Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.



СІМЕЙНІ ЛІКАРІ ТА ТЕРАПЕВТИ

НЕВРОЛОГИ, НЕЙРОХІРУРГИ, ЛІКАРІ ЗАГАЛЬНОЇ ПРАКТИКИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ

ТРАВМАТОЛОГИ

ОНКОЛОГИ, (ОНКО-ГЕМАТОЛОГИ, ХІМІОТЕРАПЕВТИ, МАМОЛОГИ, ОНКО-ХІРУРГИ)

ЕНДОКРИНОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, КАРДІОЛОГИ ТА ІНШІ СПЕЦІАЛІСТИ

ПЕДІАТРИ ТА СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

АНЕСТЕЗІОЛОГИ, ХІРУРГИ

"Тrauma" Том 22, №4, 2021

Back to issue

Mathematical modeling of the osteosynthesis of the lower leg bones using a titanium mesh for their congenital pseudoarthrosis in the lower third

Authors: Хмизов С.О., Кацалап Є.С., Карпінський М.Ю., Яресько О.В.
ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Уроджений псевдоартроз кісток гомілки належить до групи орфанних захворювань і проявляється незрощенням (псевдоартрозом) кісток гомілки, що призводить до формування деформації та вкорочення кінцівки і, як наслідок, супроводжується стійким порушенням опороздатності кінцівки. На сьогодні питання вибору хірургічної методики й оптимальної фіксації при хірургічному лікуванні уродженого псевдоартрозу кісток гомілки залишається невирішеним. Мета: дослідити напружено-деформований стан моделі гомілки з псевдоартрозом її кісток у нижній третині при їх остеосинтезі з використанням титанової сітки. Матеріали та методи. Моделювали остеосинтез інтрамедулярним стрижнем, шпицею та блоком із кісткових трансплантатів на обидві кістки гомілки з накладанням сітки з титану поверх трансплантатів під впливом двох видів навантажень — на стиск та кручення. Результати. Проведені дослідження показали, що додаткова фіксація блока кісткових трансплантатів титановою сіткою дозволяє знизити рівень напружень практично на всіх контрольних точках моделі остеосинтезу кісток гомілки при їх вродженому псевдоартрозі при навантаженні як на стиск, так і на кручення. Як найбільш позитивні зміни можна відмітити зниження величин напружень на великогомілковій кістці навколо лінії незрощення, що можна пояснити тим, що блок кісткових трансплантатів, зміцнений титановою сіткою, бере на себе більше навантаження. Це впливає на підвищення рівня напружень на нижній межі блока трансплантатів та великогомілкової кістки. До негативних факторів слід віднести підвищення рівня напружень вздовж лінії незрощення малогомілкової кістки. Це також пояснюється підвищенням модуля пружності блока кісткових трансплантатів, що ще більше навантажує малогомілкову кістку. Висновки. Використання титанової сітки для додаткової фіксації кісток гомілки при лікуванні їх вродженого псевдоартрозу позитивно впливає на напружено-деформований стан моделі, що підтверджується зниженням рівня напружень практично на всіх контрольних точках моделі, при навантаженнях як на стиск, так і на кручення. Найбільш позитивні зміни спостерігаються вздовж лінії незрощення великогомілкової кістки.

Background. Congenital pseudarthrosis of the lower leg bones belongs to the group of orphan diseases and manifests itself in non-union (pseudarthrosis) of the lower leg bones, which leads to the formation of deformity and shortening of the limb, and, as a result, is accompanied by a persistent violation of the limb’s supportability. To date, the question of choosing a surgical technique and optimal fixation in the surgical treatment of congenital pseudarthrosis of the lower leg bones remains unresolved. The purpose was to investigate the stress-strain state of the shin model with pseudarthrosis of its bones in the lower third during their osteosynthesis using a titanium mesh. Materials and methods. Osteosynthesis was simulated with an intramedullary nail, wires, and a block of bone grafts on both shin bones with the imposition of a titanium mesh over the grafts under the influence of two types of compression and torsion loads. Results. Studies have shown that additional fixation of the bone graft block with a titanium mesh allows reducing the stress level at almost all control points of the model of osteosynthesis of the lower leg bones in their congenital pseudarthrosis, both under compression and torsion. As the most positive changes, we can note a decrease in the stress values on the tibia around the nonunion line. This can be explained by the fact that the bone graft block reinforced with a titanium mesh takes on a great load. The same fact contributes to the increase in the level of stress at the lower border of the graft block and tibia. The negative factors include an increase in the level of stress along the line of non-union of the fibula. This is also explained by an increase in the modulus of elasticity of the bone graft block, which further loads the fibula. Conclusions. The use of a titanium mesh for additional fixation of the shin bones in the treatment of their congenital pseudarthrosis has a positive effect on the stress-strain state of the model, which is confirmed by a decrease in the stress level at almost all control points of the model, both under compression and torsion loads. The most positive changes are observed along the line of non-union of the tibia.


Keywords

псевдоартроз; остеосинтез; навантаження

pseudarthrosis; osteosynthesis, load


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Hefti F., Bollini G., Dungl P., Fixsen J., Grill F., Ippolito E. et al. Congenital pseudarthrosis of the tibia: history, etiology, classification, and epidemiologic data. J. Pediatr. Orthop. B. 2000. 9(1). 11-15.
2. Paley D. Congenital pseudarthrosis of the tibia: combined pharmacologic and surgical treatment using bisphosphonate intravenous infusion and bone morphogenic protein with periosteal and cancellous autogenous bone grafting, tibio-fibular cross union, intramedullary. In: Zorzi A., editor. Bone grafting. Vienna, Austria: InTech, 2012. doi: 10.5772/31149.
3. Paley D. Congenital pseudarthrosis of the tibia: biological and biomechanical considerations to achieve union and prevent refracture. Journal of Children’s Orthopaedics. January 2019. DOI: 10.1302/1863-2548.13.180147. 
4. Zhu G.H., Mei H.B., He R.G. et al. Combination of intramedullary rod, wrapping bone grafting and Ilizarov’s fixator for the treatment of Crawford type IV congenital pseudarthrosis of the tibia: mid-term follow up of 56 cases. BMC Musculoskelet Disord. 2016. 17. 443. 
5. Kesireddy N., Kheireldin R.K., Lu A. et al. Current treatment of congenital pseudarthrosis of the tibia: a systematic review and meta-analysis. J. Pediatr. Orthop. B. 2018. 27(6). 541-550.
6. Shah H., Joseph B., Bvs N. et al. What factors influence union and Refracture of congenital Pseudarthrosis of the tibia? A multicenter long-term study [J]. J. Pediatr. Orthop. 2018. 38(6). 332-337. 
7. Khmyzov S.O., Katsalap E.S., Karpinsky M.Yu., Yaresko O.V. Mathematical modeling of osteosynthesis of the lower leg bones during their congenital pseudarthrosis in the middle third. Bulletin of problems biology and medicine. 2020. 4(158). 239-246. DOI: 10.29254/2077-4214-2020-4-158-239-246.
8. Корж М.О., Хмизов С.О., Ковальов А.М., Пашенко А.В., Єршов Д.В. Інтрамедулярний телескопічний фіксатор. 2014. (UA Патент № 88254). ДСІВ України. 
9.  Bone mechanics handbook. Еd. by Stephen C. Cowin. CRC Press Reference, 2001.
10. Vidal-Lesso A., Ledesma-Orozco E., Daza-Benítez L., Lesso-Arroyo R. Mechanical Characterization of Femoral Cartilage Under Unicompartimental Osteoarthritis. Ingeniería Mecánica Tecnología Y Desarrollo. 2014. 4(6). 239-246.
11. Boccaccio A., Pappalettere C. Mechanobiology of Fracture Healing: Basic Principles and Applications in Orthodontics and Orthopaedics. Theoretical Biomechanics. Dr Vaclav Klika (Ed.). 2011.
12. Vasyuk V.L., Koval O.A., Karpinsky M.Yu., Yaresko O.V. Mathematical modeling of options for osteosynthesis of distal tibial metaphyseal fractures type C1. Trauma. 2019. 20(1). 37-46. DOI: 10.22141/1608-1706.1.20.2019.158666.
13. Бондаренко С.Є., Денисенко С.А., Карпінський М.Ю., Яресько О.В. Дослідження впливу чашок ендопротезів кульшових суглобів з пористого титану на розподіл напружень в кістковій тканині (математичне моделювання). Травма. 2021. 22(3). 35-44. DOI: 10.22141/1608-1706.3.22.2021.236320.
14. Сорокин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С.А. и др. Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.
15. Зенкевич О.К. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1978. 519 с.
16. Алямовский А.А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК Пресс, 2004. 432 с.

Back to issue