Paediatric Surgery (Ukraine).2022.4(77):75-83; doi 10.15574/PS.2022.77.75
Хмизов С. О., Якушкін Є. Ю., Карпінський М. Ю., Яресько О. В.
ДУ «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків

Для цитування: Хмизов СО, Якушкін ЄЮ, Карпінський МЮ, Яресько ОВ. (2022). Математичне моделювання напружено-деформованого стану моделі колінного суглоба при аплазії хрестоподібних зв’язок та після відновлення зв’язкового апарату. Хірургія дитячого віку (Україна). 4(77): 75-83; doi 10.15574/PS.2022.77.75.
Стаття надійшла до редакції 24.09.2022 р., прийнята до друку 16.12.2022 р.

Вади закладки та розвитку хрестоподібних зв’язок є однією з основних причин розвитку нестабільності колінного суглоба при вроджених повздовжніх вадах розвитку нижніх кінцівок. Ця патологія зустрічається з частотою 0,017 на 1000 новонароджених. Відсутність хрестоподібних зв’язок призводить до зміни форми суглобових поверхонь колінного суглоба і формується за рахунок гіпоплазії виростків стегнової кістки, відсутності міжвиросткової ямки стегнової кістки та відсутності міжвиросткового підвищення великогомілкової кістки.
Мета – вивчити напружено-деформований стан колінного суглоба при аплазії хрестоподібних зв’язок до та після реконструктивних втручань; порівняти отримані результати з нормою.
Матеріали та методи. Розроблена базова скінчено-елементна модель нижньої кінцівки, доповнена колатеральними та хрестоподібними зв’язками колінного суглоба. На основі базової моделі розроблена модель з аплазією хрестоподібних зв’язок колінного суглоба та модель, яка відображає стан колінного суглоба після виконання реконструктивного оперативного втручання за методикою SUPER KNEE за D. Paley. Модель випробували під впливом вертикального навантаження в положенні згинання колінного суглоба під кутом 135°.
Результати. Результати проведеного математичного моделювання показали, що аплазія хрестоподібних зв’язок призводить до підвищення рівня напружень як у кісткових елементах моделі, так і в елементах зв’язкового апарату. Відновлення зв’язкового апарату колінного суглоба штучними матеріалами за методикою SUPER KNEE за D. Paley дає змогу знизити рівень напружень у кісткових елементах моделі, при цьому напруження в стегновій кістці визначаються меншим навіть порівняно з моделлю в норми. Зв’язки зі штучного матеріалу приймають на себе основні навантаження в колінному суглобі та забезпечують рівномірне навантаження лавсанової стрічки з обох боків суглоба. Високий рівень напружень у лавсановій стрічці порівняно з нормальними зв’язками обумовлений вищим модулем пружності матеріалу і меншою його пластичністю.
Висновки. Аплазія хрестоподібних зв’язок призводить до підвищення рівня напружень як у кісткових елементах моделі, так і в елементах зв’язкового апарату. Відновлення зв’язкового апарату колінного суглоба дає змогу знизити рівень напружень у кісткових елементах моделі з аплазією зв’язок та наближає значення до параметрів  моделі в норми. Напруження у зв’язковому апараті колінного суглоба після його відновлення значно зростають, що обумовлено механічними властивостями штучного матеріалу, що замінює зв’язки. Підвищений рівень напружень, що виникає в лавсановій стрічці, свідчить про те, що вона міцно тримає навантаження, що виникають у суглобі.
Дослідження виконано відповідно до принципів Гельсінської декларації. Протокол дослідження ухвалено Локальним етичним комітетом зазначеної в роботі установи.
Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.
Ключові слова: хрестоподібні зв’язки, аплазія, напруження.

ЛІТЕРАТУРА

1. Алямовский АА. SolidWorks/COSMOSWorks. (2004). Инженерный анализ методом конечных элементов. Москва: ДМК Пресс: 432.

2. Cowin SC (ed). (2001). Bone mechanics handbook. CRC Press Reference. https://doi.org/10.1201/b14263; PMCid:PMC2190562

3. Giorgi B. (1956). Morphologic variations of the intercondylar eminence of the knee. Clinical Orthopaedics. 8: 209-217.

4. Gul VE. (1966). Struktura i mehanicheskie svoystva polimerov. Moskva: Vyisshaya shkola: 240.

4. Гуль ВЕ. (1966). Структура и механические свойства полимеров. Москва: Высшая школа: 240.

5. Khmyzov S, Yakushkin Y, Katsalap Y. (2021). Knee joint instability in conditions of congenital malformations of the lower extremities. Оrthopaedics, traumatology and prosthetics. 1: 80-85. https://doi.org/10.15674/0030-59872021180-85

6. Корольков ОІ, Кацалап ЄС, Карпінський МЮ, Яресько ОВ. (2018). Напружено-деформований стан кульшового суглоба в дітей з асептичним некрозом головки стегнової кістки (повідомлення перше). Ортопедия, травматология и протезирование. 3: 85-92. https://doi.org/10.15674/0030-59872018385-92.

7. Образцов ИФ, Адамович ИС, Барер ИС и др. (1988). Проблема прочности в биомеханике. Учебное пособие для технич. и биол. спец. ВУЗов. Москва: Высш. школа: 311.

8. Paley D, Standard SC, Wiesel SW. (2010). Treatment of congenital femoral deficiency. Operative techniques in orthopaedic surgery. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins: 1202-1223.

9. Тяжелов АА, Карпинская ЕД, Карпинский МЮ, Браницкий АЮ. (2020). Влияние контрактур тазобедренного сустава на силу мышц бедра. Georgian medical news. 9 (306): 10-18. PMID: 33130638.

10. Тяжелов АА, Карпинский МЮ, Карпинская ЕД, Гончарова ЛД, Климовицкий РВ. (2017). Моделирование работы мышц тазового пояса после эндопротезирования тазобедренного сустава при различной величине общего бедренного офсета. Травма. 18 (6): 133-140. https://doi.org/10.22141/1608-1706.6.18.2017.121191.

11. Тяжелов АА, Карпінський МЮ, Юрченко ДА, Карпінська ОД, Гончарова ЛЄ. (2022). Математичне моделювання як інструмент дослідження функції м’язів тазового пояса при диспластичному коксартрозі. Травма. 23 (1): 4-11. https://doi.org/10.22141/1608-1706.1.23.2022.876.

12. Vidal-Lesso A, Ledesma-Orozco E, Daza-Benítez L, Lesso-Arroyo R. (2014). Mechanical Characterization of Femoral Cartilage Under Unicompartimental Osteoarthritis. Ingeniería Mecánica Tecnología Y Desarrollo. 4 (6): 239-246.

13. Woo SL-Y, Abramowitch SD, Kilger R, Liang R. (2006). Biomechanics of knee ligaments: injury, healing, and repair. Journal of Biomechanics. 39: 1-20. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2004.10.025; PMid:16271583

14. Зенкевич ОК. (1978). Метод конечных элементов в технике. Москва: Мир: 519.