Сравнение прочностных характеристик углеродной пары трения эндопротеза тазобедренного сустава, включающей компоненты из монолитного или немонолитного пироуглерода

Введение. Проблема большого количества ревизионных вмешательств по причине асептического расшатывания после первичного эндопротезирования тазобедренного сустава вызвала необходимость поиска нового материала для пары трения. Углеродный материал пироуглерод, обладающий высокими трибологическими характеристиками, может использоваться как в монолитном, так и в сборном варианте конструкции, однако изготовление монолитного блока пироуглерода усложняет производство.

Цель. Сравнить прочностные характеристики конструкций головки и вкладыша с монолитным и немонолитным пироуглеродом.

Материалы и методы. Для оценки надежности конструкций была построена цифровая математическая модель конструкций головки и вкладыша с монолитным и немонолитным углеродным компонентом. После изготовления опытных образцов конструкций пар трения выполнена оценка статической нагрузки на стендовых испытаниях.

Результаты. При анализе математической модели конструкция с немонолитным пироуглеродом разрушилась в одном из экспериментов, тогда как прочность конструкции с монолитным пироуглеродом в 4,5 раза превысила напряжения, возникающие при нагрузке. При изучении максимальной статической нагрузки пара трения с монолитным пироуглеродом выдержала в 5 раз большую возможную нагрузку, чем в тазобедренном суставе человека.

Обсуждение. Проведенные исследования позволяют с уверенностью говорить о надежности конструкции в исследованиях in vitro, что создаст условия для снижения количества ревизионных операций после эндопротезирования тазобедренного сустава.

Заключение. На основе полученных данных конструкция головки и вкладыша эндопротеза тазобедренного сустава с парой трения из углеродного материала обеспечит высокую надежность в условиях функционирования тазобедренного сустава при максимальных нагрузках, что служит предпосылкой для проведения клинического исследования предлагаемой пары трения.

1. Корьяк В.А., Сороковиков В.А., Свистунов В.В., Шарова Т.В. Эпидемиология коксартроза. Сибирский медицинский журнал. 2013;(8):39-45.

2. Mihalko WM, Haider H, Kurtz S, et al. New materials for hip and knee joint replacement: What's hip and what's in kneed? J Orthop Res. 2020;38(7):1436-1444. doi: 10.1002/jor.24750

3. Neuprez A, Neuprez AH, Kaux JF, et al. Total joint replacement improves pain, functional quality of life, and health utilities in patients with latestage knee and hip osteoarthritis for up to 5 years. Clin Rheumatol. 2020;39(3):861-871. doi: 10.1007/s10067-019-04811-y

4. Загородний Н.В. Состояние и качество травматолого-ортопедической помощи в Российской Федерации. Медицинский вестник МВД. 2019;(6(103)):2-6.

5. Загородний Н.В., Алексанян О.А., Чрагян Г.А. и др. Реконструкция вертлужной впадины с использованием компонентов из трабекулярного металла. Вестник травматологии и ортопедии им. Приорова. 2019;(26)1:5-10. doi: 10.17116/vto20190115

6. Вороков А.А., Бортулев П.И., Хайдаров В.М. и др. Эндопротезирование тазобедренного и коленного суставов: показания к операции. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2020;8(3):355-364. doi: 10.17816/PTORS34164

7. Castiello E, Moghnie A, Tigani D, Affatato S. Dual mobility cup in hip arthroplasty: An in-depth analysis of joint registries. Artif Organs. 2022;46(5):804-812. doi: 10.1111/aor.14015

8. Николаев Н.С., Пчелова Н.Н., Преображенская Е.В. и др. "Неожиданные" инфекции при асептических ревизиях. Травматология и ортопедия России. 2021;27(3):56-70. doi: 10.21823/2311-2905-2021-27-3-56-70

9. Kummerant J, Wirries N, Derksen A, et al. 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

10. Румянцев Ю.И. Лучевая диагностика осложнений после эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов. Радиология – практика. 2013;(1):37-45.

11. Sharkey PF, Lichstein PM, Shen C, et al. Why are total knee arthroplasties failing today--has anything changed after 10 years? J Arthroplasty. 2014;29(9):1774-1778. doi: 10.1016/j.arth.2013.07.024

12. Sadoghi P, Liebensteiner M, Agreiter M, et al. Revision surgery after total joint arthroplasty: a complication-based analysis using worldwide arthroplasty registers. J Arthroplasty. 2013;28(8):1329-32. doi: 10.1016/j.arth.2013.01.012

13. Мурылев В.Ю., Усубалиев Б.Т., Музыченков А.В. и др. Остеопороз и асептическое расшатывание компонентов эндопротеза после эндопротезирования суставов. Кафедра травматологии и ортопедии. 2022;(4):67-73. doi: 10.17238/2226-2016-2022-4-67-73

14. Broomfield JA, Malak TT, Thomas GE, et al. The Relationship Between Polyethylene Wear and Periprosthetic Osteolysis in Total Hip Arthroplasty at 12 Years in a Randomized Controlled Trial Cohort. J Arthroplasty. 2017;32(4):1186-1191. doi: 10.1016/j.arth.2016.10.037

15. Брагина С.В. Современные возможности ранней лабораторной диагностики перипротезного остеолиза как предиктора развития асептической нестабильности эндопротеза тазобедренного сустава (обзор литературы). Гений ортопедии. 2020;26(2):261-265. doi: 10.18019/1028- 4427-2020-26-2-261-265

16. Лапин Д.В., Паршиков М.В., Гурьев В.В. и др. Факторы риска и причины осложнений при эндопротезировании тазобедренного сустава (обзор литературы). Кафедра травматологии и ортопедии. 2022;(1):66-75. doi: 10.17238/2226-20162022-1-66-75

17. Gallo J, Raska M, Mrázek F, Petrek M. Bone remodeling, particle disease and individual susceptibility to periprosthetic osteolysis. Physiol Res. 2008;57(3):339-349. doi: 10.33549/physiolres.931140

18. Baranowska A, Płusa T, Baranowski P, et al. Is aseptic loosening of joint prostheses aseptic? Pol Merkur Lekarski. 2022;50(299):318-322. (In Polish.)

19. Merola M, Affatato S. Materials for Hip Prostheses: A Review of Wear and Loading Considerations. Materials (Basel). 2019;12(3):495. doi: 10.3390/ ma12030495

20. Affatato S, Spinelli M, Squarzoni S, et al. Mixing and matching in ceramic-on-metal hip arthroplasty: an in-vitro hip simulator study. J Biomech. 2009;42(15):2439-2446. doi: 10.1016/j.jbiomech.2009.07.031

21. Al-Hajjar M, Jennings LM, Begand S, et al. Wear of novel ceramic-on-ceramic bearings under adverse and clinically relevant hip simulator conditions. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2013;101(8):1456-62. doi: 10.1002/jbm.b.32965

22. Al-Hajjar M, Carbone S, Jennings LM, et al. Wear of composite ceramics in mixed-material combinations in total hip replacement under adverse edge loading conditions. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2017;105(6):1361-1368. doi: 10.1002/jbm.b.33671

23. Kurtz SM, Ong KL, Schmier J, et al. Future clinical and economic impact of revision total hip and knee arthroplasty. J Bone Joint Surg Am. 2007;89 Suppl 3:144-151. doi: 10.2106/JBJS.G.00587

24. Kurtz S, Ong K, Lau E, et al. Projections of primary and revision hip and knee arthroplasty in the United States from 2005 to 2030. JBone Joint SurgAm. 2007;89(4):780-785. doi: 10.2106/JBJS.F.00222

25. Rajeshshyam R, Chockalingam K, Gayathri V, Prakash T. Reduction of metallosis in hip implant using thin film coating. In AIP Conference Proceedings; AIP Publishing LLC: Melville. 2018;1943(1):020090. doi: 10.1063/1.5029666

26. Мохаммади М.Т., Пашкевич Л.А., Эйсмонт О.Л. и др. Анализ патоморфологических изменений при первичном и ревизионном эндопротезировании коленного сустава. Медицинские новости. 2021;(2):56-59.

27. Purudappa PP, Sharma OP, Priyavadana S, et al. Unexpected positive intraoperative cultures (UPIC) in revision Hip and knee arthroplasty - A review of the literature. J Orthop. 2019;17:1-6. doi: 10.1016/j.jor.2019.06.028

28. Таштанов Б.Р., Корыткин А.А., Павлов В.В., Шубняков И.И. Раскол керамического вкладыша эндопротеза тазобедренного сустава: клинический случай. Травматология и ортопедия России. 2022;28(3):63-73. doi: 10.17816/2311-2905-1804

29. Mattei L, Di Puccio F, Ciulli E, et al. Experimental investigation on wear map evolution of ceramic-on-UHMWPE hip prosthesis. Tribol. Int. 2020;143:106068. doi: 10.1016/j.triboint.2019.106068

30. Jäger M, van Wasen A, Warwas S, et al. A multicenter approach evaluating the impact of vitamin e-blended polyethylene in cementless total hip replacement. Orthop Rev (Pavia). 2014;6(2):5285. doi: 10.4081/or.2014.5285