Нехлопочин О. С., Вербов В. В., Чешук Є. В., Карпінський М. Ю., Яресько О. В.

БІОМЕХАНІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ГРУДО-ПОПЕРЕКОВОГО ПЕРЕХОДУ ПІД ВПЛИВОМ РОТАЦІЙНОГО НАВАНТАЖЕННЯ ПІСЛЯ ДЕКОМПРЕСИВНО-СТАБІЛІЗУЮЧОГО ХІРУРГІЧНОГО ВТРУЧАННЯ

---

Показати/Завантажити PDF

Про автора:

Нехлопочин О. С., Вербов В. В., Чешук Є. В., Карпінський М. Ю., Яресько О. В.

Рубрика:

КЛІНІЧНА ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА МЕДИЦИНА

Тип статті:

Наукова стаття

Анотація:

Активне використання у клінічній практиці телескопічних тілозамінних імплантатів дає змогу значною мірою оптимізувати хірургічне лікування переломів ділянки грудо-поперекового переходу, проте біомеханічні особливості такої стабілізації вивчено недостатньо. Мета. Визначити напружено-деформований стан моделі грудо-поперекового відділу хребта після резекції хребця Тh12 за різних варіантів транспедикулярної фіксації під впливом ротаційного навантаження. Об’єкт і методи дослідження. Розроблено математичну скінченно-елементну модель грудо-поперекового відділу хребта людини (хребці Тh9‒Тh11 та L1‒L5, хребець Тh12 видалено), а також ураховано металоконструкції (міжтілова опора і транспедикулярна система стабілізації). Моделювали 4 варіанти транспедикулярної фіксації з використанням коротких фіксувальних та довгих бікортикальних гвинтів, а також двох поперечних стяжок і без них. Досліджували напружено-деформований стан моделей під впливом ротаційного навантаження, для цього до тіла Th9 хребця прикладали крутний момент 10 Нм. Результати. Максимальний рівень напруження при ротаційному навантаженні моделі зареєстровано на міжтіловій опорі. Він становив 66,4, 66,3, 62,9 та 61,2 МПа відповідно для моделей з монокортикальними гвинтами без поперечних стяжок, з бікортикальними гвинтами без стяжок, з монокортикальними гвинтами та стяжками і з бікортикальними гвинтами та стяжками. Пікові навантаження на кісткових структурах зафіксовано на замикальних пластинках, що контактують із міжтіловою опорою. Для верхньої замикальної пластинки хребця L1 вони становили 19,7, 19,0, 18,0 і 17,8 МПа відповідно для розглянутих моделей, для нижньої замикальної пластинки хребця Тh11 ‒ 10,9, 11,7, 10,1 і 10,5 МПа. Висновки. Отримані результати демонструють, що ротаційне навантаження стабілізованої ділянки грудопоперекового переходу зумовлює максимальні показники напруження на тілозамінному імплантаті та замикальних пластинках хребців, що контактують з ним. Застосування поперечних стяжок забезпечує досить значне зниження навантаження як на найбільш критичних ділянках моделі, так і у цілому, оптимізуючи розподіл навантаження. Використання бікортикальних транспедикулярних гвинтів не має біомеханічно значущого впливу

Теги:

Список цитованої літератури:

1. Aebi M. Transpedicular fixation: Indication, techniques and complications. Current Orthopaedics. 1991;5(2):109-116. DOI: 10.1016/0268- 0890(91)90053-3.
2. Ren EH, Deng YJ, Xie QQ, Li WZ, Shi WD, Ma JL, et al. Anterior versus posterior decompression for the treatment of thoracolumbar fractures with spinal cord injury:a Meta-analysis. Zhongguo Gu Shang. 2019;32(3):269-277. DOI: 10.3969/j.issn.1003-0034.2019.03.015.
3.  Zhu C, Wang B, Yin J, Liu XH. A comparison of three different surgery approaches and methods for neurologically intact thoracolumbar fractures: a retrospective study. Journal of orthopaedic surgery and research. 2021;16(1):306. DOI: 10.1186/s13018-021-02459-6.
4. Dobson GP. Trauma of major surgery: A global problem that is not going away. International journal of surgery (London, England). 2020;81:47-54. DOI: 10.1016/j.ijsu.2020.07.017.
5. Xu GJ, Li ZJ, Ma JX, Zhang T, Fu X, Ma XL. Anterior versus posterior approach for treatment of thoracolumbar burst fractures: a metaanalysis. Eur Spine J. 2013;22(10):2176-2183. DOI: 10.1007/s00586-013-2987-y.
6. Roy-Camille R, Saillant G, Mazel C. Internal fixation of the lumbar spine with pedicle screw plating. Clin Orthop Relat Res. 1986;203:7-17.
7. Gomleksiz C. Thoracolumbar Fractures: A Review of Classifications and Surgical Methods. Journal of Spine. 2015;04(04):250. DOI: 10.4172/2165-7939.1000250.
8. Rajasekaran S, Kanna RM, Shetty AP. Management of thoracolumbar spine trauma: An overview. Indian J Orthop. 2015;49(1):72-82. DOI: 10.4103/0019-5413.143914.
9. Sharif S, Zileli M. Introduction to Thoracolumbar Spine Fractures: WFNS Spine Committee Recommendations. Neurospine. 2021;18(4):651- 653. DOI: 10.14245/ns.2143240.620.
10. Chisholm D, Stanciole AE, Tan Torres Edejer T, Evans DB. Economic impact of disease and injury: counting what matters. BMJ (Clinical research ed). 2010;340:c924. DOI: 10.1136/bmj.c924.
11. Weiser TG, Regenbogen SE, Thompson KD, Haynes AB, Lipsitz SR, Berry WR, et al. An estimation of the global volume of surgery: a modelling strategy based on available data. Lancet (London, England). 2008;372(9633):139-144. DOI: 10.1016/S0140-6736(08)60878-8.
12. Aly TA. Short Segment versus Long Segment Pedicle Screws Fixation in Management of Thoracolumbar Burst Fractures: Meta-Analysis. Asian Spine J. 2017;11(1):150-160. DOI: 10.4184/asj.2017.11.1.150.
13. Galbusera F, Volkheimer D, Reitmaier S, Berger-Roscher N, Kienle A, Wilke HJ. Pedicle screw loosening: a clinically relevant complication? Eur Spine J. 2015;24(5):1005-1016. DOI: 10.1007/s00586-015-3768-6.
14. Mohi Eldin MM, Ali AM. Lumbar transpedicular implant failure: a clinical and surgical challenge and its radiological assessment. Asian Spine J. 2014;8(3):281-297. DOI: 10.4184/asj.2014.8.3.281.
15. Mishra A, Agrawal D, Gupta D, Sinha S, Satyarthee GD, Singh PK. Traumatic spondyloptosis: a series of 20 patients. J Neurosurg Spine. 2015;22(6):647-652. DOI: 10.3171/2014.10.SPINE1440.
16. Nekhlopochyn O, Verbov V, Cheshuk I, Karpinsky M, Yaresko O. Mathematical Modeling of Variants of Transpedicular Fixation at the Thoracolumbar Junction after ТhХІІ Vertebrectomy during Trunk Backward Bending. Orthopaedics Traumatology and Prosthetics. 2023;2:43-49. DOI: 10.15674/0030-59872023243-49.
17. Nekhlopochyn OS, Verbov VV, Cheshuk IV, Karpinsky MY, Yaresko OV. Finite Element Analysis of Thoracolumbar Junction Transpedicular Fixation Variants after Resection of the Th12 Vertebra While Forward Bending. Bulletin of Problems Biology and Medicine. 2023;169(2):281- 296. DOI: 10.29254/2077-4214-2023-2-169-281-296.
18. Cowin SC. Bone Mechanics Handbook. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press; 2001. 980 p.
19. Boccaccio A, Pappalettere C., Vaclav Klika editor. Mechanobiology of Fracture Healing: Basic Principles and Applications in Orthodontics and Orthopaedics. 5th, ed. Theoretical Biomechanics; 2011. 416 p.
20. Nekhlopochin A, Nekhlopochin S, Karpinsky M, Shvets A, Karpinskaya E, Yaresko A. Mathematical Analysis and Optimization of Design Characteristics of Stabilizing Vertebral Body Replacing Systems for Subaxial Cervical Fusion Using the Finite Element Method. Hirurgiâ pozvonočnika. 2017;14(1):37-45. DOI: 10.14531/ss2017.1.37-45.
21. Radchenko VA, Kutsenko VA, Popov AI, Karpinskуi MY, Karpinska OD. Modeling the variants of transpedicular fixation of the thoracic spine in the rejection of one-three vertebrae. Trauma. 2017;18(5):95-102. DOI: 10.22141/1608-1706.5.18.2017.114125.
22. Niinomi M. Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. J Mech Behav Biomed Mater. 2008;1(1):30-42. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2007.07.001.
23. Zenkevich OK. Metod konechnykh elementov v tekhnike. Moskva: Mir; 1975. 271 s.
24. Alyamovskiy A. COSMOSWorks. Osnovy rascheta konstruktsiy v srede SolidWorks: LitRes; 2022. 432 s.
25. Han Y, Wang X, Wu J, Xu H, Zhang Z, Li K, et al. Biomechanical finite element analysis of vertebral column resection and posterior unilateral vertebral resection and reconstruction osteotomy. Journal of orthopaedic surgery and research. 2021;16(1):88. DOI: 10.1186/ s13018-021-02237-4.
26. Panjabi MM, Oxland TR, Lin RM, McGowen TW. Thoracolumbar burst fracture. A biomechanical investigation of its multidirectional flexibility. Spine (Phila Pa 1976). 1994;19(5):578-585.
27. Liu J, Yang S, Lu J, Fu D, Liu X, Shang D. Biomechanical effects of USS fixation with different screw insertion depths on the vertebrae stiffness and screw stress for the treatment of the L1 fracture. J Back Musculoskelet Rehabil. 2018;31(2):285-297. DOI: 10.3233/BMR169692.
28. Wong CE, Hu HT, Tsai CH, Li JL, Hsieh CC, Huang KY. Comparison of Posterior Fixation Strategies for Thoracolumbar Burst Fracture: A Finite Element Study. J Biomech Eng. 2021;143(7):071007. DOI: 10.1115/1.4050537.

Публікація статті:

«Вісник проблем біології і медицини», 2023 Випуск 3, 170, 233-244 сторінки, код УДК 612.76:616.711.5/.6-001-089.22

DOI:

10.29254/2077-4214-2023-3-170-233-244