МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВАРІАНТІВ ОСТЕОСИНТЕЗУ КІСТОК ГОМІЛКИ ПРИ ЇХ УРОДЖЕНОМУ ПСЕВДОАРТРОЗІ В СЕРЕДНІЙ ТРЕТИНІ

Хмизов С. О., Кацалап Є. С., Карпінський М. Ю., Яресько О. В.

МЕТОДИ І МЕТОДИКИ

Наукова стаття

Уроджений псевдоартроз кісток гомілки залишається серйозною проблемою дитячої ортопедії через високий відсоток поганих результатів, обумовлених неможливістю досягти зрощення великогомілкової кістки. Мета. Дослідити напружено-деформований стан моделей гомілки с псевдоартрозом її кісток при різних варіантах їх остеосинтезу. Об’єкт і методи. Побудовано модель дистального кінця нижньої кінцівки, яка містила великогомілкову та малогомілкову кістки, кістки стопи. Моделювали зону незрощення кісток гомілки в їх середній третині та 3 варіанти остеосинтезу: інтрамедулярним стрижнем та шпицею; стрижнем, шпицею та блоком з кісткових трансплантатів на великогомілкову кістку; блок на обидві кістки гомілки. Остеосинтез великогомілкової кістки моделювали інтрамедулярними стрижнями з подовжньою рухомістю: з ротаційною стабільністю та без неї. Моделі навантажували на стиск та кручення. Результати. Остеосинтез великогомілкової кістки ротаційно нестабільним стрижнем знижує рівень напружень в її метафізарних зонах до 1,0 МПа. Максимальні напруження спостерігали навколо зони перелому малогомілкової кістки – 7,8 МПа. Використання ротаційно стабільного стрижня не веде до значних змін. Блок з кісткових трансплантатів знижує напруження до 1,0 МПа вище зони перелому, до 0,1 МПа у нижньому фрагменті. Кістковий блок на обидві кістки знижує напруження в метафізарних зонах великогомілкової кістки до 2,9 МПа. Остеосинтез великогомілкової кістки ротаційно нестабільним стержнем при крученні призводить до підвищення напружень в проксимальному відділі до 9,3 МПа, але знижує їх в діафізі до 0,2 МПа. Ротаційно стабільний стрижень знижує напруження вздовж лінії перелому до 0,3 МПа. Кістковий блок на великогомілкову кістку знижує напруження на її проксимальному кінці до 2,7 МПа. Кістковий блок на обидві кістки залучає у навантаження малогомілкову кістку, тому зона максимальних напружень проходить вздовж лінії її перелому 7,6 МПа, на великогомілкової кістці напруження вздовж лінії перелому знижуються до 8,1 МПа. Ротаційно стабільний стрижень при крученні знижує напруження в усіх контрольних точках. Висновки. При навантаженнях на стиск стрижень з ротаційною стабільністю і без неї ведуть себе однаково. Використання блоків з кісткових трансплантатів на обидві кістки і тільки на великогомілкову, під впливом стискаючих навантаженнях знижує рівень напружень в кісткових фрагментах. Остеосинтез великогомілкової кістки ротаційно стабільним стрижнем при крученні знижує напруження вздовж лінії перелому. При використанні блоків з кісткових трансплантатів ротаційно стабільний стрижень знижує рівень напружень у всіх контрольних точках моделі.

метод кінцевих елементів, напруження, стиск, кручення.

1. Shabtai L, Ezra E, Wientroub S, Segev E. Congenital tibial pseudarthrosis, changes in treatment protocol. J Pediatr Orthop B. 2015 Sep;24(5):444-9.
2. Pannier S. Congenital pseudarthrosis of the tibia. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research. 2011;97:750-61.
3. Grill F, Bollini G, Dungl P, Fixsen J, Hefti F, Ippolito E, et al. Treatment approaches for congenital pseudarthrosis of tibia: results of the EPOS multicenter study. European Paediatric Orthopaedic Society (EPOS). J Pediatr Orthop. 2000;9:75-89.
4. Alzahrani MM, Fassier F, Hamdy RC. Use of the Fassier-Duval telescopic rod for the management of congenital pseudarthrosis of the tibia. J Limb Lengthen Reconstr. 2016;2:23-8.
5. Yan A, Mei HB, Liu K, Jiang-Yan Wu, Jin Tang, Guang-Hui Zhu, Wei-Hua Ye. Wrapping grafting for congenital pseudarthrosis of the tibia: a preliminary report [J]. Medicine. 2017;96(48):e8835. DOI: 10.1097/MD.0000000000008835
6. Shah H, Joseph B, Nair BVS, Kotian DB, Choi IH, Richards BS, et al. What factors influence union and Refracture of congenital Pseudarthrosis of the tibia? A multicenter long-term study [J]. J Pediatr Orthop. 2018;38(6):e332-7. DOI: 10.1097/BPO.0000000000001172
7. Kesireddy N, Kheireldin RK, Lu A, Cooper J, Liu J, Ebraheim NA. Current treatment of congenital pseudarthrosis of the tibia:a systematic review and meta-analysis. J Pediatr Orthop B. 2018;27(6):541-50. DOI: 10.1097/BPB.0000000000000524
8. Korolkov O, Rakhman P, Karpinsky M, Shishka I, Yaresko O. Assessment of stress-strain distribution in flatfoot deformity (part 1). Orthopaedics, Traumatology аnd Prosthetics. 2017;4:80-4. DOI: 10.15674/0030-59872017480-84
9. Stephen C Cowin, editor. Bone mechanics handbook. CRC Press Reference. 2001.
10. Vidal-Lesso A, Ledesma-Orozco E, Daza-Benítez L, Lesso-Arroyo R. Mechanical Characterization of Femoral Cartilage Under Unicompartimental Osteoarthritis. Ingeniería Mecánica Tecnología Y Desarrollo. 2014;4(6):239-46.
11. Boccaccio A, Pappalettere C. Mechanobiology of Fracture Healing: Basic Principles and Applications in Orthodontics and Orthopaedics. Theoretical Biomechanics. Dr Vaclav Klika (Ed.). 2011.
12. Vasyuk VL, Koval OA, Karpinsky MYu, Yaresko OV. Mathematical modeling of options for osteosynthesis of distal tibial metaphyseal fractures type C1. Trauma. 2019;20(1):37-46. DOI: 10.22141/1608-1706.1.20.2019.158666
13. Sorokin VG, Volosnikova AV, Vyatkin SA. Marochnik staley i splavov. Moskva: Mashinostroyeniye; 1989. 640 s. [in Russian].
14. Zenkevich OK. Metod konechnykh elementov v tekhnike. Moskva: Mir; 1978. 519 s. [in Russian].
15. Alyamovskiy AA. SolidWorks/COSMOSWorks. Inzhenernyy analiz metodom konechnykh elementov. Moskva: DMK Press; 2004. 432 s. [in Russian].

«Вістник проблем біології і медицини» Випуск 4 (158), 2020 рік , 239-246 сторінки, код УДК 616.718.5/.6-001.59-089.227.84:519. .5

10.29254/2077-4214-2020-4-158-239-246