Біомеханічне обґрунтування методики ущільнення стінок кульшової западини під час ендопротезування в умовах остеопорозу

Abstract

Osteoporosis worsens the qualitative and quantitative characteristics of bone, which is a hostile environment for the stable long-fixation of acetabular component in hip joint endoprosthesis. Despite the large number of biomechanical studies of the stress-strain distribution in the acetabular component after hip arthroplasty, fixation of cup under osteoporotic conditions remains controversial and not studied well. Object: biomechanical reasoning for methods of acetabular wall augmentation during hip joint arthroplasty under the conditions of osteoporosis.Methods: in thisstudyfinite element method has been used. Pelvis and hip joint simulation in the different walking phases after total hip arthroplasty has been performed. We consider three phases for two cases of arthroplasty. The work is a continuation of earlier research conducted on a mathematical model of the pelvis, which made some changes. Simulation of left hip joint arthroplasty with endoprosthesis «Zimmer» with polyethylene liner. Bone density characteristic of the acetabular part has been changed as for osteoporosis. Also for the second option in osteoporotic acetabular zone cylindrical shape autotransplantats with a diameter of 6 mm and a length of 6 to 13 mm modeled. Results revealed that level of stress-strain state of the acetabulum in all phases of walking increases after arthroplasty in terms of osteoporosis as compared to normal model and in the case of walls augmentation using autotransplantat it is reduced. Conclusion:it has been proved the feasibility of bone autotransplantat using for acetabular walls augmentation during hip joint arthroplasty.Остеопороз ухудшает качественные и количественные характеристики костной ткани, является неблагоприятным условием для стабильной длительной фиксации ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава. Несмотря на большое количество биомеханических исследований, посвященных анализу напряженно-деформированного состояния вертлужной впадины после эндопротезирования, вопрос фиксации чашки в условиях остеопоротических изменений костной ткани остается дискуссионным и недостаточно исследованным.Цель: биомеханически обосновать методики уплотнения стенок вертлужной впадины при эндопротезировании в условиях остеопороза.Методы: в работе с помощью метода конечных элементов проведено моделирование таза и тазобедренного сустава человека в различных фазах ходьбы после его эндопротезирования. Рассмотрены три фазы для двух вариантов эндопротезирования. Работа является продолжением ранее проведенных исследований на математической модели таза, в которую внесли определенные изменения. Проведено моделирование при установлении в левый тазобедренный сустав эндопротеза «Zimmer» с полиэтиленовым вкладышем. Для участка впадины изменены свойства костной ткани на остеопоротические. Также для второго варианта эндопротезирования в остеопоротические ткани вертлужной впадины моделировали костные аутотрансплантаты цилиндрической формы диаметром 6 мм и длиной от 6 до 13 мм.Результаты: установлено, что уровень напряженно-деформированного состояния вертлужной впадины во всех фазах ходьбы повышается после эндопротезирования в условиях остеопороза по сравнению с моделью в норме, а в случае уплотнения ее стенок с помощью аутотрансплантатов — снижается. Выводы: доказана целесообразность использования костных аутотрансплантатов для уплотнения остеопоротических стенок вертлужной впадины при эндопротезировании тазобедренного сустава.Остеопороз погіршує якісні та кількісні характеристики кісткової тканини, що є несприятливою умовою для стабільної тривалої фіксації ацетабулярного компонента ендопротеза кульшового суглоба. Незважаючи на велику кількість біомеханічних досліджень, присвячених аналізу напружено-деформованого стану кульшової западини після ендопротезування, питання фіксації чашки за умов остеопоротичних змін кісткової тканини залишаються дискусійними і недостатньо дослідженими.Мета: біомеханічно обґрунтувати методики ущільнення стінок кульшової западини під час ендопротезування в умовах остеопорозу.Методи: у роботі за допомогою методу кінцевих елементів проведено моделювання таза та кульшового суглоба людини в різних фазах ходьби після його ендопротезування. Розглянуто три фази для двох варіантів ендопротезування. Робота є продовженням проведених раніше досліджень на математичній моделі таза, в яку внесли певні зміни. Проведено моделювання з встановленим у лівий кульшовий суглоб ендопротезом «Zimmer» із поліетиленовим вкладишем. Для ділянки западини змінені властивості кісткової тканини на остеопоротичні. Також для другого варіанту ендопротезування в остеопоротичній тканині кульшової западини моделювали кісткові автотрансплантати циліндричної форми діаметром 6 мм і довжиною від 6 до 13 мм.Результати: встановлено, що рівень напружено-деформованого стану кульшової западини в усіх фазах ходьби підвищується після ендопротезування в умовах остеопорозу порівняно з моделлю в нормі, а у випадку ущільнення її стінок за допомогою автотрансплантатів — знижується.Висновки: доведено доцільність використання кісткових автотрансплантатів для ущільнення остеопоротичних стінок кульшової западини під час ендопротезування кульшового суглоба.