METHODOLOGY OF PRECLINICAL CHARACTERISTICS STUDIING THE MOBILITY NODE OF HIP JOINT ENDOPROSTHESES BASED ON MATHEMATICAL MODELING

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The relevance of the topic is due to the need for preclinical research of friction pairs of hip endoprostheses, aimed at optimizing the treatment and diagnostic processes of human hip arthroplasty. The aim of the work is to develop and test a methodology for studying the medical and biological processes of functioning of hip endoprostheses, which allows assessing the strength and wear resistance of friction pairs. Materials and methods. The research methodology uses regression mathematical modeling of stresses in the mobility unit of the hip endoprosthesis based on the medical and biological processes of functioning of the hip joint and a comparative test of volumetric wear of friction pairs. Results. The developed simulation and mathematical models of medical and biological processes of functioning of the hip joint made it possible to assess the reliability of the designs of friction pairs made of carbositall alloy. Evaluation of the obtained stress data revealed high reliability of the mobility unit with a friction pair made of carbositall alloy. Volumetric wear of the friction pair made of carbositall-ceramic is 31.8 % less than that of the ceramic friction pair. Conclusions. Mathematical and simulation models allow us to determine the loading parameters of the mobility units of hip endoprostheses. As a result of the study, the safety margin of the friction pair made of carbositall-ceramic was 4.5, which indicates high reliability of the design. Determination of volumetric wear allows us to determine the ability of new friction pairs to reduce the risk of postoperative complications. Volumetric wear of the friction pair made of carbositall-ceramic is 31.8 % less than that of the ceramic friction pair. The data obtained as a result of the study will optimize the treatment and diagnostic process of human hip arthroplasty by providing data on the strength and wear resistance of endoprostheses at the preoperative stage.

About the authors

Mikhail A. Ksenofontov

Penza State University

Author for correspondence.
Email: maksenofontov@mail.ru

Senior lecturer of the sub-department of traumatology, orthopedics and military extreme medicine

(40 Krasnaya street, Penza, Russia)

References

  1. Cong Y., Wang Y., Yuan T. et al. Macrophages in aseptic loosening: Characteristics, functions, and mechanisms. Front Immunol. 2023;14. doi: 10.3389/fimmu.2023/ 1122057
  2. Yao K., Chen Y. Comprehensive evaluation of risk factors for aseptic loosening in cemented total knee arthroplasty: A systematic review and meta-analysis. J Exp Orthop. 2024;11(3):12095. doi: 10.1002/jeo2.12095
  3. Affatato S. Perspectives in Total Hip Arthroplasty: Advances in Biomaterials and Their Tribological Interactions. Elsevier Science. 2014:182.
  4. Aherwar A., Singh A.K., Patnaik A. Current and future biocompatibility aspects of biomaterials for hip prosthesis. AIMS Bioeng. 2015;3:23–43.
  5. Yang T., Xie J., Hu Y. et al. Mid- and long-term effectiveness of total hip arthroplasty with Ribbed femoral stem prosthesis in 354 cases. Chinese Journal of Reparative and Reconstructive Surgery. 2019;33(9):1116–1120. doi: 10.7507/1002-1892.201901124
  6. Ershova A.A., Makarenko L.V. Preclinical studies on laboratory animals. Aktual'nye problemy veterinarnoy meditsiny i biologicheskoy bezopasnosti: materialy nauch.- prakt. konf. = Actual problems of veterinary medicine and biological safety : materials of the scientific and practical conference. 2024:75–83. (In Russ.)
  7. Maslov L.B., Dmitryuk A.Yu., Zhmaylo M.A., Kovalenko A.N. Investigation of the strength of the hip arthroplasty made of polymer material. Rossiyskiy zhurnal biomekhaniki = Russian Journal of Biomechanics. 2022;26(4):19–33. (In Russ.). doi: 10.15593/ RZhBiomeh/2022.4.02
  8. Ambard D., Swider P. A predictive mechano-biological model of the bone-implant healing. Eur. J. Mech. A-Solids. 2006;25:927–937.
  9. Kotel'nikov G.P., Kolsanov A.V., Nikolaenko A.N. et al. Biomechanics analysis of the proximal interphalangeal joint after endoprosthetics. Geniy ortopedii = The genius of orthopedics. 2023;29(5):468–474. (In Russ.)
  10. Günther C., Winner B., Neurath M. F., Stappenbeck T.S. Organoids in gastrointestinal diseases: from experimental models to clinical translation. Gut. 2022;71(9):1892–1908. doi: 10.1136/gutjnl-2021-326560
  11. Spiridonov A.A., Vasil'ev N.G. Planirovanie eksperimenta: ucheb. posobie = Experiment planning : textbook. Sverdlovsk: Sverdlovskoe izd. UPI im. S.M. Kirova, 1975:152. (In Russ.)
  12. Mamaeva E.I. (ed.-comp.). Mashinostroenie: entsiklopediya: v 40 t. T. II-1. Fiziko-mekhanicheskie svoystva. Ispytaniya metallicheskikh materialov = Mechanical engineering : encyclopedia : in 40 volumes Vol. II-1. Physical and mechanical properties. Testing of metallic materials. Moscow: Mashinostroenie, 2010:856. (In Russ.)
  13. Lee I., Shiroma E.J., Kamada M. et. al. Association of Step Volume and Intensity With All-Cause Mortality in Older Women. JAMA Intern Med. 2019;179(8):1105–1112. doi: 10.1001/jamainternmed.2019.0899
  14. Merola M., Affatato S. Materials for hip prostheses: A review of wear and loading considerations (Review). Materials (Basel). 2019;12(3):495. doi: 10.3390/ma12030495
  15. Stratton-Powell A.A., Pasko K.M., Brockett C.L., Tipper J.L. The Biologic Response to Polyetheretherketone (PEEK) Wear Particles in Total Joint Replacement: A Systematic Review. Clin Orthop Relat Res. 2016;474(11):2394–2404. doi: 10.1007/s11999- 016-4976-z

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».