Замещение дефектов вертлужной впадины методом импакционной костной пластики при ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава: биомеханические аспекты
- Авторы: Гольник В.Н.1, Фёдорова Н.В.2, Ларичкин А.Ю.2, Бойко С.В.2, Панченко А.А.3, Косинов А.М.2, Пелеганчук В.А.1, Павлов В.В.4
-
Учреждения:
- ФГБУ «Федеральный центр травматологии, ортопедии и эндопротезирования» Минздрава России
- ФГБУН «Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева» СО РАН
- OОО «ЛOГИКС Медицинские системы»
- ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
- Выпуск: Том 30, № 4 (2024)
- Страницы: 101-113
- Раздел: Теоретические и экспериментальные исследования
- URL: https://bakhtiniada.ru/2311-2905/article/view/277865
- DOI: https://doi.org/10.17816/2311-2905-17564
- ID: 277865
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Актуальность. Важное значение для обеспечения длительной выживаемости эндопротезов, установленных с применением импакционной костной пластики, имеют механические свойства трансплантата.
Цель исследования — изучить механические свойства костно-пластического материала и определить возможное влияние циклических нагрузок на изменение пространственного положения тазового компонента после ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава с использованием импакционной костной пластики.
Материал и методы. Проведен эксперимент по оценке влияния циклических нагрузок на механические свойства костно-пластического материала. Первым этапом проведены испытания на одноцикловое стесненное сжатие, вторым этапом выполнены циклические испытания. С учетом присутствия в ране крови была предусмотрена модель с добавлением 45% водного раствора глицерина. Клиническая интерпретация механических явлений проводилась на основании данных рентгенографии в динамике у двух пациентов, перенесших ревизионное эндопротезирование тазобедренного сустава с импакционной костной пластикой — оценивали изменение положения центра ротации и ориентации тазового компонента.
Результаты. При одноцикловом нагружении была выявлена зависимость напряжений от деформаций при стесненном сжатии. При циклических испытаниях было получено увеличение мгновенного модуля упругости в 2,6 раз для «сухого» образца и в 3,9–4,7 раза — для образцов с жидкостью. На рентгенограммах у обоих пациентов отмечалось смещение центра ротации краниально и латерально: в первом случае на 2,4 и 1,5 мм, во втором — на 14,9 и 9,5 мм соответственно, изменение инклинации тазового компонента составило 18,7º в первом случае и 19,8º — во втором. Оценка функционального состояния по модифицированной шкале HHS составила 97 баллов у первого пациента и 53 балла — у второго.
Заключение. Используемый для импакционной костной пластики материал подвержен деформации как во время операции, так и в послеоперационном периоде. Испытания на сжатие позволили предположить, что деформация измельченного импактированного костно-пластического материала в послеоперационном периоде постепенно стремится к выходу на плато, а с завершением деформации прекращается миграция тазового компонента. Смещение центра ротации и изменение положения ацетабулярного компонента при отсутствии рентгенопрозрачной линии не является абсолютным признаком расшатывания.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Вадим Николаевич Гольник
ФГБУ «Федеральный центр травматологии, ортопедии и эндопротезирования» Минздрава России
Автор, ответственный за переписку.
Email: vgolnik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5047-2060
Россия, г. Барнаул
Наталья Виталиевна Фёдорова
ФГБУН «Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева» СО РАН
Email: veter-nata@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6850-995X
канд. техн. наук
Россия, г. НовосибирскАлексей Юрьевич Ларичкин
ФГБУН «Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева» СО РАН
Email: larichking@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7306-9522
канд. физ.-мат. наук
Россия, г. НовосибирскСветлана Владимировна Бойко
ФГБУН «Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева» СО РАН
Email: boykosv.hydro@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1478-0533
канд. физ.-мат. наук
Россия, г. НовосибирскАндрей Александрович Панченко
OОО «ЛOГИКС Медицинские системы»
Email: andrey.a.panchenko@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1018-5059
Россия, г. Новосибирск
Александр Михайлович Косинов
ФГБУН «Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева» СО РАН
Email: kos.alexander@bk.ru
ORCID iD: 0009-0004-8973-172X
Россия, г. Новосибирск
Владимир Алексеевич Пелеганчук
ФГБУ «Федеральный центр травматологии, ортопедии и эндопротезирования» Минздрава России
Email: 297501@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2386-4421
д-р мед. наук
Россия, г. БарнаулВиталий Викторович Павлов
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: pavlovdoc@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8997-7330
д-р мед. наук
Россия, г. НовосибирскСписок литературы
- Шубняков И.И., Тихилов Р.М., Денисов А.О., Ахмедилов М.А., Черный А.Ж., Тотоев З.А. и др. Что изменилось в структуре ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава в последние годы? Травматология и ортопедия России. 2019;25(4):9-27. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-9-27. Shubnyakov I.I., Tikhilov R.M., Denisov A.O., Akhmedilov M.A., Cherny A.Zh., Totoev Z.A. et al. What Has Changed in the Structure of Revision Hip Arthroplasty? Traumatology and Orthopedics of Russia. 2019;25(4):9-27. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-9-27.
- Kummerant J., Wirries N., Derksen A., Budde S., Windhagen H., Floerkemeier T. The etiology of revision total hip arthroplasty: current trends in a retrospective survey of 3450 cases. Arch Orthop Trauma Surg. 2020;140(9):1265-1273. doi: 10.1007/s00402-020-03514-3.
- Oltean-Dan D., Apostu D., Tomoaia G., Kerekes K., Păiuşan M.G., Bardas C.A. et al. Causes of revision after total hip arthroplasty in an orthopedics and traumatology regional center. Med Pharm Rep. 2022;95(2):179-184. doi: 10.15386/mpr-2136.
- Tikhilov R.M., Dzhavadov A.A., Kovalenko A.N., Bilyk S.S., Denisov A.O., Shubnyakov I.I. Standard Versus Custom-Made Acetabular Implants in Revision Total Hip Arthroplasty. J Arthroplasty. 2022;37(1):119-125. doi: 10.1016/j.arth.2021.09.003.
- Гольник В.Н., Джухаев Д.А., Красовский И.Б., Павлов В.В., Пелеганчук В.А. Хирургические аспекты позиционирования индивидуальных трехфланцевых имплантатов при замещении дефектов тазовой кости в ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава. Кафедра травматологии и ортопедии. 2022;50(4):15-26. doi: 10.17238/2226-2016-2022-4-15-26. Golnik V.N., Dzhukhaev D.A., Krasovsky I.B., Pavlov V.V., Peleganchuk V.A. Surgical aspects of positioning individual three-flanged implants in replacement of bone defects in revision hip arthroplasty. Department of Traumatology and Orthopedics. 2022;50(4):15-26. (In Russian). doi: 10.17238/2226-2016-2022-4-15-26.
- Гольник В.Н., Пелеганчук В.А., Батрак Ю.М., Павлов В.В., Кирилова И.А. Замещение дефектов вертлужной впадины и бедренной кости с использованием импакционной костной пластики при ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава: клинический случай. Травматология и ортопедия России. 2023;29(3):102-109. doi: 10.17816/2311-2905-8008. Golnik V.N., Peleganchuk V.A., Batrak Y.M., Pavlov V.V., Kirilova I.A. Reconstruction of Acetabular and Femoral Bone Defects With Impaction Bone Grafting in Revision Hip Arthroplasty: A Case Report. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2023;29(3): 102-109. (In Russian). doi: 10.17816/2311-2905-8008.
- Colo E., Rijnen W.H., Schreurs B.W. The biological approach in acetabular revision surgery: impaction bone grafting and a cemented cup. Hip Int. 2015;25(4): 361-367. doi: 10.5301/hipint.5000267.
- Fosse L., Muller S., Rønningen H., Irgens F., Benum P. Viscoelastic modelling of impacted morsellised bone accurately describes unloading behaviour: an experimental study of stiffness moduli and recoil properties. J Biomech. 2006;39(12):2295-2302. doi: 10.1016/j.jbiomech.2005.07.014.
- Lunde K.B., Skallerud B. The modified cam clay model for constrained compression of human morsellised bone: effects of porosity on the mechanical behaviour. J Mech Behav Biomed Mater. 2009;2(1):43-50. doi: 10.1016/j.jmbbm.2008.02.004.
- Cornu O., Schubert T., Libouton X., Manil O., Godts B., Van Tomme J. et al. Particle size influence in an impaction bone grafting model. Comparison of fresh-frozen and freeze-dried allografts. J Biomech. 2009;42(14): 2238-2242. doi: 10.1016/j.jbiomech.2009.06.045.
- Voor M.J., Nawab A., Malkani A.L., Ullrich C.R. Mechanical properties of compacted morselized cancellous bone graft using one-dimensional consolidation testing. J Biomech. 2000;33(12):1683-1688. doi: 10.1016/s0021-9290(00)00156-1.
- Albert C., Masri B., Duncan C., Oxland T., Fernlund G. Impaction allografting – the effect of impaction force and alternative compaction methods on the mechanical characteristics of the graft. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2008;87(2):395-405. doi: 10.1002/jbm.b.31117.
- Voor M.J., White J.E., Grieshaber J.E., Malkani A.L., Ullrich C. Impacted morselized cancellous bone: mechanical effects of defatting and augmentation with fine hydroxyapatite particles. J Biomech. 2004; 37(8):1233-1239. doi: 10.1016/j.jbiomech.2003.12.002.
- Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твёрдого тела. Москва: Наука; 1979. 744 с. Rabotnov Yu. N. Mechanics of a deformable solid body. Moscow: Nauka; 1979. 744 p. (In Russian).
- Ишманов М.Ю., Сертакова А.В., Соловьев А.М., Федяшина Н.А., Щербакова Е.В. Исследование крови. В кн.: 250 показателей здоровья. Научная книга; 2013. Гл 1. 718 c. Ishmanov M.Yu., Sertakova A.V., Soloviev A.M., Fedyashina N.A., Shcherbakova E.V. Blood test. In: 250 health indicators. Scientific book; 2013. Ch 1. 718 p. (In Russian).
- Borland W.S., Bhattacharya R., Holland J.P., Brewster N.T. Use of porous trabecular metal augments with impaction bone grafting in management of acetabular bone loss. Acta Orthop. 2012;83(4):347-352. doi: 10.3109/17453674.2012.718518.
- DeLee J.G., Charnley J. Radiological demarcation of cemented sockets in total hip replacement. Clin Orthop Relat Res. 1976;(121):20-32.
- Phillips A.T., Pankaj, Brown D.T., Oram T.Z., Howie C.R., Usmani A.S. The elastic properties of morsellised cortico-cancellous bone graft are dependent on its prior loading. J Biomech. 2006;39(8):1517-1526. doi: 10.1016/j.jbiomech.2005.03.032.
- Sawicki A., Swidzinski W. Elastic moduli of non-cohesive particulate materials. Powder Technol. 1998;96(1):24-32. doi: 10.1016/S0032-5910(97)03354-8.
- Ornstein E., Franzén H., Johnsson R., Sandquist P., Stefánsdóttir A., Sundberg M. Migration of the acetabular component after revision with impacted morselized allografts: a radiostereometric 2-year follow-up analysis of 21 cases. Acta Orthop Scand. 1999;70(4):338-342. doi: 10.3109/17453679908997821.
- Mohaddes M., Herberts P., Malchau H., Johanson P.E., Kärrholm J. High proximal migration in cemented acetabular revisions operated with bone impaction grafting; 47 revision cups followed with RSA for 17 years. Hip Int. 2017;27(3):251-258. doi: 10.5301/hipint.5000452.
- Wilson M.J., Whitehouse S.L., Howell J.R., Hubble M.J.W., Timperley A.J., Gie G.A. The results of acetabular impaction grafting in 129 primary cemented total hip arthroplasties. J Arthroplast. 2013;28(8):1394-1400. doi: 10.1016/j.arth.2012.09.019.
- Slooff T.J., Schimmel J.W., Buma P. Cemented fixation with bone grafts. Orthop Clin North Am. 1993;24(4): 667-677.
- Linder L. Cancellous impaction grafting in the human femur: histological and radiographic observations in 6 autopsy femurs and 8 biopsies. Acta Orthop Scand. 2000;71(6):542-552. doi: 10.1080/000164700317362154.
- Dunlop D.G., Brewster N.T., Madabhushi S.P., Usmani A.S., Pankaj P., Howie C.R. Techniques to improve the shear strength of impacted bone graft: the effect of particle size and washing of the graft. J Bone Joint Surg Am. 2003;85(4):639-646. doi: 10.2106/00004623-200304000-00009.
- Toms A.D., Barker R.L., Jones R.S., Kuiper J.H. Impaction bone-grafting in revision joint replacement surgery. J Bone Joint Surg Am. 2004;86(9):2050-2060. doi: 10.2106/00004623-200409000-00028.
- Brewster N.T., Gillespie W.J., Howie C.R., Madabhushi S.P., Usmani A.S., Fairbairn D.R. Mechanical considerations in impaction bone grafting. J Bone Joint Surg Br. 1999;81(1):118-124. doi: 10.1302/0301-620x.81b1.8480.
- Kuiper J.H., Merry J.C., Cheah K., Richardson J.B. Graft composition influences early mechanical stability in impaction grafting. Trans EORS. 1996;6:45.
- Putzer D., Mayr E., Haid C., Reinthaler A., Nogler M. Impaction bone grafting: a laboratory comparison of two methods. J Bone Joint Surg Br. 2011;93(8):1049-1053. doi: 10.1302/0301-620X.93B8.26819.
- Phillips A.T.M., Pankaj P., Usmani A.S., Howie C.R. Numerical modelling of the acetabular construct following impaction grafting. In: 6th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, Madrid. 2004.
- Phillips A.T., Pankaj P., Howie C.R., Usmani A.S., Simpson A.H. 3D non-linear analysis of the acetabular construct following impaction grafting. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2006;9(3):125-133. doi: 10.1080/10255840600732226.
- Nele W., Martina F., Stefan R., Frank L., Georg M. Impaction bone grafting for segmental acetabular defects: a biomechanical study. Arch Orthop Trauma Surg. 2023;143(3):1353-1359. doi: 10.1007/s00402-021-04296-y.
Дополнительные файлы
