Ученые ПНИПУ смоделировали чашу углепластикового протеза

Ученые Пермского Политеха впервые изучили работу чаши эндопротеза тазобедренного сустава из углерод-углеродного композита. Исследование поможет перейти к проектированию полностью композитных имплантатов с прогнозируемым сроком службы, сообщает ПНИПУ.

Проблема износа тазобедренных суставов остается одной из значимых в современной медицине. Малоподвижный образ жизни, лишний вес и старение населения повышают риск инвалидизации и снижения качества жизни.

Сейчас миллионам пациентов устанавливают металлические протезы. Однако со временем такие конструкции могут расшатываться, вызывать воспаление и приводить к необходимости повторных операций.

Рекомендуем также:

1. Минус 9 лет без уколов и фильтров: 4 короткие стрижки для женщин старше 50, которые освежают лицо
2. Пенсии начнут повышать два раза в год: почему пенсионеры почти не почувствуют прибавку

Одной из перспективных альтернатив металлу считается углерод-углеродный композит. Этот материал отличается биосовместимостью с костной тканью и высокой износостойкостью.

Ранее его применение уже изучали для бедренного компонента имплантата. Однако протез состоит не только из ножки, которая вставляется в кость, но и из чаши, закрепляемой в тазовой кости.

Именно чаша обеспечивает подвижность сустава и принимает на себя значительную нагрузку при ходьбе, беге и подъеме по лестнице. До сих пор поведение этой детали из углерод-углеродного композита в научной литературе не было подробно изучено.

Специалисты ПНИПУ создали компьютерную модель чаши из углепластика и рассчитали, при каких нагрузках в ней могут появляться первые повреждения.

По словам аспиранта кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Егора Разумовского, в модели задавали нагрузки от 0 до 400 килограммов. Такой диапазон охватывает как обычные бытовые нагрузки, так и более высокие значения, возможные у физически активных людей.

Анализ показал, что первые микротрещины могут возникать при нагрузке около 220 килограммов. При этом из-за сложной и неоднородной структуры композита разрушение не начинается строго при одном и том же значении.

Чтобы получить более точные данные, ученые рассмотрели тысячи возможных вариантов внутренней структуры материала. В результате они рассчитали вероятности повреждения чаши при разных нагрузках.

При нагрузке 300 килограммов вероятность появления дефекта в одном из участков составила почти 10%. При 400 килограммах этот показатель вырос до 38%.

Наиболее опасные типы разрушений, по расчетам исследователей, появляются только при давлении выше 650 килограммов. Такие нагрузки в основном характерны для спортсменов.

Для среднестатистического человека нагрузки на сустав редко превышают 220 килограммов. Это означает, что в повседневной жизни чаша из углерод-углеродного композита не должна получать повреждений.

Результаты работы опубликованы в журнале «Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика». Исследование выполнено в рамках программы «Приоритет 2030».

Полученные данные позволят инженерам заранее определять, в каких зонах чаши и при каких нагрузках могут возникать первые дефекты. Это важно для проектирования цельных композитных эндопротезов с предсказуемыми характеристиками прочности и долговечности.

Рекомендуем также:

1. Не терпите чужое пренебрежение молча: 8 «не» и 5 приемов, чтобы вас начали воспринимать иначе
2. В садах появилась новая королева красоты: кустарник с невероятным цветением затмевает сирень и спокойно переживает суровые морозы
3. Жареную и вареную больше не захочется: итальянский картофель по турински получается особенно вкусным