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 Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
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