Геннадий Петрович Котельников – доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой
Самара
Gennadii P. Kotelnikov – Doctor of Medical Sciences, Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, Head of the Department
Samara
Александр Владимирович Колсанов – доктор медицинских наук, профессор, профессор РАН, ректор
Самара
Alexander V. Kolsanov – Doctor of Medical Sciences, Professor, Professor of the Russian Academy of Sciences, Rector
Samara
Андрей Николаевич Николаенко – доктор медицинских наук, директор НИИ
Самара
Andrei N. Nikolaenko – Doctor of Medical Sciences, Director of the Research Institute
Samara
Денис Олегович Згирский – аспирант кафедры
Самара
Denis O. Zgirskii – postgraduate student of the department
Samara
Святослав Олегович Дороганов – аспирант кафедры
Самара
Sviatoslav O. Doroganov – postgraduate student of the department
Samara
Введение. Современное состояние проблемы эндопротезирования мелких суставов кисти, в частности проксимального межфалангового сустава, характеризуется необходимостью создания анатомически адаптированных конструкций с использованием оптимальных материалов. Внедрение нового медицинского изделия требует его комплексного доклинического испытания.
Цель. Определить допустимый диапазон нагрузок на проксимальный межфаланговый сустав после эндопротезирования путём анализа его биомеханики для предупреждения развития критических состояний – осложнений.
Материалы и методы. В период с 2016 по 2021 год был разработан цельнокерамический несвязанный анатомически адаптированный эндопротез проксимального межфалангового сустава на основании комплексного подхода, включающего доклинические испытания и клиническое исследование 42 пациентов (25 мужчин, 17 женщин) с остеоартритом проксимального межфалангового сустава. При помощи 3D-моделирования создана цифровая модель эндопротеза. С использованием метода конечных элементов изучены критические состояния разработанной цифровой модели, имитирующей стереотипные движения в суставе, получены объективные результаты, которые имеют применение в клинической практике.
Результаты. При нагрузке до 5 килограммов устойчивость биомеханической конструкции не нарушается при амплитуде движений от 0 до 60 градусов, при нагрузке до 20 килограммов в пределах 0-30 градусов. Кортикальная костная ткань выдерживает нагрузки до 20 килограммов при амплитуде движений от 0 до 60 градусов.
Обсуждение. Был проведён анализ предельных нагрузок на эндопротез с учетом прочностных характеристик костной ткани и циркониевой керамики как материала. Данное исследование задало вектор для разработки в дальнейшем оптимального режима двигательной активности в раннем послеоперационном периоде и наметило оптимальный диапазон движений после эндопротезирования ПМФС.
Заключение. Прилагаемая нагрузка в раннем послеоперационном периоде до 5 кг является оптимальной для пациента, при этом диапазон сгибания не должен превышать 90°. Использование нагрузки в диапазоне от 5 до 20 кг возможно, но без превышения угла сгибания в проксимальном межфаланговом суставе более 30°. При заданной нагрузке в 20 кг при угле сгибания более 30° вероятен вывих компонентов эндопротеза, при угле сгибания более 60° крайне вероятно возникновение перипротезного перелома.
Introduction Small joints arthroplasty of the hand including the proximal interphalangeal joint (PIPJ) is associated with the need to create anatomically adapted structures using optimal materials. Introduction of a new medical device requires comprehensive preclinical testing.
The objective was to determine a range of loads allowed for the proximal interphalangeal joint after arthroplasty through analyzing the biomechanics to prevent critical conditions and complications.
Methods A full-ceramic non-constrained anatomically adapted proximal interphalangeal joint implant was developed between 2016 and 2021 using an integrated approach with preclinical trials and a clinical study of 42 patients (25 males, 17 females) with PIPJ arthritis. A digital endoprosthesis was created with 3D-modelling. Critical conditions for the digital model imitating typical joint movements were explored with the use of finite element method and the findings to be employed in clinical practice.
Results A stable biomechanical construct was intact with loads of 5 kilograms and a motion ranging from 0 to 60 degrees, with loads of 20 kilograms and a motion ranging between 0 and 30 degrees. Cortical bone could sustain loads up to 20 kilograms with a motion ranging between 0 and 60 degrees. Discussion Load capacity of the implant was explored considering the strength of bone tissue and zirconium ceramics as a material. The study set a vector for the development of the optimal mode of motor activity early after surgery and indicated the optimal range of motion to be applied after PIPJ arthroplasty.
Conclusion The load up to 5 kg was optimal for the patient to be applied early after surgery with the range of flexion measuring less that 90°. The patient could use a load of 5 to 20 kg with flexion in the proximal interphalangeal joint measuring less than 30°. Endoprosthetic components were likely to get dislocated with a load of 20 kg and flexion angle of greater than 30°. Periprosthetic fracture could occur with flexion angle of greater than 60°.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.