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.



Травма та її наслідки
Зала синя Зала жовта

Травма та її наслідки
Зала синя Зала жовта

Журнал "Травма" Том 23, №6, 2022

Повернутися до номеру

Вивчення напружено-деформованого стану моделей заднього спондилодезу поперекового відділу хребта при негативних показниках сагітального балансу хребта і таза

Автори: Попсуйшапка К.О. (1), Коверник О.В. (2), Підгайська О.О. (1), Карпінський М.Ю. (1), Яресько О.В. (1)
(1) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна
(2) — КНП «Обласна клінічна лікарня» ХОР, м. Харків, Україна

Рубрики: Травмотологія та ортопедія

Розділи: Клінічні дослідження

Версія для друку


Резюме

Актуальність. Поєднана патологія поперекового відділу хребта і кульшового суглоба не без підстав вважається однією з важливих проблем сучасної ортопедії. У хворих з вираженими змінами в кульшовому суглобі біль у поперековому відділі хребта спостерігається у 21,2–49,4 % випадків. На даний час не існує загальноприйнятих рекомендацій щодо етапності виконання оперативних втручань у даної групи хворих. Мета: дослідити розподіл напружень у моделях заднього спондилодезу поперекового відділу хребта при негативних значеннях сагітального контуру хребта і зменшенні показників поперекового лордозу. Матеріали та методи. Була розроблена базова скінченно-елементна модель хребта з грудною кліткою, що містила кісткові елементи: хребці Th1-L5, ребра, грудину й таз. На основі базової моделі було розроблено модель flatback, що характеризується зменшеним лордозом до 10° і нахилом тулуба вперед. Моделювали варіанти заднього спондилодезу. Модель випробували під впливом вертикального навантаження величиною 350 Н. Результати. У нормі найбільш напруженими є тіла хребців L1 і L2, у яких напруження сягають рівня 1,7 МПа. Найменш напруженими виявилися такі хребці: Тh11 — 0,7 МПа, Тh9 і Тh10 — 0,8 МПа. Корені дуг виявилися найбільш навантаженими в хребці L4 — 5,4 МПа, найменше навантаження — 4,3 МПа — відзначалось у дугах хребців L1 і L2. Зі зміною анатомічних співвідношень елементів моделі й накладанням металевих конструкцій на хребці L4-L5 зона максимальних напружень у тілах хребців зміщується на хребці L4-L5, де напруження визначаються на рівні 4,7 і 5,1 МПа. Напруження в дугах хребців L4-L5 знижуються до рівня верхньогрудного відділу й дорівнюють 1,4 і 1,9 МПа. При цьому максимальний рівень напружень зміщується на хребці Th11 — 11,4 МПа, Th12 — 9,2 МПа, Th10 — 8,1 МПа. Виконання спондилодезу трьох хребців L3-L5 транспедикулярною конструкцією веде до вирівнювання напружень у тілах хребців поперекового відділу хребта. При цьому мінімальні значення напружень — 1,7 МПа — визначаються в тілах хребців L4-L5, найбільш напруженим є тіло хребця L1 — 3,3 МПа. Конструкція на 5 хребців дозволяє знизити рівень напружень на стрижнях до 76,2 МПа. Але напруження на фіксуючих гвинтах зростають, їх максимум припадає на верхні гвинти, що розташовані в хребці L1. Висновки. Використання всіх варіантів заднього спондилодезу дозволяє знизити рівень напружень у тілах, дугах і дуговідросткових суглобах хребців поперекового відділу хребта нижче за рівень моделі в нормі. У той же час це призводить до підвищення рівня напружень у хребцях грудного відділу хребта. Задній спондилодез транспедикулярною конструкцією, яка накладається на всі хребці поперекового відділу хребта, дозволяє отримати нижчий рівень напружень в елементах усіх хребців, ніж при більш коротких варіантах інструментації. При всіх варіантах монтажу транспедикулярної конструкції величини напружень на фіксуючих гвинтах у хребцях L3-L5 порівнянні. При використанні транспедикулярної фіксації всіх п’яти хребців поперекового відділу основне навантаження припадає на верхні гвинти, які розташовані в хребці L1, що створює в них високий рівень напружень, у 5–6 разів вищий, ніж у гвинтах у розташованих нижче хребцях.

Background. The combined pathology of the lumbar spine and hip joint is considered one of the important problems of modern orthopedics not without reason. In patients with significant changes in the hip joint, pain in the lumbar spine is observed in 21.2–49.4 % of cases. At present, there are no generally accepted recommendations regarding the stages of surgical interventions in this group of patients. Goal: to investigate the distribution of stresses in models of posterior lumbar fusion with negative values of the sagittal contour of the spine and a decrease in lumbar lordosis indicators. Materials and methods. A basic finite-element model of the spine with a ribcage was developed, which contained bony elements: Th1-L5 vertebrae, ribs, sternum, and pelvis. Based on it, a flatback model was developed, which is characterized by reduced lordosis up to 10° and forward body inclination. Variants of posterior spondylodesis were modeled. The model was tested under a vertical load of 350 N. Results. Normally, the bodies of the L1 and L2 vertebrae are the most stressed, the stress reaches the level of 1.7 MPa. The least stressed vertebrae are as follows: Th11 — 0.7 MPa, Th9 and Th10 — 0.8 MPa. The roots of the arches turned out to be the most loaded in the L4 vertebra — 5.4 MPa, the least (4.3 MPa) — in the arches of the L1 and L2 vertebrae. With the change in the anatomical proportions of the model elements and the installation of metal structures on the L4-L5, the zone of maximum stress in the vertebral bodies shifts to the L4-L5 vertebrae, where the stresses reach 4.7 and 5.1 MPa. The stresses in the arches of the L4-L5 vertebrae decrease to the level of the upper thoracic region and are equal to 1.4 and 1.9 MPa. At the same time, the maximum stress level shifts to the Th11 vertebra — 11.4 MPa, Th12 — 9.2 MPa, Th10 — 8.1 MPa. Performing spondylodesis of three L3-L5 vertebrae with a transpedicular construction leads to equalization of stresses in the bodies of the vertebrae of the lumbar spine. At the same time, the minimum stress values of 1.7 MPa are determined in the bodies of the L4-L5 vertebrae, the most stressed is the body of the L1 vertebra — 3.3 MPa. The design involving 5 vertebrae allows to reduce the stress level on the rods to 76.2 MPa. But the stresses on the fixing screws increase, the maximum falls on the upper screws located in the L1 vertebra. Conclusions. The use of all types of posterior spondylodesis allows to reduce the level of stresses in the bodies, arches and arcuate joints of the vertebrae of the lumbar spine below the level of the normal model. At the same time, this leads to an increase in the level of stresses in the vertebrae of the thoracic spine. Posterior spondylodesis with a transpediculated structure, which is installed on all the vertebrae of the lumbar spine, allows you to obtain a lower level of stress in the elements of all the vertebrae than with shorter instrumentation options. With all variants of installation of the transpedicular structure, the stress values on the fixing screws in the L3-L5 vertebrae are comparable. When using transpedicular fixation of all five lumbar vertebrae, the main load falls on the upper screws, which are located in the L1 vertebra, which causes a high level of stress in them, 5–6 times higher than in the screws in the lower vertebrae.


Ключові слова

задній спондилодез; hip-spine синдром; напруження

posterior spondylodesis; hip-spine syndrome; stress


Для ознайомлення з повним змістом статті необхідно оформити передплату на журнал.


Список літератури

1. Blizzard D.J., Nickel B.T., Seyler T.M. et al. The impact of lumbar spine disease and deformity on total hip arthroplasty outcomes. Orthop. Clin. North Am. 2016. 47. 19.
2. Esposito C.I., Gladnick B.P., Lee Y.Y., Lyman S., Wright T.M., Mayman J. et al. Cup position alone does not predict risk of dislocation after hip arthroplasty. J. Arthroplast. 2015. 30(1). 109-13. 
3. Gausden E.B., Parhar H.S., Popper J.E., Sculco P.K., Rush B.N. Risk Factors for Early Dislocation Following Primary Elective Total Hip Arthroplasty. J. Arthroplast. 2018. 33. 1567-1571.
4. Радченко В.О., Попсуйшапка К.О., Яресько О.В. Дослідження напружено-деформованого стану моделі хребта за різноманітних методик хірургічного лікування вибухових переломів грудопоперекового відділу (частина перша). Ортопедия, травматология и протезирование. 2017. № 1. С. 27-33. DOI: https://doi.org/10.15674/0030-59872017127-33.
5. Радченко В.О., Попсуйшапка К.О., Яресько О.В. Дослідження напружено-деформованого стану моделі хребта за різноманітних методик хірургічного лікування вибухових переломів грудопоперекового відділу (частина друга). Ортопедия, травматология и протезирование. 2017. № 2. С. 6-13. DOI: https://doi.org/10.15674/0030-5987201726-13.
6. Попсуйшапка К.О., Тесленко С.О., Попов А.І., Карпінський М.Ю., Яресько О.В. Дослідження напружено-деформованого стану моделей хребта залежно від обсягу руйнування хребця Th6 і варіанту остеосинтезу. Травма. 2022. Т. 23. № 5. С. 53-64. DOI: https://doi.org/10.22141/1608-1706.5.23.2022.916.
7. Bone mechanics handbook. Еdited by Stephen C. Cowin. CRC Press Reference, 2001. 980 р. 
8. Vidal-Lesso A., Ledesma-Orozco E., Daza-Benitez L., Lesso-Arroyo R. Mechanical Characterization of Femoral Cartilage Under Unicompartimental Osteoarthritis. Ingenieria Mecanica Tecnologia y Desarrollo. 2014. Vol. 4. № 6. 239-246. 
9. Kong W.Z., Goel V.K. Ability of the Finite Element Models to Predict Response of the Human Spine to Sinusoidal Vertical Vibration. Spine. 2003. Vol. 28. № 17. Р. 1961-1967. DOI: 10.1097/01.BRS.0000083236.33361.C5.
10. Mitsuo Niinomi. Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials. 2008. 1. 30-42. doi: 10.1016/j.jmbbm.2007.07.001.
11. Clin J., Aubin C.-E., Lalonde N., Parent S., Labelle H. A new method to include the gravitational forces in a finite element model of the scoliotic spine. Med. Biol. Eng. Comput. 2011. 49. 967-977. DOI: 10.1007/s11517-011-0793-4.
12. Зенкевич О.К. Метод конечных элементов в технике. Москва: Мир, 1978. 519 с.
13. Алямовский А.А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. Москва: ДМК Пресс, 2004. 432 с.

Повернутися до номеру