9524124876

Modelowanie tarcia w endoprotezie stawu kolanowego 9

ciężar ciała człowieka. Sytuacja taka występuje podczas biegu i może być przyczyną uszkodzenia elementów stawu kolanowego lub elementów zaimplantowanej endoprotezy.

Znaczącym czynnikiem w biomechanice stawu kolanowego jest nierównomierność obciążeń pomiędzy kłykciami. Badania opisane w pracach [49, 95, 129] wykazały, że obciążenia jakim poddawany jest staw kolanowy w około 70% przenoszone są przez powierzchnie stawowe kłykcia przyśrodkowego. Stopień asymetrii w obciążeniu kłykci wynika m.in. z rodzaju oraz fazy wykonywanego ruchu [37]. W początkowym okresie stosowania całkowitych endoprotez stawu kolanowego, nierównomierność obciążeń w obrębie stawu była główną przyczyną obluzowywania części piszczelowej implantu [6].

W alloplastyce kolana duży problem stanowią patologiczne obciążenia implantu, wynikające z niedokładności wzajemnego usytuowania elementów endoprotezy oraz wykonywania przez pacjenta ruchów przekraczających dopuszczalny zakres [115]. W przeciwieństwie do tkanek żywych, elementy mechaniczne endoprotezy nie posiadają zdolności adaptacji do przenoszonych obciążeń. W połączeniu z nieprawidłową współpracą elementów endoprotezy powoduje to powstawanie stref styku, w których przekroczone są znacznie dopuszczalne naciski. W dalszej eksploatacji może to powodować nadmierne zużywanie się elementów endoprotezy.

Ze względu na niemożliwość prowadzenia badań inwazyjnych wewnątrz ciała pacjenta w celu pomiaru nacisków działających pomiędzy powierzchniami endoprotezy, doświadczenia takie prowadzone są na preparatach. Badania opisane w pracach [155, 157] pozwoliły na pomiar rzeczywistych wielkości sił działających w strefie styku elementów trących całkowitej endoprotezy stawu kolanowego. Sumaryczne wartości zmierzonych sił działających na element piszczelowy prawidłowo zaimplantowanego stawu zostały przedstawione w tabeli 1 [157]. Można zauważyć wyraźną różnicę w wartościach obciążenia kłykci.

Tabela 1. Wyniki pomiarów sumarycznych wartości sił działających na element piszczelowy całkowitej endoprotezy stawu kolanowego w różnych warunkach obciążenia statycznego [157], w nawiasach podano wartości odchylenia standardowego.

Warunki obciążenia	Kłykieć przyśrodkowy	Kłykieć boczny
Kolano wyprostowane, swobodnie leżąca kończyna (obiążenia występujące podczas operacji)	292,0(166,4)	217,4(145,0)
Kolano wyprostowane, badania prowadzone na symulatorze	404,6(104,1)	323,5 (68,8)
	[NI	[N]

Należy zwrócić uwagę na powszechne pomijanie wpływu tarcia w prezentowanych w literaturze modelach biomechanicznych stawu kolanowego. Dla zdrowego połączenia synowialnego siły tarcia są niewielkie (p =0,005-^-0,02 [11]), natomiast w wypadku wszczepienia endoprotezy siły tarcia mogą wpływać na stan obciążenia implantu. Model biomechaniczny stawu kolanowego z wszczepioną całkowitą endoprotezą, oraz uwzględniający wpływ tarcia przedstawił w 1997 r M. Wimmer oraz T. Andriacchi [166]. Model ten uwzględnia zarówno wartości współczynnika tarcia statycznego jak i kinematycznego oraz kształt współpracujących elementów trących. Autorzy uprościli model do jednej płaszczyzny - strzałkowej. Schemat modelu wraz z opisem zmiennych został przedstawiony na rys. 3.