Исследование механических свойств костной ткани

Автор: Удинцева Мария Юрьевна, Зайцев Дмитрий Викторович, Волокитина Елена Александровна, Антропова Ирина Петровна, Кутепов Сергей Михайлович

Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii

Рубрика: Оригинальные статьи

Статья в выпуске: 4 т.28, 2022 года.

Бесплатный доступ

Введение. Изучение прочностных свойств трабекулярной кости области вертлужной впадины в зависимости от возраста и пола пациентов позволяет создать теоретическую основу для разработки костнозамещающих конструкций. Цель. Определить механические характеристики костной ткани надацетабулярной области у пациентов разного пола и разных возрастных групп. Материалы и методы. Исследовался кадаверный материал 60 лиц обоего пола: 20 - молодого возраста (от 18 до 44 лет), 20 - среднего возраста (от 45 до 59 лет) и 20 пожилого возраста (от 60 до 74 лет). Из надацетабулярной области при помощи остеотома извлекались фрагменты костной ткани размером 3 × 3 × 1,5 см. Из данных фрагментов при помощи корончатой фрезы изготавливались образцы цилиндрической формы диаметром 6 мм и высотой 9 мм. Все образцы подвергались одноосному сжатию со скоростью нагружения 1 мм/мин. Результаты. Сравнение исследуемого материала лиц мужского пола по максимальному напряжению, модулю упругости и упругой деформации не выявило возрастных различий (р > 0,05). В образцах лиц женского пола разного возраста статистически значимо отличалась величина упругой деформации как при множественном анализе, так и при попарном сравнении групп (р 0,05). Обсуждение. Полученные данные о механическом поведении трабекулярной кости и значения параметров прочности объясняются расположением в пространстве волокон структурных белков, профилем сшивки коллагена, степенью минерализации матрикса, структурой гидроксиапатита и количеством связанной воды. Заключение. В исследованных образцах лиц мужского пола механические характеристики трабекулярной кости надацетабулярной области значимо не изменялись в зависимости от возраста. У женщин с возрастом статистически значимо увеличивалась величина упругой деформации. Максимальное напряжение и упругий модуль у женщин разного возраста изменений не показали.

Еще

Трабекулярная костная ткань, надацетабулярная область, механические свойства, одноосное сжатие, эндопротезирование тазобедренного сустава

Короткий адрес: https://sciup.org/142235723

IDR: 142235723 | DOI: 10.18019/1028-4427-2022-28-4-559-564

Список литературы Исследование механических свойств костной ткани

Расчетное исследование прочности эндопротеза из материала с градиентной ячеистой структурой / В.Ш. Суфияров, А.В. Орлов, А.А. Попович, М.О. Чуковенкова, А.В. Соклаков, Д.С. Михалюк // Российский журнал биомеханики. 2021. Т. 25, № 1. С. 64-77.
Impaction grafting of the acetabulum with ceramic bone graft substitute mixed with femoral head allograft: high survivorship in 43 patients with a median follow-up of 7 years: a follow-up report / M.R. Whitehouse, P.J. Dacombe, J.C. Webb, A.W. Blom // Acta Orthop. 2013. Vol. 84, No 4. P. 365-370. DOI: 10.3109/17453674.2013.792031.
Среднесрочные результаты ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава с использованием ацетабулярных аугментов / А.А. Корыткин, Я.С. Новикова, К.А. Ковалдов, С.Б. Королёв, А.А. Зыкин, С.А. Герасимов, Е.А. Герасимов // Травматология и ортопедия России. 2019. Т. 25, № 1. С. 9-18. DOI: 10.21823/2311-2905-2019-25-1-9-18.
The effects of revision total hip arthroplasty on Medicare spending and beneficiary outcomes: implications for the comprehensive care for joint replacement model / L. Koenig, C. Feng, F. He, J.T. Nguyen // J. Arthroplasty. 2018. Vol 33, No 9. P. 2764-2769.e2. DOI: 10.1016/j.arth.2018.05.008.
Relating mechanical properties of vertebral trabecular bones to osteoporosis / R. Cesar, J. Bravo-Castillero, R.R. Ramos, C.A.M. Pereira, H. Zanin, J.M.D.A. Rollo // Comput. Methods Biomech. Biomed. Engin. 2020. Vol. 23, No 2. P. 54-68. DOI: 10.1080/10255842.2019.1699542.
Medial acetabular wall breach in total hip arthroplasty - is full-weight-bearing possible? / F. Mandelli, S. Tiziani, J. Schmitt, C.M.L. Werner, H.P Simmen, G. Osterhoff // Orthop. Traumatol. Surg. Res. 2018. Vol. 104, No 5. P. 675-679. DOI: 10.1016/j.otsr.2018.04.020.
Двухэтапное реэндопротезирование тазобедренного сустава при обширном дефекте костной ткани вертлужной впадины (случай из практики) / В.В. Павлов, И.В. Кирилова, М.В. Ефименко, В.А. Базлов, Т.З. Мамуладзе // Травматология и ортопедия России. 2017. Т. 23, № 4. С. 125-133. DOI: 10.21823/2311-2905-2017-23-4-125-133.
Механосенситивность различных клеток: возможная роль в регуляции и реализации эффектов физических методов лечения (обзор) / Ю.П. Потехина, А.И. Филатова, Е.С. Трегубова, Д.Е. Мохов // Современные технологии в медицине. 2020. № 4. С. 77-90.
Моделирование микроокружения мезенхимных стволовых клеток как перспективный подход к тканевой инженерии и регенеративной медицине (краткий обзор) / И.А. Хлусов, Л.С. Литвинова, К.А. Юрова, Е.С. Мелащенко, О.Г. Хазиахматова, В.В. Шуплецова, М.Ю. Хлу-сова // Бюллетень сибирской медицины. 2018. Т. 17, № 3. С. 217-229.
Гаврюшенко Н.С., Батраков С.Ю., Баламетов С.Г. Сравнительная характеристика механико-прочностных свойств углеродного нанострук-турного имплантата и нативной кости // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. 2020. Т. 19, № 1. С. 108-115.
Micro-CT based finite element modelling and experimental characterization of the compressive mechanical properties of 3-D zirconia scaffolds for bone tissue engineering / E. Askari, I.F. Cengiz, J.L. Alves, B. Henriques, P. Flores, M.C. Fredel, R.L. Reis, J.M. Oliveira, F.S. Silva, J. Mesquita-Guimaraes // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. Vol. 102. P. 103516. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2019.103516.
Chahal S., Kumar A., Hussian F.S.J. Development of biomimetic electrospun polymeric biomaterials for bone tissue engineering. A review // J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 2019. Vol. 30, No 14. P. 1308-1355. DOI: 10.1080/09205063.2019.1630699.
Defektadaptierte azetabulare Versorgung mit der Trabecular-Metal-Technologie / G.I. Wassilew, V. Janz, C. Perka, M. Müller // Orthopade. 2017. Vol. 46, No 2. P. 148-157. DOI: 10.1007/s00132-016-3381-3.
Sufiiarov V.S., Borisov E.V. Effect of heat treatment modes on the structure and properties of alloy VT6 after selective laser melting // Metal Science and Heat Treatment. 2019. Vol. 60, No 1-2. P. 745-748. DOI: 10.1007/s11041-019-00350-0.
Dumas M., Terriault P., Brailovski V. Modelling and characterization of a porosity graded lattice structure for additively manufactured biomaterials // Materials and Design. 2017. Vol. 121. P. 383-392. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.02.021.
Mechanical basis of bone strength: influence of bone material, bone structure and muscle action / N.H. Hart, S. Nimphius, T. Rantalainen, A. Ireland, A. Siafarikas, R.U. Newton // J. Musculoskelet. Neuronal Interact. 2017. Vol. 17, No 3. P. 114-139.
Tissue-Level Mechanical Properties of Bone Contributing to Fracture Risk / J.S. Nyman, M. Granke, R.C. Singleton, G.M. Pharr // Curr. Osteoporos. Rep. 2016. Vol. 14, No 4. P. 138-150. DOI: 10.1007/s11914-016-0314-3.
Morgan E.F., Unnikrisnan G.U., Hussein A.I. Bone Mechanical Properties in Healthy and Diseased States // Annu. Rev. Biomed. Eng. 2018. Vol. 20. P. 119-143. DOI: 10.1146/annurev-bioeng-062117-121139.
Киченко А.А. Перестройка структуры губчатой костной ткани: математическое моделирование // Российский журнал биомеханики. 2019. Т. 23, № 3. С. 336-358.
Mechanical properties of cancellous tissue in compression test and nanoindentation / G. Kokot, A. Makuch, K. Skalski, J. Banczerowski // Biomed. Mater. Eng. 2018. Vol. 29, No 4. P. 415-426. DOI: 10.3233/BME-180999.
Имитационное компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния систем «кость-имплантат» при применении им-плантатов из циркониевых сплавов / О.Н. Мищенко, А.В. Копчак, Н.Г. Крищук, И.А. Скиба, Д.М. Черногорький // Современная стоматология. 2017. № 2. С. 62-68.
Numerical simulation of the inelastic behavior of a structurally graded material / A.V. Orlov, V.S. Sufiiarov, E.V. Borisov, I.A. Polozov, D.V. Masaylo, A.A. Popovich, M.O. Chukovenkova, A.V. Soklakov, D.S. Mikhaluk // Letters on Materials. 2019. Vol. 9, No 1. P. 97-102. DOI: 10.22226/24103535-2019-1-97-102.
3D-printed cellular structures for bone biomimetic implants / S. Limmahakhun, A. Oloyede, K. Sitthiseripratip, Y. Xiao, C. Yan // Additive Manufacturing. 2017. Vol. 15. P. 93-101. DOI: 10.1016/J.ADDMA.2017.03.010.
A cadaver-based biomechanical model of acetabulum reaming for surgical virtual reality training simulators / L. Pelliccia, M. Lorenz, C.E. Heyde, M. Kaluschke, P. Klimant, S. Knopp, S. Schleifenbaum, C. Rotsch, R. Weller, M. Werner, G. Zachmann, D. Zajonz, N. Hammer // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, No 1. P. 14545. DOI: 10.1038/s41598-020-71499-5.
Zaytsev D., Gilev M.V., Izmodenova M.Yu. Mechanisms of Fracture of the Trabecular Bone Tissue of Periarticular Localization during a Depressed Fracture // Russian Metallurgy (Metally). 2020. No 4. P. 357-363. DOI: 10.1134/S0036029520040369.
Comparative characteristic of the methods of certification of deformed microstructure of trabecular bone tissue / M.V. Gilev, D.V. Zaitsev, M.Y. Izmodenova, D.V. Kiseleva, V.I. Silaev // Russian Journal of Biomechanics. 2019. Vol. 23, No 2. P. 202-208.
Возможности 3D-визуализации дефектов вертлужной впадины на этапе предоперационного планирования первичного и ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава / М.А. Садовой, В.В. Павлов, В.А. Базлов, Т.З. Мамуладзе, М.Ф. Ефименко, А.М. Аронов, А.А. Панченко // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2017. № 3. С. 37-42. DOI: 10.32414/0869-8678-2017-3-37-42.
Экспериментальное исследование механических свойств полилактида Н.А. Корж, М.С. Шидловский, В.Б. Макаров, А.А. Заховайко, О.В. Танькут, М.Ю. Карпинский, О.Д. Карпинская, Д.О. Чуприна // Травма. 2019. № 6. С. 5-11.
Автоматизированное проектирование и аддитивные технологии изготовления индивидуальных конструкций для ревизионного эндопро-тезирования тазобедренных суставов / Г.Д. Дмитревич, Н.Г. Рыжов, С.М. Аль Ноумани, Р.М. Тихилов, А.В. Цыбин, П. Н. Вопиловский // SCM-2016: Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. Saint-Petersburg, 2016.
Segmental acetabular rim defects, bone loss, oversizing, and press fit cup in total hip arthroplasty evaluated with a probabilistic finite element analysis / F. Amirouche, G.F. Solitro, A. Walia, M. Gonzalez, A. Bobko // Int. Orthop. 2017. Vol. 41, No 8. P. 1527-1533. DOI: 10.1007/s00264-016-3369-y.
Позиционирование индивидуальных вертлужных компонентов при ревизиях тазобедренного сустава: действительно ли они подходят как «ключ к замку»? / А.Н. Коваленко, Р.М. Тихилов, С.С. Билык, И.И. Шубняков, М.А. Черкасов, А.О. Денисов // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2017. № 4. С. 31-37. DOI: 10.32414/0869-8678-2017-4-31-37.

Еще

Статья научная