Paediatric Surgery (Ukraine).2023.3(80):71-77; doi: 10.15574/PS.2023.80.71
Корж Н. А., Хмызов С. А., Кацалап Е. С., Карпинский М. Ю., Карпинская Е. Д., Яресько А. В.
ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов имени профессора М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков

Для цитирования: Korzh MO, Khmyzov SO, Katsalap ES, Karpinsky MYu, Karpinska OD, Yaresko OV. (2023). Study of stress distribution under the influence of bending load in models of different options for osteosynthesis of tibia bones with fractures in the middle third of their congenital pseudarthrosis in children with incomplete growth. Paediatric Surgery (Ukraine). 3(80): 71-77; doi: 10.15574/PS.2023.80.71.
Статья поступила в редакцию 11.06.2023 г., принята к печати 10.09.2023 г.

Врожденный псевдоартроз костей голени — редкостное заболевание, характеризующееся наличием несращения (псевдоартроза) костей голени, не срастающихся самостоятельно. Большинство хирургических методик предусматривает удаление патологических мягких тканей в зоне псевдоартроза с последующей костной аутопластикой и фиксацией фрагментов большеберцовой кости в аппаратах наружной фиксации или с помощью интрамедуллярных фиксаторов.
Цель — исследовать напряженно-деформированное состояние моделей голени при наличии псевдоартроза в средней трети под влиянием сгибающей нагрузки и их остеосинтеза с использованием интрамедуллярных стержней различных конструкций у детей с незавершенным ростом.
Материалы и методы. Выполнено математическое моделирование трех вариантов остеосинтеза костей голени при их врожденном псевдоартрозе в средней трети: 1 — стержень без ротационной стабильности; 2 — стержень с ротационной стабильностью; 3 — стержень с ротационной стабильностью и блокированным движением при сжатии. Изучено напряженно-деформированное состояние моделей под влиянием изгибающей нагрузки величиной 300 Н.
Результаты. При использовании ротационно нестабильного «растущего» стержня максимальный уровень напряжений 18,5 МПа и 23,1 МПа определяется на проксимальном и дистальном концах большеберцовой кости, соответственно. В зоне перелома уровень напряжений минимален и не превышает отметки 0,2 МПа. В диафизарной части напряжения определяются на уровне 0,3 МПа и 0,4 МПа выше и ниже зоны перелома, соответственно. В зоне перелома малоберцовой кости уровень напряжения также не значителен — 0,7 МПа и 0,8 МПа в проксимальном и дистальном фрагментах. Использование стержня с ротационной стабильностью не ведет к каким-либо значительным изменениям напряженно деформированного состояния модели по сравнению с остеосинтезом большеберцовой кости ротационно нестабильным стержнем. Использование интрамедуллярного стержня с блокированным движением при сжатии позволяет снизить величины напряжений на проксимальном и дистальном концах большеберцовой кости — до 16,9 МПа и 21,2 Мпа, соответственно. Во всех контрольных точках диафизарной части большеберцовой кости напряжения минимальны и равны 0,2 МПа. Следует обратить внимание, что в данном случае практически исчезают напряжения в зоне перелома малоберцовой кости, где они не превышают отметки 0,1 МПа.
Выводы. При нагрузках на изгиб все типы интрамедуллярных стержней обеспечивают минимальный уровень напряжений в зоне перелома большеберцовой кости. Дополнительные ротационная и продольная стабильность стержней позволяют незначительно снизить уровень напряжений в проксимальном и дистальном концах большеберцовой кости.
Исследование выполнено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Протокол исследования одобрен Локальным этическим комитетом участвующего учреждения. На проведение исследований получено информированное согласие родителей детей.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Ключевые слова: врожденный псевдоартроз, остеосинтез, моделирование.
ЛИТЕРАТУРА

1. Alzahrani MM, Fassier F, Hamdy RC. (2016). Use of the Fassier-Duval telescopic rod for the management of congenital pseudarthrosis of the tibia. J Limb Lengthen Reconstr. 2: 23-28. https://doi.org/10.4103/2455-3719.182572

2. Boccaccio A, Pappalettere C. (2011). Mechanobiology of Fracture Healing: Basic Principles and Applications in Orthodontics and Orthopaedics. Theoretical Biomechanics. Edited by Dr Vaclav Klika. https://doi.org/10.5772/19420

3. Cowin SC. (2001). Bone mechanics handbook. Edited by Stephen C. Cowin. CRC Press Reference. https://doi.org/10.1201/b14263; PMCid:PMC2190562

4. Grill F, Bollini G, Dungl P, Fixsen J, Hefti F, Ippolito E et al. (2000). Treatment approaches for congenital pseudarthrosis of tibia: results of the EPOS multicenter study. European Paediatric Orthopaedic Society (EPOS). J Pediatr Orthop. 9: 75-89. https://doi.org/10.1097/01202412-200004000-00002; PMid:10868356

5. Кацалап ЄС, Хмизов СО, Ковальов АМ, Карпінський МЮ, Карпінська ОД. (2022). Інтрамедулярний телескопічний фіксатор для лікування переломів та дефектів довгих кісток у дітей з вродженим псевдоартрозом та незавершеним ростом. Патент на корисну модель №151605 UA, МПК А61В17/72. Патентовласник ДУ «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка НАМН України». Заявка u202200760 від 21.02.2022. Опубл. 17.08.2022, бюл. №33.

6. Kesireddy N, Kheireldin RK, Lu A, Cooper J, Liu J, Ebraheim NA. (2018). Current treatment of congenital pseudarthrosis of the tibia:a systematic review and meta-analysis. J Pediatr Orthop B. 27 (6): 541-550. https://doi.org/10.1097/BPB.0000000000000524; PMid:29878977

7. Khmyzov SO, Katsalap YeS, Karpinsky MJu, Karpinska O. (2022). Experimental study of bone density in patients with congenital pseudoarthrosis of the tibia before and after surgery. Wiadomości Lekarskie. LXXV (9); part 1: 2112-2120. https://doi.org/10.36740/WLek202209112; PMid:36256938

8. Хмизов СО, Кацалап ЄС, Карпінський МЮ, Карпінська ОД. (2022). Експериментальне дослідження щільності кісткової тканини у хворих з уродженим псевдоартрозом кісток гомілки до та після операції за даними комп’ютерної томографії. Хірургія дитячого віку (Україна). 3 (76): 59-67. https://doi.org/10.15574/PS.2022.76.59.

9. Хмизов СО, Пашенко АВ, Ковальов АМ. (2017). Пристрій для хірургічного лікування деформацій стегнових кісток у дітей з незавершеним ростом. Патент на корисну модель UA №114597U, А61В17/72. Патентовласник ДУ «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка НАМН України». Заявка u201610052 від 03.10.2016. Опубл. 10.03.2017, бюл. №5.

10. Korolkov O, Rakhman P, Karpinsky M, Shishka I, Yaresko O. (2017). Assessment of stress-strain distribution in flatfoot deformity (part 1). Orthopaedics, Traumatology аnd Prosthetics. 4: 80-84. https://doi.org/10.15674/0030-59872017480-84

11. Kurowski PM. (2007). Engineering Analysis with COSMOSWorks 2007: SDC Publications.

12. Pannier S. (2011). Congenital pseudarthrosis of the tibia. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research. 97: 750-761. https://doi.org/10.1016/j.otsr.2011.09.001; PMid:21996526

13. Rao SS. (2005). The Finite Element Method in Engineering: Elsevier Science.

14. Shabtai L, Ezra E, Wientroub S, Segev E. (2015, Sep). Congenital tibial pseudarthrosis, changes in treatment protocol. J Pediatr Orthop B. 24 (5): 444-449. https://doi.org/10.1097/BPB.0000000000000191; PMid:25932825

15. Shah H, Joseph B, Nair BVS, Kotian DB, Choi IH, Richards BS et al. (2018). What factors influence union and Refracture of congenital Pseudarthrosis of the tibia? A multicenter long-term study [J]. J Pediatr Orthop. 38 (6): e332-337. https://doi.org/10.1097/BPO.0000000000001172; PMid:29664876

16. Шишков ММ. (2000). Марочник сталей і сплавів: Довідник. Донецьк: 456.

17. Vasyuk VL, Koval OA, Karpinsky MYu, Yaresko OV. (2019). Mathematical modeling of options for osteosynthesis of distal tibial metaphyseal fractures type C1. Trauma. 20 (1): 37-46. https://doi.org/10.22141/1608-1706.1.20.2019.158666

18. 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.

19. Yan A, Mei HB, Liu K, Wu J-Y, Tang J, Zhu G-H, Ye W-H. (2017). Wrapping grafting for congenital pseudarthrosis of the tibia: a preliminary report [J]. Medicine. 96 (48): e8835. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000008835; PMid:29310362 PMCid:PMC5728763