Анализ адаптационной комфортности различных конструкций эндопротезов тазобедренного сустава

С помощью компьютерного моделирования исследуется пространственное линейно упругое напряженно-деформированное состояние бедренной кости после тотального замещения тазобедренного сустава. Линейность зависимости напряжение-деформация при физиологической нагрузке установлена экспериментально in vitro. Учитывалась трансверсальная изотропия и неоднородность упругих характеристик кости. Усилия прикрепленных к бедру мышц и реакция тазовой кости были вычислены при условии минимальности суммы модулей мышечных усилий. На границе между костью и ножкой металлического эндопротеза предполагалось выполнение условия идеального контакта, которое реализуется при прорастании кости в поры металла. Напряженно- деформированное состояние бедренной кости непосредственно перед установкой эндопротеза принималось естественным, то есть нулевым. При установке эндопротеза предполагалось, что форма канала в бедре точно повторяет форму поверхности сопряжения ножки и, следовательно, остаточные напряжения и деформации в кости после операции отсутствуют. Прогностическая оценка адаптационного поведения кости протезированного бедра под нагрузкой веса тела и усилий мышц при возобновлении ходьбы осуществлена с помощью одномерной (вдоль оси остеона) модели внутренней перестройки плотной костной ткани. Кинетическое уравнение модели адаптационной перестройки устанавливает линейную связь скорости изменения радиуса гаверсова канала с деформационным стимулом адаптации и содержит коэффициент пропорциональности этих величин, зависящий от активности костных клеток. Использованные в модели уравнения балансового типа соответствуют принципам адаптационных изменений в организме человека. Процесс адаптационных изменений пористости и модуля упругости костной ткани исследован на компьютерных моделях цилиндрических образцов, вырезанных из участка диафиза бедра, охватывающего ножку эндопротеза. Полученные кривые имеют монотонный характер. Время установления кривых определяется, в основном, скоростью их изменения в начальный момент времени. Этот факт позволил сформулировать критерий адаптационной комфортности конструкции ножки эндопротеза, позволяющий количественно оценить скорость увеличения пористости кортикального слоя бедренной кости, вызванного перераспределением физиологической нагрузки на костную ткань после установки имплантата. Приведены результаты оценки трех наиболее распространенных типов конструкций имплантатов.