Исследователи Пермского Политеха впервые изучили, как разрушается чаша тазобедренного эндопротеза из углерод-углеродного композита — материала, который рассматривают как альтернативу традиционным металлическим имплантатам. Работа поможет создавать полностью композитные протезы с прогнозируемым сроком службы. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Проблема износа тазобедренных суставов становится все более актуальной из-за старения населения, лишнего веса и малоподвижного образа жизни. Сегодня по всему миру ежегодно проводят около миллиона операций по замене тазобедренного сустава.
Большинство современных эндопротезов делают из металла, однако такие конструкции со временем могут расшатываться. Причина в том, что жесткость металла отличается от жесткости костной ткани, что приводит к воспалению и разрушению окружающих тканей.
Одной из перспективных альтернатив считается углерод-углеродный композит. Он отличается высокой износостойкостью и хорошо совместим с костной тканью. Однако если использование этого материала для бедренной части протеза уже изучалось, то поведение чаши эндопротеза до сих пор практически не исследовали. Чаша — это часть имплантата, которая крепится к тазовой кости и испытывает основные нагрузки при движении. Именно она наиболее подвержена повреждениям.
Ученые ПНИПУ создали компьютерную модель чаши из углерод-углеродного композита и изучили, как в ней возникают микротрещины при разных нагрузках.
«Нужно было понять, как поведут себя обе части материала при нагрузках, которые возникают в реальном суставе при ходьбе, беге или подъеме по лестнице. Для этого в модели мы постепенно повышали нагрузку от 0 до 400 килограммов», — рассказал аспирант кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Егор Разумовский.
Расчеты показали, что первые микротрещины появляются примерно при нагрузке 220 кг. При этом вероятность повреждения зависит от внутренней структуры материала, поэтому исследователи проанализировали тысячи возможных вариантов строения композита.
Так, при нагрузке 300 кг вероятность появления повреждений составила около 10%, а при 400 кг — уже 38%. Наиболее опасные разрушения возникали только при нагрузках свыше 650 кг, которые характерны в основном для профессиональных спортсменов.
«Для среднестатистического человека нагрузки на сустав редко превышают 220 кг. Это значит, что чаша из углерод-углеродного композита в повседневной жизни не получает повреждений», — отметил Разумовский.
По словам авторов, результаты позволяют перейти от теоретических исследований к полноценному проектированию полностью композитных эндопротезов. В перспективе это может привести к созданию более долговечных имплантатов, которые не будут расшатываться и потребуют меньше повторных операций.
Ранее в России разработали <метод ранней диагностики опасного осложнения беременности.