СПОСОБ ЭКСПРЕСС-МОДЕЛИРОВАНИЯ ИЗНОСА ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ВКЛАДЫША МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАШКИ ИЛИ ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ЧАШКИ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ПРИ РАЗНЫХ УГЛАХ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ИНКЛИНАЦИИ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ МОДУЛЕ ЭНДОПРОТЕЗА ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА
METHOD OF EXPRESS-MODELLING WEAR OF POLYETHYLENE INSERT OF METAL CUP OR POLYETHYLENE CUP UNDER DYNAMIC CONDITIONS AT DIFFERENT ANGLES OF HORIZONTAL INCLINATION IN EXPERIMENTAL MODULE OF HIP JOINT ENDOPROSTHESIS

Способ относится к медицине, а именно к оперативной ортопедии, эндопротезированию тазобедренного сустава, экспериментальной медицине, биомеханике.
У больных коксартрозом (КА) в большинстве случаев имеется наружная ротационная контрактура (НРК) тазобедренного сустава (ТБС) разной степени выраженности, сочетающаяся со сгибательно-аддукционной контрактурой [Колесник А.И. Новые технологические решения и профилактика осложнений в эндопротезировании тазобедренного сустава: дис. … д-ра мед. наук: 14.00.22 / А.И. Колесник. - Курск, 2002. - 295 с.; Ахтямов И.Ф. Ошибки и осложнения эндопротезирования тазобедренного сустава: Рук. для врачей / И.Ф. Ахтямов, И.И. Кузьмин. - Казань: Центр оперативной печати, 2006. - 328 с.; Руководство по эндопротезированию тазобедренного сустава / Под ред. P.M. Тихилова, В.М. Шаповалова. - СПб., 2008. - 324 с.]. Имеется ряд работ с информацией о НРК при различных формах КА и методиках оперативного устранения ее [Колесник А.И. Новые технологические решения и профилактика осложнений в эндопротезировании тазобедренного сустава: дис. … д-ра мед. наук: 14.00.22 / А.И. Колесник. - Курск, 2002. - 295 с.]. О необходимости интраоперационного устранения НРК ТБС при эндопротезировании больных коксартрозом пишут многие авторы [Колесник А.И. Новые технологические решения и профилактика осложнений в эндопротезировании тазобедренного сустава: дис. … д-ра мед. наук: 14.00.22 / А.И. Колесник. - Курск, 2002. - 295 с.; Руководство по эндопротезированию тазобедренного сустава / Под ред. P.M. Тихилова, В.М. Шаповалова. - СПб., 2008. - 324 с.; Методика транспозиции группы мышц наружных ротаторов бедра при эндопротезировании больных коксартрозом с наружной ротационной контрактурой тазобедренного сустава / И.М. Солодилов, С.Г. Сизых, М.Ф. Латиф, С.П. Севрюкова, Л.С.Афанасьева // Молодежная наука и современность: Материалы 75-й юбилейной итог. Всерос. науч. конф. студентов и молодых ученых с междунар. участием, посвящ. 75-летию КГМУ (Курск, 20-21 апр. 2010 г.). - Курск, 2010. - Ч. 1. - С. 153-154; Методика транспозиции группы мышц наружных ротаторов бедра при эндопротезировании больных коксартрозом с наружной ротационной контрактурой тазобедренного сустава / А.И. Колесник, А.И. Бежин, В.Н. Мишустин, И.М. Солодилов, С.Г. Сизых, М.Ф. Латиф, С.П. Севрюкова // Сб. тез. IX съезда травматологов ортопедов (Саратов, 15-17 сент. 2010 г.). - Саратов, 2010 г. - Т. 1. - С. 417-418; Анализ результатов анатомо-хирургического моделирования и устранения наружной ротационной контрактуры тазобедренного сустава / И.М. Солодилов, С.Г. Сизых, Е.В. Колобаева, С.А. Кравченко, А.В. Алпеев, С.В. Гонеев, Е.В. Корнева, Д.А. Михайлов // Молодежная наука и современность: Материалы 77-й Всерос. науч. конф. студентов и молодых ученых (Курск, 18-19 апр. 2012 г.). - Курск, 2012. - Ч. 1. - С. 241].
У больных коксартрозом клинически и рентгенологически выделяют 3 степени наружной ротационной контрактуры тазобедренного сустава [Колесник А.И. Новые технологические решения и профилактика осложнений в эндопротезировании тазобедренного сустава: дис. … д-ра мед. наук: 14.00.22 / А.И. Колесник. - Курск, 2002. - 295 с.].
Наличие НРК у пациентов с коксартрозом ухудшает биомеханику тазобедренного сустава, в связи с чем многие авторы рекомендуют интраоперационное устранение НРК ТБС для восстановления мышечного «баланса» ТБС и улучшения результатов эндопротезирования, более качественного восстановления функции ТБС [Колесник А.И. Новые технологические решения и профилактика осложнений в эндопротезировании тазобедренного сустава: дис. … д-ра мед. наук: 14.00.22. / А.И. Колесник. - Курск, 2002. - 295 с.; Ахтямов И.Ф. Ошибки и осложнения эндопротезирования тазобедренного сустава: Рук. для врачей / И.Ф. Ахтямов, И.И. Кузьмин. - Казань: Центр оперативной печати, 2006. - 328 с.; Руководство по эндопротезированию тазобедренного сустава / Под ред. P.M. Тихилова, В.М. Шаповалова. - СПб., 2008. - 324 с.].
Сохранение НРК при эндопротезировании больных КА вызывает нарушение распределения сил трения в модуле эндопротеза ТБС, что приводит к неравномерному износу трущихся поверхностей компонентов эндопротеза, следствием чего является раннее изнашивание и нестабильность компонентов эндопротеза, ухудшает ранние и отдаленные результаты эндопротезирования больных КА [Патент RU №2139004 С1, 6 A61B 17/56. Изобретения (заявки и патенты). - 1999. - №28. - С.8; Патент RU №2423942 C1, А61В 17/56 от 20.07.2011. Бюл. 20 от 20.07.2011 г.; Патент №2423908, 20.07.2011].
Эксплуатационные свойства узла трения эндопротеза зависят от структуры используемого материала, шероховатости трущихся поверхностей и коэффициента трения. Все эти параметры могут быть выверены в условиях лаборатории. Полученные результаты позволяют прогнозировать долговечность имплантата после тотального замещения тазобедренного сустава [Гаврюшенко Н.С. Классификация эндопротезов тазобедренного сустава по качеству узла трения / Н.С. Гаврюшенко // Материалы Конгресса травматологов и ортопедов России с международным участием. Ярославль, 1999 г., с. 101-102].
Лабораторная оценка "износа" экспериментального тазобедренного протеза - это важный момент в развитии конструкции от прототипа до производства.
Близкое решение данной проблемы можно найти в работе С.А. Ягникова [Ягников С.А., Митин В.Н., Гаврюшенко Н.С. Исследование пары трения эндопротезов тазобедренного сустава для собак, представленных на отечественном рынке // «Ветеринар», 2001, 4, 20-24]. Исследованию были подвергнуты 5 неразъемных эндопротезов с металл-металлической парой трения (CoCrMo/CoCrMo) по типу К.М. Сиваша Государственного экспериментального предприятия Центрального института травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова (ГЭП «ЦИТО») и пять разъемных эндопротезов с металлополимерной парой трения (головка - СоСrМо/вертлужный компонент - высокомолекулярный полиэтилен) Швейцарской фирмы MATHYS. Определение коэффициента трения проводили на универсальной испытательной машине Zwick 1464 (фото 3). При испытании использовали два датчика: датчик силы (шкала 1 кН - 1000 Н) и датчик крутящих моментов (шкала 5 Нм). Образцы закрепляли в трехкулачковые зажимы. Осевая нагрузка в узле трения составила 300 Н, что соответствует величине средней вертикальной составляющей реакции опоры тазовой конечности собаки весом 40-45 кг. Для приближения условий испытаний к реальным в пары трения эндопротезов добавляли синовиальную жидкость из суставов здоровых доноров. Скорость вращения в эксперименте - 1 Гц (один оборот в секунду). Программировали от 50 до 150 оборотов в испытательной машине, что соответствует сроку службы эндопротеза при замещении тазобедренного сустава = от 3 до 6 лет.
Наиболее близкое решение данной проблемы представлено в рекомендациях по лабораторной оценке степени износа трущихся поверхностей [Протезы тазобедренных суставов. Лабораторная оценка степени износа трущихся поверхностей. Основные рекомендации. Р 42-610-02″ (утв. Минздравом РФ 27.02.2002)]. Однако в описании методики не говорится, каким образом ориентированы продольная ось головки и ось шейки ножки модуля по отношению к плоскости входа в чашку модуля эндопротеза. Следуя описанию методики, пространственное соотношение компонентов модуля эндопротеза может отличаться от данных показателей морфометрии нормального тазобедренного сустава, в результате чего полученные данные по износу полиэтиленового вкладыша или полиэтиленовой чашки могут варьироваться.
Технический результат - разработать эффективный способ экспресс-моделирования износа полиэтиленового вкладыша или полиэтиленовой чашки экспериментального модуля эндопротеза тазобедренного сустава в динамических условиях.
Технический результат достигается следующим путем: используют экспериментальный модуль эндопротеза тазобедренного сустава, имеющий ножку, полиэтиленовый вкладыш металлической чашки или полиэтиленовую чашку и головку, состоящую из керамики, металла, металлических сплавов и других материалов с шероховатой поверхностью. Экспериментальный модуль эндопротеза тазобедренного сустава фиксируют в специальном устройстве таким образом, чтобы головка находилась в полиэтиленовой чашке или в полиэтиленовом вкладыше металлической чашки модуля эндопротеза, после чего устройство с полиэтиленовым вкладышем металлической чашки или полиэтиленовой чашкой устанавливают так, чтобы продольная ось головки и шейки модуля была отклонена по отношению к плоскости входа в полиэтиленовый вкладыш металлической чашки или в полиэтиленовую чашку на 10°, после чего проводят динамические испытания на совместное сжатие и циклическое кручение в паре трения, затем производят замену изношенных полиэтиленовой чашки или полиэтиленового вкладыша и головки с шероховатой поверхностью на новые, при этом устройство с новыми полиэтиленовым вкладышем металлической чашки или полиэтиленовой чашкой устанавливают так, чтобы продольная ось головки и шейки модуля была отклонена по отношению к плоскости входа в полиэтиленовый вкладыш металлической чашки или в полиэтиленовую чашку на 20°, после чего проводят динамические испытания на совместное сжатие и циклическое кручение в паре трения, затем производят замену изношенных полиэтиленовой чашки или полиэтиленового вкладыша и головки с шероховатой поверхностью на новые, затем устройство с новыми полиэтиленовым вкладышем металлической чашки или полиэтиленовой чашкой устанавливают так, чтобы продольная ось головки и шейки модуля была отклонена по отношению к плоскости входа в полиэтиленовый вкладыш металлической чашки или в полиэтиленовую чашку на 30°, и проводят динамические испытания на совместное сжатие и циклическое кручение в паре трения, затем исследуют износ полиэтиленового вкладыша чашки или полиэтиленовой чашки экспериментального модуля эндопротеза тазобедренного сустава.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлено проведение испытания моделирования износа полиэтиленовой чашки при отклонении плоскости входа в полиэтиленовую чашку по отношению к продольной оси головки и шейки ножки модуля эндопротеза на 10°: 1 - головка; 2 - ножка модуля; 4 - устройство для фиксации чашки: 4а - цилиндр с градуировкой; 4б - станина; 5 - значение градуировки станины 10°.
На фиг. 2 представлено проведение испытания моделирования износа полиэтиленовой чашки экспериментального модуля эндопротеза при отклонении плоскости входа на 10° (крупный план): 5 - значение градуировки станины 10°.
На фиг. 3 представлен экспериментальный модуль эндопротеза ТБС после проведения эксперимента при отклонении плоскости входа на 10°: 1 - головка; 2 - ножка модуля; 3 - чашка.
На фиг. 4 представлены изменения полиэтиленовой чашки после проведения эксперимента при отклонении плоскости входа на 10°.
На фиг. 5 представлена замена полиэтиленовой чашки.
На фиг. 6 представлено проведение испытания моделирования износа полиэтиленовой чашки при значении УГИ 20°: 1 - головка; 2 - ножка модуля; 4 - устройство для фиксации чашки: 4а - цилиндр с градуировкой; 4б - станина; 6 - значение градуировки станины 20°.
На фиг. 7 представлено проведение испытания при значении УГИ 20° (крупным планом): 6 - значение градуировки станины 20°.
На фиг.8 представлен экспериментальный модуль эндопротеза ТБС после проведения эксперимента при значении УГИ 20°: 1 - головка; 2 - ножка модуля; 3 - чашка.
На фиг.9 представлена степень износа полиэтиленовой чашки после проведения эксперимента при значении УГИ - 20°.
На фиг.10 представлена замена полиэтиленовой чашки.
На фиг.11 представлена установка полиэтиленовой чашки при значении УГИ 30°: 1 - головка; 2 - ножка модуля; 4 - устройство для фиксации чашки: 4а - цилиндр с градуировкой; 4б - станина; 7 - значение градуировки станины 30°.
На фиг.12 представлено проведение испытания при УГИ 30°: 7 - значение градуировки станины 30°.
На фиг.13 представлено проведение испытания при значении УГИ 30° (крупным планом): 1 - головка; 3 - чашка.
На фиг.14 представлено окончание испытаний моделирования износа полиэтиленовой чашки при значении УГИ - 30° (вид сверху): 1 - головка; 3 - чашка.
На фиг.15 представлено окончание испытаний моделирования износа полиэтиленовой чашки при значении УГИ - 30° (вид сбоку): 1 - головка; 3 - чашка.
На фиг.16 представлены изменения полиэтиленовой чашки после проведения эксперимента в условиях, соответствующих НРК ТБС 3-й степени.
Способ осуществляется следующим образом. Способ экспресс-моделирования износа полиэтиленового вкладыша металлической чашки или полиэтиленовой чашки в динамических условиях при разных углах горизонтальной инклинации в экспериментальном модуле эндопротеза тазобедренного сустава, заключающийся в проведении в условиях эксперимента долговременных и многократных циклических движений в модуле эндопротеза тазобедренного сустава. Экспериментальный модуль эндопротеза тазобедренного  сустава состоит из следующих компонентов: ножка, полиэтиленовый вкладыш металлической чашки или полиэтиленовая чашка, головка. По структуре головка может быть представлена керамикой, металлом, металлическим сплавом и другими материалами. Поверхность головки шероховатая.
Экспериментальный модуль эндопротеза тазобедренного сустава фиксируем в специальном устройстве таким образом, чтобы головка находилась в полиэтиленовой чашке или в полиэтиленовом вкладыше металлической чашки модуля эндопротеза. Важным аспектом способа экспресс-моделирования износа полиэтиленового вкладыша металлической чашки или полиэтиленовой чашки в динамических условиях при разных углах горизонтальной инклинации в экспериментальном модуле эндопротеза тазобедренного сустава является ориентация продольной оси головки и шейки модуля относительно плоскости входа в полиэтиленовый вкладыш. Плоскость входа в полиэтиленовый вкладыш соответствует переднезаднему размеру вертлужной впадины тазобедренного сустава.
Устройство с полиэтиленовой чашкой устанавливаем так, чтобы продольная ось головки и шейки модуля была отклонена по отношению к плоскости входа в полиэтиленовый вкладыш металлической чашки или в полиэтиленовую чашку на 10°, что соответствует наружной ротационной контрактуре тазобедренного сустава 1-й степени. Следующим этапом являются динамические испытания на совместное сжатие и циклическое кручение в паре трения (фиг. 1, 2), после чего оцениваем износ полиэтиленового вкладыша металлической чашки или полиэтиленовой чашки (фиг. 4). Затем производим замену изношенных полиэтиленовой чашки или полиэтиленового вкладыша и головки с шероховатой поверхностью на новые компоненты экспериментального эндопротеза (фиг. 5).
При проведении нового цикла динамических испытаний устройство с новыми полиэтиленовым вкладышем металлической чашки или полиэтиленовой чашкой устанавливаем так, чтобы продольная ось головки и шейки модуля была отклонена по отношению к плоскости входа в полиэтиленовый вкладыш металлической чашки или в полиэтиленовую чашку на 20°, что соответствует наружной ротационной контрактуре тазобедренного сустава 2-й степени (фиг.6, 7). После установки модуля эндопротеза тазобедренного сустава со значением угла горизонтальной инклинации 20° проводим динамические испытания на совместное сжатие и циклическое кручение в паре трения головка - полиэтиленовая чашка или полиэтиленовый вкладыш металлической чашки (фиг.8). После оценки износа полиэтиленовой чашки или полиэтиленового вкладыша металлической чашки (фиг.9) проводим замену изношенных полиэтиленовой чашки или полиэтиленового вкладыша и головки с шероховатой поверхностью на новые (фиг.10).
В ходе дальнейшего эксперимента устройство с новыми полиэтиленовым вкладышем металлической чашки или полиэтиленовой чашкой устанавливаем так, чтобы продольная ось головки и шейки модуля была отклонена по отношению к плоскости входа в полиэтиленовый вкладыш металлической чашки или в полиэтиленовую чашку на 30°, что соответствует наружной ротационной контрактуре тазобедренного сустава 3-й степени (фиг.11). Проводим динамические испытания на совместное сжатие и циклическое кручение в паре трения (фиг.12, 13), затем исследуем износ полиэтиленового вкладыша чашки или полиэтиленовой чашки экспериментального модуля эндопротеза тазобедренного сустава (фиг.16).
Таким образом, предложенный способ позволяет исследовать износ полиэтиленового вкладыша чашки или полиэтиленовой чашки экспериментального модуля эндопротеза тазобедренного сустава при различных углах отклонения продольной оси головки и оси шейки ножки модуля эндопротеза относительно плоскости входа в полиэтиленовую чашку или полиэтиленовый вкладыш металлической чашки модуля эндопротеза, что позволяет оценить износ полиэтиленового вкладыша чашки или полиэтиленовой чашки экспериментального модуля эндопротеза при различных углах горизонтальной инклинации.