Анализ напряженного состояния элементов системы «бедренная кость — имплантат» при функциональных нагрузках эндопротеза тазобедренного сустава
Authors: Loskutov O.O. , Levadnyi Ye.V. 
Published: January 2022

Отмечая высокую эффективность эндопротезирования тазобедренного сустава, следует принимать во внимание негативные последствия, связанные с нарушением биомеханического баланса в системе «кость — эндопротез» в процессе его эксплуатации, и в частности бедренного компонента. Цель исследования: анализ напряженного состояния бедренной кости и ножки эндопротеза с метафизарно-диафизарным типом фиксации при различных уровнях костномозгового канала бедренной кости. Материалы и методы. Методом конечных элементов проведен численный анализ напряженного состояния бедренной кости и ножки эндопротеза с метафизарно-диафизарной фиксацией системы «ОРТЭН» при различных типах ее фиксации в костномозговом канале бедренной кости под действием функциональных нагрузок для прогнозирования эксплуатационной надежности эндопротеза. При фиксации эндопротеза размеры канала в области фиксации принимались на 1 мм меньше размера ножки имплантата. Результаты. Расчеты показали, что напряженное состояние ножки эндопротеза определяется сочетанием изгибающего момента во фронтальной плоскости и силы сжатия в осевом направлении. С латеральной стороны ножки и шейки формируются растягивающие напряжения, а с медиальной — сжимающие, причем абсолютная величина растягивающих напряжений на одном и том же уровне ножки несколько меньше, чем сжимающих. Значения напряжений на латеральной и медиальной стороне отличаются в среднем на 8 %. Выявлено, что для данного вида ножки эндопротеза тазобедренного сустава наиболее опасным является чисто диафизарный тип фиксации, поскольку может привести к усталостному перелому ножки, особенно малого размера. При метафизарном типе фиксации, а также при опоре на калькар значения напряжений значительно снижаются. Выявлено, что с латеральной стороны кости возникают растягивающие напряжения, а с медиальной — сжимающие (растягивающие напряжения меньше сжимающих на 13 %). При диафизарном, а также диафизарно-дистально-метафизарном типе фиксации большая часть нагрузки на введенную ножку обходит проксимальную часть бедренной кости и передается непосредственно на ее диафиз, вследствие чего возможно развитие проксимального stress-shielding-эффекта и гипертрофии кости. При моделировании установки эндопротеза в канал бедренной кости площадь контакта имплантата с костью строго определяется типом фиксации ножки эндопротеза. Расчеты показали, что приемлемая картина распределения напряжений в бедренной кости достигается в случае площади контакта ножки эндопротеза с костью ≥ 50 %. Выводы. В зависимости от уровня фиксации в бедренной кости прямой ножки квадратного профиля эндопротеза системы «ОРТЭН» с метафизарно-диафизарным типом фиксации эквивалентные напряжения по Мизесу в эндопротезе меняются в широких пределах— от 30,6 до 195 МПа, а в костной ткани их изменения незначительные — от 6,4 до 7,9 МПа. В случае диафизарной фиксации ножки эндопротеза данного вида возможна концентрация напряжений в дистальном отделе кости, что приводит к ее гипертрофии и развитию stress-shielding-эффекта.