مجله جراحی استخوان و مفاصل ایران

چکیده چکیده: ترمیم شکستگی استخوان فرآیندی پیچیده است که نهایتاً می‌تواند به تشکیل استخوان جدید منجر ‌شود. یکی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر این فرآیند، شرایط مکانیکی در محل بافت در حال ترمیم است. مدل‌های محاسباتی با استفاده از الگوریتم‌های مکانوبیولوژی می‌توانند تأثیر تحریک‌های مکانیکی بر فرآیند تمایز سلول‍های بنیادی به بافت‍های مختلف در ترمیم استخوان را شبیه‍سازی ‌کنند. این مقاله به بررسی حوزه مکانوبیولوژی محاسباتی با تمرکز بر فرایند ترمیم استخوان پرداخته و مدل‌‍های مکانوبیولوژی موجود را مرور می‌کند. همچنین، پیشرفت‌ها و مشکلات کنونی در این حوزه موردبررسی قرارمی‍گیرد. اخیراً، ترکیب الگوریتم‌های مکانوبیولوژی با توصیف دقیق‌تری از رویدادهای سلولی و مولکولی موردتوجه قرارگرفته است. یکی از چالش‌های اصلی در این زمینه، اعتبارسنجی مدل‌ها به‍وسیله مقایسه آن‌ها با داده‌های تجربی است. این مدل‌ها می‌توانند به درک بهتر فرایند ترمیم شکستگی استخوان و بهینه‌سازی طراحی ایمپلنت‍ها و روش‍های درمانی کمک کنند. مدل‍های مکانوبیولوژی موجود هنوز در دوره‍ی طفولیت خود بسر می‍برند و نیاز است به‌طور مداوم، همگام با پیشرفت-های پیوسته در زمینه‍ی مکانوبیولوژی سلول‌های بنیادی، به‌روزرسانی و اصلاح شوند.

چکیده زمینه‌ی مطالعه: شل‌شدگی ایمپلنت از شایع‌ترین مشکلات پس از تعویض کامل مفصل ران است. در شل-شدگی عوامل مهمی مانند مشخصات هندسی ایمپلنت، کیفیت بافت استخوانی، فرآیند جایگذاری، سن و سبک زندگی بیمار تاثیر دارند. هدف مطالعه‌ی حاضر تحلیل تنش و کرنشهای دینامیکی وارد بر سطح مشترک بین استخوان و ایمپلنت در فازهای مختلف راه رفتن است.

روشها: از یک مدل دو بعدی شامل استخوان ران و مفصل مصنوعی آن برای شبیه‌سازی عددی در نرم‌افزار ADINA به روش المان محدود استفاده شده است. مدول یانگ برای استخوان برابر 12 و برای ایمپلنت از جنس فولاد ضدزنگ پزشکی برابر 210 گیگاپاسکال فرض شده است. در سطح مشترک بین استخوان و ایمپلنت ضریب اصطکاک برابر 22/0 در نظر گرفته شده و مدل شرایط یک جراحی بدون سیمان استخوانی را شبیه‌سازی می‌کند. بار اعمالی به سر مفصل تعویض شده به صورت دینامیکی منطبق با سیکل راه رفتن طبیعی فردی با وزن 75 کیلوگرم بوده است.

یافته‌ها: نتایج نشان دادند اختلاف کرنش در سطح مشترک در انتهای ساقه‌ی ایمپلنت بیشینه است. این متغیر همچنین در لبه‌ی داخلی 16 برابر بیشتر از لبه‌ی خارجی است. مقدار اختلاف کرنش در سطح مشترک به حدود 6/1 درصد و بیشینه‌ی تنش به حدود 7/5 مگاپاسکال رسیده است.

نتیجه‌گیری: بیشترین مقدار اختلاف کرنش در پایین‌ترین منطقه‌ی ساقه‌ی ایمپلنت رخ داده که بیان کننده‌ی محل بروز احتمالی جدایش در شل‌شدگی ایمپلنت است. این اطلاعات می‌تواند در بکارگیری راهبردهای جراحی تعویض مفصل ران نیز و برای طراحیهای مکانیکی بهینه در مفصل مصنوعی مهم باشد.