Микроповреждения в имплантатах из композита ускорили их срастание с костью
С возрастом тазобедренный сустав человека изнашивается и может требовать частичной замены. В последние годы для изготовления эндопротезов активно используют углеродный композит, который, в отличие от металлического протеза, имеет более высокие характеристики биосовместимости — способности приживаться. Матрица материала состоит из кристаллитов, поэтому он неоднороден и при случайных нагрузках — толчках и беге — на нем могут появляться повреждения. Пермские ученые обнаружили, что поверхность имплантата особым образом взаимодействует с кровью: притягивает тромбоциты (клетки, отвечающие за свертывание) и белок фибриноген, который скрепляет их в плотную сеть. Это ускоряет образование кровяного сгустка вокруг искусственного сустава, что позволяет ему прочно срастаться с организмом.
Исследование опубликовано в Russian Journal of Biomechanics. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на проведение фундаментальных научных исследований.
Рост популярности эндопротезирования тазобедренного сустава связан с увеличением продолжительности жизни. После сорока лет процессы восстановления мышечной и костной ткани замедляются, что связано с рядом факторов, среди которых ключевую роль играет снижение выработки половых гормонов: эстрогена у женщин и тестостерона у мужчин. Эстрогены заставляют клетки, которые строят кость (остеобласты), работать активнее. Дефицит эстрогенов, возникающий у женщин в период менопаузы, нарушает баланс между образованием и разрушением костной ткани, смещая его в сторону рассасывания, что способствует развитию остеопороза. Аналогичные, хотя и менее выраженные, возрастные изменения наблюдаются и в мужском организме.
Суть операции заключается в замене пораженного соединения между бедренной и тазовой костями искусственным аналогом из углерод-углеродного композита, который не вызывает воспаления, не растворяется и не изменяется в теле – просто выполняет свою функцию. Поскольку данный сустав является одним из наиболее нагруженных подвижных соединений в теле человека, то при экстремальных нагрузках, например, во время бега или толчков, материал протеза повреждается, появляются микроповреждения. Благодаря им увеличивается проницаемость и клетки костной ткани могут «просачиваться» вглубь имплантата, способствуя сохранению несущей способности и помогая ему срастись с организмом.
На основе данных компьютерной томографии ученые Пермского Политеха создали цифровые пространственные модели костей таза и бедра, а также самого эндопротеза, включая вертлужную впадину, ножку и головку. На ножке протеза они выделили четыре зоны, в которых, как известно из прошлых исследований, часто возникают повреждения.
— Чтобы понять, как поведет себя протез с деформациями, мы провели сложные компьютерные расчеты в два этапа. Сначала представили, как изменится материал протеза, когда в его поры врастут новые костные клетки (остеобласты). Затем, используя программу Ansys Material Designer, рассчитали, насколько прочным станет протез с таким «усилением». Для проверки результатов создали на компьютере виртуальную модель системы «скелет — протез» и смоделировали, как имплантат будет вести себя при нагрузке, сравнимой с той, что возникает при ходьбе, беге, толчках. В результате этих расчетов получили карту распределения напряжений и деформаций в протезе и смогли оценить, как меняется прочность изделия в зависимости от степени его «обрастания» костной тканью, — поделился младший научный сотрудник кафедры механики композиционных материалов и конструкций Егор Разумовский.
— После проникновения клеток костной ткани в поры эндопротеза происходит ангиогенез — прорастание сосудов, обеспечивающих кровоснабжение и метаболизм новообразованной кости. Далее формируется белковая структура, образуется сгусток, и в завершение создается костно-углеродный каркас. Это частично восстанавливает упругие свойства материала и может блокировать дальнейшее распространение повреждений. Моделирование показало, что после остеоинтеграции эндопротеза зоны с высокими напряжениями сокращаются в 5,5 раза. Это значит, что кость равномерно передает нагрузку, и человеку можно активнее двигаться, а сам имплантат не придется менять раньше времени, — сообщил доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций, кандидат физико-математических наук Вячеслав Шавшуков.
Исследование демонстрирует, что улучшение механических свойств за счет остеоинтеграции может повысить долговечность эндопротезов. Это особенно важно для пациентов, ведущих активный образ жизни, так как повреждения материала могут возникать незаметно, но впоследствии компенсироваться биологическими процессами.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователям удалось обнаружить у побережья филиппинского острова Лусон останки «Хофуку Мару» — печально известного японского плавучего концлагеря, подорванного торпедой союзников в 1944 году. Затонувший корабль стал братской могилой более чем для тысячи военнопленных, находившихся на борту.
Ученые впервые объединили головной мозг и аналог спинного мозга плодовой мушки в общую трехмерную карту. Результаты показали, как голова и тело обмениваются сигналами. Анализ сети помог выявить распределенную систему контроля: базовыми движениями насекомого руководили местные группы нейронов, тогда как мозг играл лишь роль координатора.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Исследователи НИУ ВШЭ и МГУ доказали универсальный закон, описывающий время исчезновения популяций в случайной среде. Анализ эволюции ветвящихся процессов — сложных вероятностных систем — показал, что вне зависимости от изначального числа особей процесс вымирания подчиняется строгим математическим закономерностям.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно