ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ В КІНЕМАТИЧНОМУ ЛАНЦЮЗІ «КУЛЬШОВО-КОЛІННОГО СУГЛОБУ» ПРИ ЗМІНІ ШИЙКОВО-ДІАФІЗАРНОГО КУТА В УМОВАХ ДИСПЛАЗІЇ

Автор(и):

Анотація:

Статтю присвячено дослідженню біомеханічних порушень при диспластичному процесі у кульшовому та колінному суглобах з використанням моделі кінцевих елементів при різних шийково-діафізарних кутах (ШДК) проксимального відділу стегнової кістки. При ШДК рівним 90°, напруження шийки стегнової кістки склала - 42,4 МПа (27,6 в нормі). У проксимальному відділі великогомілкової кістки рівень напруженого стану зріс на медіальній стороні до 17,9 МПа (11,1 в нормі), а на латеральній стороні 9,1 МПа (3,5 в нормі). Так на медіальній стороні величина напружень дорівнює 21,6 МПа (11,2 в нормі), на латеральній стороні - 1,7 МПа (2 в нормі). Для ШДК рівного 160° напруження в області кульшового суглоба досягає 26,5 МПа (27,6 в нормі). У проксимальному відділі великогомілкової кістки на медіальній стороні напруження становить 9 МПа (11,1 в нормі), а на латеральній стороні 3,5 МПа (3,5 в нормі). Розподіл напруженого стану в колінному суглобі показав, що на медіальній стороні величина напружень дорівнює 13,1 МПа (11,2 в нормі), а на латеральній стороні - 3,8 МПа (2 в нормі). Порівняльний аналіз проведених розрахунків для моделей з різним ШДК показав, що зменшення ШДК призводить до значного збільшення напруженого стану не тільки в шийці стегнової кістки, але і в колінному суглобі. При збільшенні ШДК зростання напружено-деформованого стану відбувається незначно, в основному, в латеральній частині колінного суглобу.

Ключові слова:

зміна ШДК напружено-деформований стан стегнової кістки проксимального відділу великогомілкової кістки

Посилання:

1. Zelenetskyi IB, Yaresko OV, Miteleva ZM. Matematychne modeliuvannia napruzheno-deformovanoho stanu kulshovoho suhloba u ditei pry riznykh znachenniakh shyikovo-diafizarnoho kuta. Ortoped., travmatol. 2012; 4: 20-23. [in Ukrainian]
2. Myteleva ZM, Snisarenko PI, Zelenetskyi IB, Yaresko AV. Issledovaniye napriazhenno-deformirovannogo sostoianyia modeley kolennogo sustava v zavisimosti ot velichiny yarusnoy deformatsii i tolshchiny sustavnogo khriashcha. Travma. 2015; 3(16): 33-38. [in Russian]
3. Pustovoit KB, Pustovoit BA, Kupyn VI, Zbukar OA. Biomekhanichni aspekty umov navantazhennia femoropatelliarnoho zchlenuvannia kolinnoho suhlobu. Zbirnyk naukovykh prats naukovoho sympoziumu z mizhnarodnoyu uchastiu “Aktualni pytannia suchasnoyi ortopediyi ta travmatologiyi” 17-18 veresnia, Dnipropetrovsk: 2015. 84-86. [in Ukrainian]
4. Simenach BI, Baburkina OP, Pustovoit BA. Zabolevaniya kolennogo sustava, obuslovlennyye nasledstvennoy predraspoloshennostyu (lechebno-diagnosticheskaya taktika). Kharkiv: FLP Brovin AV; 2015. 478 s. [in Russian]
5. Solodilov RO, Loginov SI. Vliyaniye osteoartroza kolennogo sustava na biomekhanicheskiye pokazateli tazobedrennogo sustava. Rossiyskiy zhurnal biomekhaniki. 2015; 19(4): 359–371. [in Russian]
6. Bergmann G, Graichen F, Rohlmann A, Bender A, Heinlein B, Duda GN, Heller MO, Morlock MM. Realistic loads for testing hip implants. Bio-Medical Materials and Engineering. 2010; 20(2): 65-75. DOI: 10.3233/BME-2010-0616
7. Devaraj AK, Adhikari R, Acharya KKV, Abhishek S, Shetty AR, Eadara A. Finite element analysis of a human knee joint. NAFEMS India Regional Conference Bangalore, 30-31st August 2016, 1-8.
8. Diplesh Gautam, Venkatesh K P Rao. Classification of diaphysis based on the mechanical response of femur bone. Vibroengineering PROCEDIA. 2019; 29: 182-188. https://doi.org/10.21595/vp.2019.21133.
9. Kurowski PM. Engineering analysis with solid works simulation. 2012. 475 p. ISBN: 978-1-58503-710-0.
10. Mavcic B, Križancic M, Zupanc O, Iglic A, Kralj-Iglic V. Biomechanical model of the shear stress distribution in the femoral neck. Bulletin of Applied Mechanics. 2005; 1(4): 225–230.
11. Netravali NA, Andriacchi ThP, Nicholas JG, Hargreaves BA. Meniscal damage, partial medial meniscectomy, and the development of osteoarthritis [dissertation]. Stanford University; 2011.
12. Pal S. Mechanical Properties of Biological Materials. Chapter II from book Design of Artificial Human Joints and Organs. Springer Science+Business Media New York, 2014. 23-40. DOI 10.1007/978-1-4614-6255-2_2.
13. Vafaeian B, Zonoobi D, Mabee M, Hareendranathan AR, El-Rich M, Adeeb S, Jaremko JL. Finite element analysis of mechanical behavior of human dysplastic hip joints: a systematic review. Osteoarthritis and Cartilage. 2017; 25(4): 438-47. DOI: https://doi.org/10.1016/j.joca.2016.10.023
14. Wagner D, Divringi K, Ozcan C, Grujicic M, Pandurangan B, Grujicic A. Combined musculoskeletal dynamics/structural finite element analysis of femur physiological loads during walking. Multidiscipline Modeling in Materials and Structures. 2010; 6(4): 417-437. https://doi.org/10.1108/15736101011095118
15. Zienkiewicz OC, Taylor RL. The finite element method for solid and structural mechanics. Sixth edition. Butterworth-Heinemann; 2005. 736 p.

Публікація:

«Світ медицини та біології» Том 16 № 71 (2020) , с. 54-58
УДК 616.728.2-007.1-001.57

DOI:

https://doi.org/10.26724/2079-8334-2019-4-70-54-58