Implanturile metalice moderne pentru înlocuirea articulațiilor permit pacienților să revină la viața activă, însă principalul lor dezavantaj este rigiditatea lor excesivă. În timp, aceasta duce la distrugerea țesutului înconjurător, la slăbirea protezei și la necesitatea unor intervenții chirurgicale repetate. Oamenii de știință de la Politehnica din Perm au găsit o soluție: au dezvoltat un model care descrie pentru prima dată în mod realist modul în care osul crește într-un implant și modul în care acest lucru afectează rezistența acestuia. Acest lucru a fost raportat pentru Gazeta.Ru de către serviciul de presă al instituției de învățământ.
Potrivit experților, aproximativ 200 de mii de persoane din Rusia au nevoie anual de înlocuirea articulației șoldului. Prin urmare, nu numai operația în sine, ci și durabilitatea implanturilor este importantă. Problema este că structurile metalice utilizate astăzi sunt de 4-5 ori mai rigide decât osul natural. Din acest motiv, sarcina este redistribuită neuniform, iar țesuturile din jurul protezei se deteriorează treptat.
Compozitele carbon-carbon sunt considerate o alternativă promițătoare – materiale care combină rezistența ridicată cu elasticitatea apropiată de cea a osului. Sub sarcină, în ele se formează microfisuri și pori, în care poate răsări țesut osos. Acest lucru permite implantului să „fuzioneze” practic cu corpul.
Cu toate acestea, până în prezent, inginerii nu au putut prevedea cu exactitate modul în care acest proces afectează rezistența finală a structurii. S-a presupus că osul umple uniform toate golurile, dar această simplificare a dus la estimări exagerate ale duratei de viață a protezei.
Cercetătorii PNIPU au arătat că, în realitate, distribuția țesutului osos este mult mai complexă. Acesta nu umple toate microfisurile, iar creșterea sa este limitată atât de structura materialului, cât și de factori biologici. Pentru creștere, este necesară o rețea conectată de pori situați suficient de aproape unii de alții. Cu toate acestea, celulele nu pot pătrunde la nesfârșit în material: pe măsură ce se îndepărtează de suprafață, le lipsesc oxigenul și nutrienții.
Pe baza acestor factori, oamenii de știință au creat un model matematic care ia în considerare tensiunile reale exercitate asupra articulației – atunci când merge, aleargă sau urcă scările. În loc să încerce să prezică locația exactă a fisurilor, modelul estimează probabilitatea existenței unei structuri a porilor potrivite pentru creșterea țesuturilor.
Pentru a valida modelul, oamenii de știință au studiat atât noi mostre de compozit, cât și implanturi reale extrase de la pacienți, precum și scanări CT de arhivă.
„Validitatea modelului este determinată de faptul că calculele sale iau în considerare date reale. Ne-am bazat pe tomografiile pacienților în primele 90 de zile după operație, când se formează noul țesut osos”, – a explicat Egor Razumovsky, student postuniversitar la Departamentul de „Mecanica materialelor și structurilor compozite” din cadrul PNIIPU.
Potrivit acestuia, noul model este cât se poate de apropiat de procesele biologice reale și permite obținerea unor previziuni mai exacte privind rezistența și durabilitatea implanturilor.
Dezvoltarea ar putea deveni baza pentru crearea de proteze mai fiabile și reducerea numărului de operații repetate. În viitor, aceasta poate fi, de asemenea, utilizată pentru calcule personalizate care iau în considerare caracteristicile de încărcare ale unui anumit pacient.
