Ocena wpływu redystrybucji naprężeń na właściwości biologiczne i materiałowe tkanki kostnej po implantacji panewki endoprotezy stawu biodrowego.

Żmudzki, J.; Kusz, D.; Okrajni, J.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Ocena wpływu redystrybucji naprężeń na właściwości biologiczne i materiałowe tkanki kostnej po implantacji panewki endoprotezy stawu biodrowego.

Autorzy

Żmudzki J. , Kusz D. , Okrajni J.

Identyfikatory

Warianty tytułu

An estimate of the stress redistribution influence on biological material properties of bone tissue after total hip arthoplasty.

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy poddano analizie współzależność pomiędzy czynnikami o charakterze mechanicznym, materiałowym i biologicznym w organiźmie człowieka po zabiegu implantacji endoprotezy stawu biodrowego. Do wyznaczenia pól naprężeń zastosowano modelowanie numeryczne metodą elementów skończonych. Opracowano modele fizyczne stawu biodrowego prawidłowego i sztucznego z panewką typu PM, kotwiczoną w miednicy za pomocą połączenia z użyciem gwintu. Modele obciążono wg schematu Pauwelsa. Porównano rozkłady naprężeń w modelu części miedniczej stawu prawidłowego i po implantacji komponenty panewkowej endoprotezy. Określono wpływ implantu na redystrybucję naprężeń w kości miedniczej po endoprotezoplastyce. Redystrybucja ta polega na lokalnych zmianach pól naprężeń oraz związanego z nimi wytężenia w poszczególnych punktach biomechanicznego układu. Za miarę wytężenia przyjęto naprężenia zastępcze wyznaczone zgodnie z hipotezą Hubera. Równolegle przeprowadzono badania densytometrem rentgenowskim podwójnej energii LUNAR DPX u 53 chorych z jednostronną koksartozą przeciętnie w 10 dobie pooperacyjnej oraz po dalszych 6, 12 i 18 miesiącach. Pomiarom podlegały zawartość wapnia w gramach - BMC (bone mineral content) oraz jego gęstość w gramach na centymetr kwadratowy - BMD (bone mineral density). Zmiany mineralne prześledzono w najbliższym sąsiedztwie gwintowanej panewki PM w strefach DeLee i Charnleya. Wprowadzono wielkość względnej zmiany naprężeń średnich (alfa) i względnej zmiany średniej gęstości BMD (beta), odnoszące stan stawu w 18 miesięcy po alloplastyce do stanu przed operacją. Podjęto próbę znalezienia korelacji pomiędzy względną zmianą naprężeń średnich (alfa) oraz względną zmianą średniej gęstości BMD (beta). Dokonano na tej podstawie oceny możliwości prognozowania wpływu czynników mechanicznych na materiałowe i biologiczne właściwości tkanki kostnej.

The correlation between mechanical, material and biological features in the human organism after total hip arthoplasty has been discussed in the paper. FEM has been used to stress fields determination. Physical models of regular and artificial (Parhofer-Monch) hip joint have been made. Models were loaded according to Pauwels scheme. Stress patern in regular and artificial hip joint have been compared. An implant influence on stress redistribution in bone tissue after total hip arthoplasty has been determined. The points of redistribution are changes in local stress according to Hubert law in different points of biomechanical structure. In the same time, densitometer double energy LUNAR DPX has been applied to measurements bone mineral content - BMC and bone mineral density - BMD in 53 cases by one-side artificial hip joint. Mineral changes in the DeLee and Charnley zones after 10 days and sequel 6, 12, and 18 month have been inspected. Relative changes of average stress (alpha) and average bone material density-BMD (beta), which describe hip condition 18 month after surgery and before it, have been defined. An attempt to find correlation between average stress (alpha) and average bone material density - BMD (beta) has been taken up. On this basis possibility of calculation of mechanical features influence on material and biological properties has been estimated.

Słowa kluczowe

redystrybucja naprężeń właściwości biologiczne właściwości materiałowe tkanka kostna implantacja panewki endoprotezy stawu biodrowego staw biodrowy układ biomechaniczny zawartość wapnia gęstość wapnia

stress redistribution biological properties material properties bone tissue hip arthoplasty hip joint biomechanical structure bone mineral content bone mineral density

Wydawca

Wydawnictwo SIGMA-NOT

Czasopismo

Inżynieria Materiałowa

Rocznik

1999

Tom

R. XX, nr 2

Strony

62--66

Opis fizyczny

Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Żmudzki J.

Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu Politechniki Śląskiej

autor

Kusz D.

Śląska Akademia Medyczna

autor

Okrajni J.

Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu Politechniki Śląskiej

Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu

Bibliografia

1. D. Kusz, J. Okrajni, J. Żmudzki, A. Tokarowski: Ocena rozkładu naprężeń w tkance kostnej wokół bezcementowej panewki endoprotezy stawu biodrowego typu Parhofera-Möncha w powiązaniu z wynikami badania densytometrycznego, I Seminarium „Biomechanika w implantologii”. Ustroń 1997
2. Kusz D., Okrajni J.: Próba oceny wpływu stanu wytężenia w kości udowej po implantacji endoprotezy typu Weller na zmiany zachodzące w tkance kostnej w korelacji z badaniem densytometrycznym Chir. Narz. Ruchu Ortop. Pol., 1997; 62 (3); 225-232
3. Bobyn J. D., Mortimer E. S., Glassman A. H., Engh C. A., Miller J. E., Brooks C. E.: Producing and avoiding stress shielding. Clin. Orthop., 1992; 274: 79-96
4. Harris W. H.: Will stress shielding limit the longevity of cemented femoral components of total hip replacement?. Clin. Orthop., 1992; 274: 120-123
5. Head W. C., Bauk D. J., Emerson R. H. Jr.: Titanium as the material of choice for cementless femoral components in total hip arthroplasty. Clin.Orthop., 1995; 311; 85-90
6. Herzwurm P. J., Simpson S. L., Duffin S., Oswald S. G., Ebert F. R.: Thigh pain and total hip arthroplasty. Clin. Orthop., 1997; 336: 156-161
7. Huiskes R., Van Rietbergen B.: Preclinical testing of total hip stems. Clin. Orthop., 1995; 319: 64-76
8. Lewis J. L., Askew M. J., Wixson R. L., Kramer G. M., Tarr R. R.: The influence of prosthetic stem stiffness and of a calcar collar on stresses in the proximal end of the femur with a cemented femoral component. J. Bone Joint Surg. Am., 1984; 66 – A (2): 280-286
9. Okrajni J., Toborek J.: Mechaniczne uwarunkowanie biofunkcjonalności sztucznego stawu biodrowego. Inżynieria Materiałowa, 1997; 2; 67-70
10. Haris W. H.: Hybrid total hip replacement. Clin. Orthop., 1996; 333: 155-164
11. Zienkiewicz O. C.: Metoda elementów skończonych. Arkady, Warszawa, 1972.
12. Kusz D., Kaleta M., Bożek M., Służałek M.: Zastosowanie badania densytometrycznego w ocenie endoprotezoplastyki bezcementowej stawu biodrowego. Chir. Narz. Ruchu Ortop. Pol., 1996; 61 (2): 169-175.
13. Lunar DPX. Manual Supplement; Orthopedic Software. Documentation Version 8/92. Lunar Corporation, Madison, Wisconsin 1992
14. DeLee J. G., Chanicy J.: Radiological demarcation of cemented sockets in total hip replacement. Clin. Orthop., 1976; 121: 20-32
15. Lord G., Marotte J. H., Blanchard J. P., Guillamon J. L., Servant J., Samuel P., Gentaz R.: Cementless madreporic and polarised total hip prostheses. French J. Orthop. Surg., 1988; 2 (1): 82-92
16. Otani T., Whiteside L. A., White S. E.: The effect of axial and torsional loading on strain distribution in the proximal femur as related to cementless total hip arthroplasty. Clin. Orthop., 1993; 292: 376-383
17. Sumner D. R., Galante J. O.: Determinants of stress shielding : design versus materials versus interface. Clin. Orthop., 1992; 274: 202: 212
18. Sumner D. R., Turner T. M., Urban R. M., Galante J. O.: Experimental studies of bone remodeling in total hip arthroplasty. Clin. Orthop., 1992; 276: 83-90
19. Walker P. S., Schneeweis D., Murphy S., Nelson P.: Strains and micromotions of press – fit femoral stem prostheses. J. Biomech., 1987; 20 (7): 693-702
20. Będziński R.: Biomechanika inżynierska, Pol. Wrocław. 97

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BOS3-0001-0025