Moderni metalni implantati za zamjenu zglobova omogućuju pacijentima povratak aktivnom životu, ali njihov glavni nedostatak je pretjerana krutost. S vremenom to dovodi do razaranja okolnog tkiva, labavljenja proteze i potrebe za ponovnim kirurškim zahvatom. Znanstvenici s Politehničkog sveučilišta u Permu predložili su rješenje: razvili su model koji po prvi put realno opisuje kako kost raste u implantat i kako to utječe na njegovu čvrstoću. O tome je Gazeta.Ru izvijestila tiskovna služba obrazovne ustanove.
Prema stručnjacima, oko 200 tisuća ljudi u Rusiji godišnje treba zamjenu kuka. Stoga nije važna samo sama operacija, već i trajnost implantata. Problem je što su metalne konstrukcije koje se danas koriste 4-5 puta čvršće od prirodne kosti. Zbog toga se opterećenje neravnomjerno preraspoređuje, a tkiva oko proteze postupno se uništavaju.
Ugljik-ugljik kompoziti, materijali koji kombiniraju visoku čvrstoću s elastičnošću bliskom kosti, smatraju se obećavajućom alternativom. Pod opterećenjem se u njima stvaraju mikropukotine i pore u koje može urasti koštano tkivo. To omogućuje implantatu da se zapravo “stopi” s tijelom.
Međutim, do sada inženjeri nisu mogli točno predvidjeti kako ovaj proces utječe na konačnu čvrstoću strukture. Pretpostavljalo se da kost ravnomjerno ispunjava sve šupljine, ali to je pojednostavljenje dalo precijenjen životni vijek proteza.
Istraživači PNRPU-a pokazali su da je u stvarnosti koštano tkivo raspoređeno mnogo složenije. Ne ispunjava sve mikropukotine, a njegov rast ograničen je kako strukturom materijala tako i biološkim čimbenicima. Urastanje zahtijeva povezanu mrežu pora smještenih prilično blizu jedna drugoj. Istovremeno, stanice ne mogu beskonačno ići dublje u materijal: kako se odmiču od površine, nedostaju im kisik i hranjive tvari.
Na temelju tih faktora znanstvenici su izradili matematički model koji uzima u obzir stvarna opterećenja zgloba – pri hodanju, trčanju ili penjanju stepenicama. Umjesto da pokušava predvidjeti točnu lokaciju pukotina, procjenjuje se vjerojatnost formiranja strukture pora pogodne za rast tkiva.
Kako bi testirali model, znanstvenici su proučavali i nove uzorke kompozita i prave implantate uklonjene s pacijenata, kao i arhivske računalne tomograme.
“Pouzdanost modela određena je činjenicom da njegovi izračuni uzimaju u obzir stvarne podatke. Oslanjali smo se na tomograme pacijenata u prvih 90 dana nakon operacije, kada se formira novo koštano tkivo”, objasnio je diplomirani student Odjela za mehaniku kompozitnih materijala i struktura PNRPU Egor Razumovsky.
Prema njegovim riječima, novi model je što bliži stvarnim biološkim procesima i omogućuje preciznije predviđanje čvrstoće i trajnosti implantata.
Razvoj bi mogao postati osnova za stvaranje pouzdanijih proteza i smanjenje broja ponovnih operacija. U budućnosti se može koristiti i za personalizirane izračune koji uzimaju u obzir karakteristike opterećenja određenog pacijenta.
