в кульшову западину — у 2 ÷ 3. За умов застосування чашок, які загвинчують, передавання навантаження на тазову кістку найбільш наближене до здорового суглоба. Невеликі локальні концентратори напружень у спонгіозній тканині виникають у зоні контакту різьбового пера з субхондральною та спонгіозною тканинами і на відстані 1 мм їх на значення знижується у 2–3 рази і не перевищує 0,3 МПа. Висновки: використання загвинчувальної чашки має переваги, особливо за умов остеопорозу, оскільки після її імплантації навантаження на кісткову тканину таза наближено до НДС здорового КС.