DOI: https://doi.org/10.22141/1608-1706.1.21.2020.197795

Experimental study of mechanical properties of materials in the form of granules and chips for filling bone defects

V.A. Filippenko, V.O. Mezentsev, M.Yu. Karpinsky, O.D. Karpinska

Abstract


Background. One of the complications when performing endoprosthetics is the presence of bone defects in the installation area of the components of the endoprosthesis. This fact negatively affects the strength of their fixation and mutual orientation between the components of the endoprosthesis and the bones. Auto or allograft bone, cement, ceramics, metal, carbon, polymers, etc. are used to fill such defects. To fill relatively small defects, these materials are used in the form of granular substance: chips, granules. But the strength properties of materials in the form of granules and chips significantly differ from a solid block of the same material. Purpose: to study experimentally the mechanical properties of materials in the form of granules and chips for filling bone defects. Materials and methods. The materials studied were: spongy bone, hydroxyapatite ceramics, biphasic ceramics, and cortical + spongy bone mixtures, hydroxyapatite ceramics + spongy bone, biphasic ceramics + spongy bone. All materials were presented in the form of spherical granules with a diameter of 6–8 mm. In the experiment, 5 samples of each material were tested. For research, the materials were filled into a
35-mm high steel cylinder and 16-mm internal diameter. The samples were tested for compression. The load was carried out with a steel cylindrical rod with a diameter of 15 mm. The loads were increased from 0 to 400 N. The deformation values of the samples were fixed at the following load values: 150, 200, 250, 300, 350, and 400 N. Results. As a result of the experimental study, the values of the material sagging values for filling bone defects under the influence of a compressive load were obtained and the relative strain values for each material were calculated. The analysis of variance performed showed that, according to the relative deformation indices, the stu-died materials statistically significantly differed from each other at each load value. The magnitudes of the relative deformation of the materials to fill the bone defects were determined by the modulus of their total elasticity, which will be used in further studies of the stress-deformed state of the system “bone-filler defect-endoprosthesis” by the method of finite elements. Сonclusions. The results of the study showed that under the influence of compressive loads among the studied loose aggregates of bone defects, granules of hydroxyapatite (6.37 %) and biphasic (10.2 %) ceramics showed the lowest relative deformation. The greatest relative deformation was shown by placeholders based on spongy bone tissue (up to 17.46 %) and cortical spongy bone (up to 16.89 %). The bone-ceramic mixture in terms of relative strain (15.71 %) holds an intermediate position, but closer to the bone aggregates.


Keywords


filling of bone defects; granular materials; mechanical properties

References


Карпинский М.Ю., Суббота И.А., Карпинская Е.Д., Зацепин А.В. Механические свойства метафизарной кости после заполнения дефекта имплантатом Тутопласт. Медицина и ... 2008. № 3(21).

Філіпенко В.А., Карпінський М.Ю., Бондаренко С.Є. та ін. Міцність кістково-металевого блока для різних типів поверхонь імплантатів за умов нормального стану кісткової тканини та при моделюванні остеопорозу в експерименті на щурах. Травма. 2016.

№ 4. С. 60-65. DOI: 10.22141/1608-1706.4.17.2016. 77491.

Філіпенко В.А., Карпінський М.Ю., Карпінська О.Д. та ін. Міцність кістково-металевого блоку для різних типів поверхонь імплантатів за умов нормального стану кісткової тканини та остеопорозу в щурів. Ортопедия, травматология и протезирование. 2016. № 1. С. 72-77. DOI: 10.15674/0030-59872016172-77.

Климовицький В.Г., Хадрі Вадид, Гончарова Л.Д. та ін. Обґрунтування використання нового імплантаційного матеріалу для фіксації метафізарних переломів. Травма. 2009. Т. 11. № 1.

Іванов Г.В., Карпінський М.Ю., Карпінська О.Д. та ін. Вивчення впливу матеріалу імплантатів на деструктивні процеси у хребцевих сегментах. Зб. наукових праць XV з’їзду ортопедів-травматологів України. Дніпропетровськ, 16–18 вересня 2010. С. 95.

Іванов Г.В., Карпінський М.Ю., Карпінська О.Д. та ін. Вивчення змін у суміжних хребцевих сегментах при імплантації різних матеріалів. Зб. наукових праць XV з’їзду ортопедів-травматологів України. Дніпропетровськ, 16–18 вересня, 2010. С. 96.

Ашукіна Н.О., Іванов Г.В., Карпінський М.Ю. та ін. Вивчення реакції шкіри та кісткової тканини на введення вуглецевого імплантату. Зб. наукових праць XV з’їзду ортопедів-травматологів України. Дніпропетровськ, 16–18 вересня, 2010. С. 97.

Дедех Н.В., Карпинский М.Ю., Чжоу Лу, Малышкина С.В. Регенерация и механическая прочность кости в условиях имплантации углеродного материала. Ортопедия, травматология и протезирование. 2016. № 3. С. 41-47. DOI: 10.15674/0030-59872016341-47.

Хвисюк О.М., Павлов О.Д., Карпінський М.Ю., Карпінська О.Д. Дослідження тривалості збереження жорсткості фіксації кісткових уламків біодеградуючими накістковими пластинами на основі полілактиду. Травма. 2018. Т.19. № 5. С. 102-109. DOI: 10.22141/1608-1706.5.19.2018.146652.

Стойко И.В., Бэц Г.В., Бэц И.Г., Карпинский М.Ю. Исследование механических свойств материалов для функциональной стабилизации при переломе пилона. Клінічна хірургія. 2014. С. 45-48.

Продан А.И., Грунтовский Г.Х., Попов А.И. и др. Биомеханическое обоснование оптимального состава композитного материала для чрескожной вертебропластики. Хирургия позвоночника. 2006. № 2.

Дегтярь В.А., Зацепин А.В., Карпинский М.Ю. и др. Экспериментальное исследование прочности костной ткани после заполнения костного дефекта биоимплантатами тутопласт. Медицина и ... 2007. № 3–4(18). С. 31-35.

Карпинский М.Ю., Суббота И.А., Карпинская Е.Д., Попов А.И. Экспериментально-теоретическое обоснование состава композитного материала для заполнения костных дефектов. Медицина и ... 2008. № 3(21).

Карпинский М.Ю., Нехлопочин А.С., Нехлопочин С.Н. и др. Особенности напряженно-деформированного состояния шейного отдела позвоночника при замещении тел позвонков искусственными имплантатами разных конструкций. Травма. 2016. № 3. С. 22-23.

Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. Москва: Высшая школа, 2000. 560 с.

Наследов А. SPSS 19: профессиональный статистический анализ данных. Санкт-Петербург: Питер, 2011. 400 с.




Copyright (c) 2020 TRAUMA

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

 

© Publishing House Zaslavsky, 1997-2020

 

   Seo анализ сайта