Биомеханика - 2016

кости. В результате сроки фиксации верхней и нижней конечностей были практически одинаковыми. Столь существенные различия

впоказателях и их динамике позволяют утверждать, что свойства костного регенерата плеча отличаются от свойств регенерата большеберцовой кости.

Выявлены определенные отличия и в показателях скорости кровотока в сосудах костного регенерата плеча и голени. Скорость кровотока в регенерате плеча равнялась 32 ± 3,4 см/с, а голени – 26 ± 3,2 см/с. Скорость кровотока в сосудах регенерата плечевой кости была наибольшей в первые дни после травмы и снижалась

втечение первого месяца в период фиксации. В сосудах большеберцовой кости показатель увеличивался на протяжении первой недели лечения и начинал снижаться в последующий период фиксации. В ходе проведении пробы с возрастающей осевой нагрузкой на плечо скорость кровотока в артериях регенерата уменьшалась. При достижении нагрузки 15 кГс наблюдался временный прирост показателя, связанный с уменьшением просвета артерии. Дальнейшее повышение давления приводило к быстрому снижению скорости кровотока вследствие механического перекрытия сосудистого русла и сопровождалось появлением болевых ощущений. Такая же динамика изменения скорости кровотока наблюдалась и при увеличении нагрузки на голень. При проведении исследования в позе стоя у больных по мере увеличения функциональной нагрузки на конечность наблюдалось снижение скорости кровотока в регенерате. Временное увеличение линейной скорости кровотока появлялось после достижения нагрузки 20 кГс. Следовательно, сосуды костного регенерата голени лучше защищены от действия прилагаемой извне нагрузки. Эта защита определяется более высокими значениями гидростатического давления крови в сосудах в позе стоя и, по-видимому, морфологическими особенностями костного регенерата.

Таким образом, существующее отличие функционального предназначения верхних и нижних конечностей у людей накладывает отпечаток на их состояние в период лечения переломов костей. В условиях применения метода Илизарова способность переносить функциональную нагрузку у плеча меньше в 2–3 раза.

131

В период лечения плечевой кости значительно больше податливость костного регенерата при проведении пробы с функциональной нагрузкой. Скорость кровотока после перелома плеча возрастала в первые дни после травмы, после травмы большеберцовой кости – в течение недели. У больных с переломом плечевой кости менее эффективна защита кровеносного русла от прилагаемой аксиально направленной нагрузки. На примере лечения травм плеча неправомерно судить о неэффективности влияния функционального нагружения на исход лечения больных с переломами костей нижней конечности.

Список литературы

1.Илизаров Г.А., Девятов А.А. Возможности чрескостного остеосинтеза при лечении переломов костей // Материалы всерос. науч. конф. «Лечение переломов и их последствий методом чрескостного остеосинтеза». – Курган, 1979. – С. 4–8.

2.Щуров В.А. Податливость и кровоснабжение дистракционного регенерата // Российский журнал биомеханики. – 2014. –

№4. – С. 471–478.

ОПОРНАЯ РЕАКЦИЯ СТОПЫ ПОСЛЕ УСТРАНЕНИЯ ЕЁ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

Е.Н. Щурова, Т.И. Долганова, А.С. Судницын

РНЦ «Восстановительная травматология и ортопедия» им. академика Г.А. Илизарова Министерства здравоохранения России, Россия, 640014, г. Курган, ул. М. Ульяновой, 6, office@ilizarov.ru

Ключевые слова: подография, динамоплантограмма, многокомпонентные деформации стоп.

Технология лечения с помощью аппарата Илизарова позволяет одновременно решать задачи купирования гнойно-воспалительного процесса и устранения многокомпонентных деформаций стопы [1].

Цель – провести количественный анализ динамоплантограмм у больных с многокомпонентными деформациями стоп нейроген-

132

ной этиологии, осложненными хроническим остеомиелитом до и после ортопедической реконструкции пораженного сегмента.

Проведен анализ результатов лечения 53 больных. Опорные реакции стоп в статике и при ходьбе с количественным анализом динамоплантограмм исследовали с помощью аппаратно-программного комплекса «ДиаСлед-Скан» (г. Санкт-Петербург, Россия).

При положительном результате лечения и стойкой ремиссии остеомиелитического процесса с устранением многокомпонентной деформации стопы, регистрируем увеличение опороспособности оперированной конечности в 2–3 раза. Походка становилась более симметричной, с уменьшением асимметрии временных параметров цикла шага на 25–30 %. По данным количественного анализа динамоплантограмм [2] регистрируем в статике и при ходьбе изменение зоны локальной перегрузки за счет смещения её с вершины деформации (остеомиелитический очаг) на интактную область стопы.

Учитывая, что у данной группы больных преобладала варусная деформация установки стопы (64 %), то медиальное смещение нагрузки расценивается как положительный результат лечения. Неизбежно формирование новых локальных зон перегрузки, что требует обязательного подбора индивидуальных ортопедических стелек и ортопедической обуви для профилактики рецидива заболевания.

Список литературы

1.Судницын А.С., Клюшин Н.М., Щурова Е.Н. Технология лечения больных с многокомпонентными деформациями стопы неврологического генеза, осложненными хроническим остеомиелитом // Врач-аспирант. – 2016. – № 1–2 (74). – С. 209–218.

2.Смирнова Л.М. Качественный анализ динамоплантограмм

воценке функционального состояния стопы // Вестник гильдии протезистов-ортопедов. – 2006. – № 3–4. – С. 74–81.

133

FROM BENCH TO BED-DESIGN AND OPTIMIZATION

OF ARTICULAR MEDICAL DEVICES

M. Mesnard

Université de Bordeaux, Institut de Mécanique et d’Ingénierie (I2M), CNRS UMR 5295, Talence, France, michel.mesnard@u-bordeaux.fr

Keywords: multidisciplinary team, design methodology, optimization.

The primary objective when designing an innovative medical device is to improve the patient's condition, comfort and autonomy. Normally, therefore, there must be a strong focus on continuous interaction with the human element. To achieve this goal, I2M has built a multidisciplinary team (researchers, engineers, surgeons, patients) and developed a close relationship with industry.

1. Design – Rigorous approach to designing a temporomandibular joint prosthesis. From needs analysis to general availability, there are three main phases in developing a medical device: design, mechanical and clinical validations, and production/marketing.

Despite the interaction with the human element, value analysis (VA) tools remain in fact used very little at the design stage. A procedure was devised and the characterization studies that result when applying VA to the design of a radically innovative temporomandibular joint (TMJ) prosthesis were implemented.

In the early design phase, functional and technical specifications were defined. Service functions were prioritized after first analyzing clinical needs. Next a numerical prototype specified the performances of a healthy TMJ which had to be reproduced, and then devised the experimental methods to achieve the biomechanical characterization.

A finite element (FE) model of the jaw was created and validated. Using simulations, the FE model compared strains and displacements in the healthy and the implanted mandibles. The analysis of the influence of the implant geometry, the connections between implant and bone tissue guided the decisions when creating innovative technical solutions. A new international patent was registered.

134

2. Optimization – Selection of material in the design optimization of a new dynamic spinal implant. Dynamic stabilization (DS) systems have been developed in recent years to treat degenerative disorders of the spinal column. In contrast to arthrodesis, the aim is to conserve intervertebral mobility to maximize comfort.

When developing innovative concepts, many mechanical tests need to be carried out in order to validate the different technological solutions.

The present study focused on the B Dyn DS device (S14 Implants, Pessac 33, Fr.), the aim being to optimize the choice of polymer material used for the implant components.

Phase one consisted of static tests on the implant, as a result of which a polycarbonate urethane was selected, one material of the five elastomers tested.

In phase two, dynamic tests were carried out. The fatigue resistance of the device system was tested over five million cycles with the properties of the polymer elements being measured using dynamic mechanical analysis after every million cycles. This analysis demonstrated changes in stiffness and in the damping factor which guided the choice of elastomer for the implant.

THEORETICAL MODEL OF BONE REMODELING:

BMU’S ANALYSIS

A. Nutini

Study Center for Motor Science, via di Tiglio 94 loc. Arancio, 55100, Lucca, Italy, info.csam@gmail.com, hoxgene68@gmail.com

Key words: bone, osteoblast, osteoclast, remodeling process, BMU.

Many theoretical models about the bone remodeling employ the analysis of several variables including the surface density and vascular porosity . The model previously assumed [1], constructed a system of three equations considering such variables ( and ) into the mathematical “predator/prey” model of Vito Volterra [2]. This paper analyze the signals that guide and control the bone multicellular units (BMU’s) and consider two basic parameters required for the creation of the information network at the base of the bone remodeling process. The two

135

parameters are identified in the functional equilibrium of the BMU's variable in the process of remodeling (ρBMU) and in the functional variable

dynamic balance of the osteoblastic/osteoclastic subpopulations (θBMU): both variables enable an ‘appropriate form’ of bone remodeling.

Starting from the third equation of the prey/predator model [1]:

if dynamic balance of the subpopulations is:

BMU ob oc

we can write:

nal of skeletal homeostasis that establish the functional equilibrium of the BMU’. So we can write:

Acknowledgements

The work is not supported by any grant.

References

1.Nutini A. Theoretical model for bone remodeling // Russian Journal of Biomechanics. – 2015. – Vol. 19, № 4. – P. 332–343.

2.Volterra V. Fluctuations in the abundance of a species considered mathematically // Nature. – 1926. – Vol. 118. – P. 558–560.

136