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 Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
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.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
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.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
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.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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