ВИЗНАЧЕННЯ ВЗАЄМОДІЇ МІЖ ДОТИЧНИМИ ПОВЕРХНЯМИ МЕТАЛЕВОГО ТА ПОЛІМЕРНОГО ГВИНТІВ І КОРТИКАЛЬНОЇ КІСТКИ ПРИ КОМП’ЮТЕРНОМУ МОДЕЛЮВАННІ ОСТЕОСИНТЕЗУ

Анотація

Постійне зростання кількості переломів та оперативних втручань із використанням гвинтів потребує сучасних підходів до покращення результатів лікування. Взаємодія гвинта з кістковою тканиною є одним із важливих і поки що недостатньо вивчених факторів, що впливає на стабільність фіксації перелому. Комп’ютерне моделювання дозволяє більш детально дослідити напружено-деформований стан у ділянках дотичних поверхонь металевого та полімерного гвинтів і кортикальної кістки.
Матеріал і методи. У програмному середовищі Autodesk Fusion 360 проведено комп’ютерне моделювання біомеханічних взаємодій, що виникають при фіксації гвинтів із нержавіючої сталі та поліаміду-12 (П-12) у монокортикальному шарі діафізарної частини довгих трубчастих кісток для гвинтів стандарту АО з діаметром 3,5 мм. Проведено вивчення впливу статичного навантаження у напрямку видалення гвинта при зв’язаному контакті дотичних поверхонь. Визначалися зміщення та напруження в ділянках різьбової частини гвинта та навколишній кістковій тканині в діапазоні сил від 100 Н до 1000 Н, що прикладалися вздовж осі гвинта.
Результати. При збільшенні навантаження прогресуючи збільшувалися напруження та тиск гвинта на навколишню ділянку кісткової тканини, що при максимальних значеннях може призводити до нестабільності фіксації. У дослідженні визначено, що полімерні гвинти у всіх випадках чинили менший тиск на кістку, ніж металеві, зокрема в поверхневих ділянках кістки ця різниця була більш суттєвою – 24,8 %, а в глибоких – 8,9 %. Ділянки напруження за фон Мізесом у полімерному гвинті становили від 1,414 МПа до 20,74 МПа і були нижчими, ніж у металевому гвинті (від 3,484 МПа до 56,24 МПа), як на поверхневих витках, так і на глибоких.
Висновки. Враховуючи отримані результати, полімерні гвинти будуть краще утримувати ділянку перелому при дії невеликих навантажень впродовж тривалого періоду часу, оскільки будуть менше руйнувати кісткову тканину навколо гвинтів. Металеві гвинти мають перевагу при значних короткочасних (пікових) навантаженнях. Менші стресові ділянки на різьбі П-12 можуть певною мірою компенсувати нижчі механічні показники міцності даного полімеру.
Перспективи подальших досліджень. Дані результати слід враховувати при проведенні оперативних втручань із застосуванням гвинтів та подальших біомеханічних досліджень.