Біомеханічний аналіз умов функціонування ендопротеза колінного суглоба при вальгусних деформаціях кінцівки у хворих на ревматоїдний артрит
Authors: Lazarev I.A. , Babko A.M. , Avtomeenko E.M. , Skiban M.V. 
Published: June 2018

Актуальність. Ураження колінного суглоба (КС) при ревматоїдному артриті (РА) супроводжується формуванням контрактур і розвитком дискордантних деформацій нижніх кінцівок, що, зі свого боку, призводять до часткової або повної втрати функції кінцівки. Аналіз даних вітчизняної та зарубіжної літератури свідчить про те, що питанню пато- і механогенезу фронтальних деформацій колінних суглобів у хворих на РА приділяється недостатня увага, умови функціонування ендопротеза КС з наявністю вальгусних та варусних деформацій кінцівки у хворих на РА мало вивчені. Мета роботи: вивчити можливості функціонування ендопротеза КС при компенсації дефектів виростків великогомілкової кістки за допомогою кісткових трансплантатів чи металевих аугментів при різних величинах вальгусної деформації у хворих на РА; вивчити поведінку та стабільність біомеханічної моделі «кістка — ендопротез» при компенсації дефекту зовнішнього виростка великогомілкової кістки кістковим автотрансплантатом чи металевим аугментом 5, 10 та 15 мм. Матеріали та методи. На основі КТ-сканів створені імітаційні комп’ютерні моделі КС, що налічували елементи з різними механічними властивостями — стегнова кістка, феморальний компонент ендопротеза, поліетиленова вставка, тибіальний компонент ендопротеза та великогомілкова кістка. За допомогою програмного пакета SolidWorks побудовано імітаційні моделі КС за умов його вальгусної деформації за наявності трансплантата виростка великогомілкової кістки 5, 10 та 15 мм із кісткової тканини та металу (аугмент). Подальші розрахунки напружено-деформованого стану моделі здійснювали методом скінченних елементів у програмному пакеті ANSYS (чисельний метод). Результати. Під дією навантаження наявність кісткового трансплантата 5, 10 та 15 мм призводила до збільшення на близько 20 % значень напружень на стегновій кістці з локалізацією по контуру контакту з феморальним компонентом ендопротеза. На тибіальному компоненті ендопротеза показники напружень зросли на 77 % за наявності кісткового трансплантата 5 мм та поступово зменшувались до 66 % при збільшенні його розміру до 15 мм. Наявність кісткового трансплантата 5, 10 та 15 мм призводила до збільшення значень напружень на великогомілковій кістці майже у 2 рази з локалізацією в метадіафізарній зоні кортикальної кістки. Основне збільшення показників напружень відбувалося на плато великогомілкової кістки з локалізацією по контуру тибіального компонента ендопротеза, де наявність кісткового трансплантата призводила до збільшення значень від 65 % при його розмірах 5 мм майже в 3 рази — до 15 мм. Під дією навантаження наявність металевого аугмента для заміщення дефекту латерального виростка великогомілкової кістки розміром 5 та 10 мм призводила до зростання значень напружень на стегновій кістці на 20 % із наступним їх зниженням до 5 % при розмірі 15 мм. За наявності металевого аугмента 5, 10 та 15 мм значення напружень зменшувались на феморальному компоненті ендопротеза на 37–40 %. Наявність металевого аугмента 5, 10 та 15 мм обумовила значне підвищення показників напружень на тибіальному компоненті ендопротеза — у 9, 10 та 12 разів відповідно. Наявність металевого аугмента 5 та 10 мм призводила до збільшення значень напружень на великогомілковій кістці на 95–97 %, а при збільшенні розміру трансплантата до 15 мм — на 69 %. Наявність металевого аугмента 5 мм та збільшення його розміру до 10 та 15 мм призводили до підвищення показників напружень на плато великогомілкової кістки на 38, 10 та 8 % відповідно. Висновки. Збльшення показників напружень на ділянці плато великогомілкової кістки з перевищенням гранично допустимих значень при застосуванні кісткового трансплантата розміром 10 та 15 мм є фактором розвитку явищ нестабільності тибіального компонента ендопротеза. Для заміщення дефекту зовнішнього виростка великогомілкової кістки до 6,1 мм доцільно застосування кісткового трансплантата. Дефекти більшого розміру потребують застосування металевого аугмента.