Эти микроповреждения укрепляют протез и продлевают его жизнь — но как

Имплантаты из углеродного композита, которые сегодня активно применяются при эндопротезировании тазобедренного сустава, обладают неожиданным преимуществом. Хотя повреждения материала кажутся минусом, именно они помогают имплантату быстрее и надежнее срастаться с костью.

Почему мы теряем здоровье суставов

С возрастом суставы, особенно тазобедренный, подвергаются значительному износу. После 40 лет регенерация костной ткани замедляется. У женщин это связано с дефицитом эстрогена, у мужчин — тестостерона. Гормональный дисбаланс нарушает работу остеобластов — клеток, формирующих костную ткань, — и запускает процессы, ведущие к остеопорозу.

Как работает углеродный протез

Современные углерод-углеродные имплантаты не растворяются, не вызывают воспаления и не деформируются внутри организма. Их особенность — пористая структура, формируемая кристаллитами. При нагрузках, например, при беге, на поверхности возникают микроповреждения, которые играют важную роль.

Тромбоциты на помощь

Поврежденная поверхность взаимодействует с кровью: притягивает тромбоциты и белок фибриноген. Это ускоряет образование сгустка — первого этапа остеоинтеграции, когда организм начинает воспринимать имплантат как часть себя.

Цифровое моделирование: заглянем внутрь

Исследователи Пермского Политеха создали цифровую модель таза, бедра и самого протеза. С помощью Ansys Material Designer они рассчитали, как повлияет проникновение костных клеток в поры материала на прочность всей конструкции. Полученная карта распределения напряжений позволила оценить, как усиливается протез после его "обрастания" костью.

Новый сосудистый каркас

После того как остеобласты проникают в структуру имплантата, начинается ангиогенез — формирование сосудов, питающих новую ткань. Далее — белковая сцепка, сгусток, костно-углеродный каркас. В итоге материал частично восстанавливает свою упругость, а повреждения перестают распространяться.

"Моделирование показало: после остеоинтеграции зоны с высокими напряжениями сокращаются в 5,5 раза. Это позволяет пациенту активнее двигаться и дольше обходиться без повторной замены сустава", — пояснил Вячеслав Шавшуков, к. ф.-м.н., доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций.

Биология на службе механики

Это открытие особенно важно для активных людей: даже если материал протеза повреждается, организм может сам "залатать" его с помощью собственных клеток, улучшая при этом прочность и срок службы имплантата.

Уточнения

Импланта́ты (герм. от Implantat ← лат. in "в" + plantare "сажать"), импла́нты (англ. от implant) — класс изделий медицинского назначения, используемых для вживления в организм либо в роли протезов (заменителей отсутствующих органов человека), либо в качестве идентификатора (например, чип с информацией о домашнем животном, вживляемый под кожу).