Журнал «Боль. Суставы. Позвоночник» Том 13, №4, 2023

Актуальність. Зміна положення великого горбка після однополюсного ендопротезування плечового суглоба впливає на напружено-деформований стан (НДС) контактних поверхонь. Однією з важливих умов відновлення повного діапазону рухів у плечовому суглобі після ендопротезування та більш тривалого терміну служби ендопротеза є анатомічне розташування великого горбка. Мета дослідження: розробити тривимірну модель та провести аналіз НДС елементів плечового суглоба й імплантів однополюсного ендопротеза при зміні рівня фіксації великого горбка. Матеріали та методи. Засобами програмного пакета SolidWorks побудована імітаційна 3D-модель плечового суглоба, для створення якої застосовували анатомічні й антропометричні дані. Засобами програмного пакета ANSYS проведено розрахунки НДС моделей плечового суглоба за різних положень сумарного вектора навантажень залежно від варіанта положення великого горбка плечової кістки. Результати. Аналіз НДС на моделюванні навантаження плечового суглоба зі зміною положення великого горбка з кутом відведення плеча на 60º показав, що максимальне зростання значень напружень спостерігається на субхондральній кістці гленоїдальної западини при зміщенні великого горбка плечової кістки на 1 см допереду — у 3,4 раза, до σmах = 4,02 МРа. Зміщення великого горбка на 1 см донизу є оптимально допустимим положенням, при якому субхондральна кістка гленоїдальної западини зазнає мінімальних значень напружень і деформацій. Висновки. Аналіз НДС навантажень у побудованій тривимірній моделі плечового суглоба показав, що зміна положення великого горбка впливає на значення напружень, що виникають на контактних структурах. Врахування цих значень напруження на контактних поверхнях, отриманих від розробленої нами імітаційної комп’ютерної 3D-моделі плечового суглоба, дозволяє підвищити якість передопераційного планування й поліпшити функцію плеча та зменшити можливі ускладнення в післяопераційному періоді.

Background. The greater tubercle position change in shoulder hemiarthroplasty is of great importance for the shoulder joint contact surfaces’ stress-strain state (SТS). One of the important conditions for restoring a full range of motion in the shoulder joint after hemiarthroplasty and a longer service life of the endoprosthesis is the anatomical location of the greater tubercle. The purpose was to develop a three-dimensional model and study the STS of elements of the shoulder joint and implants of a hemiarthroplasty after changing the greater tubercle position on the shoulder. Materials and methods. The SolidWorks software package was used in order to construct a simulated 3D model of the shoulder joint, taking anatomical and anthropometric data into conside­ration to make the model as close to the real shoulder joint as possible. The ANSYS software package was used to calculate the shoulder joint models of the total load vector at different positions of the total load vector, depending on the greater tubercle of the humerus position. Results. The analysis of the shoulder joint mo­del elements’ STS with different greater tuberosity positioning and a shoulder abduction angle of 60° showed that the maximum increase in stress values is observed on the glenoid cavity subchondral bone when the greater tubercle of the humerus is transposed by 1 cm anterior — in 3.4 times, σmax up to 4.02 MPa. Moving the big tubercle by 1 cm distally is an optimal position in which the subchondral bone of the glenoid cavity undergoes minimum stress and deformation forces. Conclusions. The change in pressure on the contact surfaces is significant when changing the position of the greater tuberosity, which will undoubtedly affect the volume and range of motion in the postoperative period. Taking into account the data of the stress values on the contact surfaces obtained from our simula­ted 3D computer model of the shoulder joint allows improving the quality of preoperative planning and improving shoulder function and possible complications in the postoperative period.

плечовий суглоб; суглобовий хрящ; однополюсний ендопротез; тривимірна модель; напружено-деформований стан

shoulder joint; articular cartilage; hemiarthroplasty; unipolar endoprosthesis; 3D model; stressed-deformed state

1. Antonios T., Bakti N., Phadkhe A., Gulihar A., Singh B. Outcomes following arthroplasty for proximal humeral fractures. J. Clin. Orthop. Trauma. 2020 Feb. 11–(Suppl 1). S31-S36. doi: 10.1016/j.jcot.2019.07.008. Epub 2019 Jul 24. PMID: 31992913; PMCID: PMC6977184.
2. Razaeian S., Al Marhi O., Wiese B., Zhang D., Bouklas P., Krettek C., Hawi N. Predicting the deltoid tuberosity index in proximal humerus fractures using fracture cha–racteristics and patient age: development of the LBQ-PHF score. BMC Musculoskelet Disord. 2023 Sep 25. 24(1). 754. doi: 10.1186/s12891-023-06883-z. PMID: 37749531; –PMCID: PMC10519058.
3. Lu K.Y., Tai T.H., Liu Y.H., Chiang C.J., Loh E.W., Wong C.C., Wu J.J. Post-Operative Greater Tuberosity Resorption or Malreduction Is Associated with Poor Prognostic Outcomes in Patients with Proximal Humeral Fractures Treated Operatively-A Single-Center Retrospective Cohort Study. Diagnostics (Basel). 2023 Aug 29. 13(17). 2789. doi: 10.3390/diagnostics13172789. PMID: 37685327; PMCID: PMC10486750.
4. Putzeys G., Uyttebroek S. Hemiarthroplasty in complex proximal humeral fractures: preserving unity of the tuberosities with the cap technique improves clinical outcome. OTA Int. 2022 Apr 18. 5(2 Suppl). e169. doi: 10.1097/OI9.0000000000000169. PMID: 35949267; –PMCID: PMC9359014.
5. Капанджи А.І. Верхня кінцівка. Фізіологія суглобів. Схеми біомеханіки людини з коментарями. 7-ме вид. М.: Ексмо, 2020. 376 с.
6. Gadala M. Finite elements for engineers with Ansys applications. 2020. Cambridge, Cambridge University Press. doi: 10.1017/9781108151689.
7. Pinkas D., Wiater J.M. Functional Anatomy of the Shoulder? Editor(s): Placzek J.D., Boyce D.A., Orthopaedic Physical Therapy Secrets (Third Edition). Elsevier. 2017. 318-326, ISBN 9780323286831. doi: 10.1016/B978-0-323-28683-1.00037-0.
8. Tamimi I., Cortes A.R.G., Sánchez-Siles J.M. et al. Composition and characteristics of trabecular bone in osteoporosis and osteoarthritis. Bone. 2020 Nov. 140. 115558. doi: 10.1016/j.bone.2020.115558. Epub 2020 Jul 27. PMID: 32730941.
9. Morgan E.F., Unnikrisnan G.U., Hussein A.I. Bone Mechanical Properties in Healthy and Diseased States. Annu Rev. Biomed. Eng. 2018 Jun 4. 20. 119-143. doi: 10.1146/annurev-bioeng-062117-121139. PMID: 29865872; PMCID: PMC6053074.
10. Filho G.D.R.M., Amaral M.V.G. Shoulder Arthroplasty for the Treatment of Proximal Humeral Fractures: Current Concepts. Rev. Bras. Ortop. (Sao Paulo). 2021 Mar 31. 57(4). 529-539. doi: 10.1055/s-0040-1721359. PMID: 35966425; PMCID: PMC9365482.
11. Lu K.Y., Tai T.H., Liu Y.H., Chiang C.J., Loh E.W., Wong C.C., Wu J.J. Post-Operative Greater Tuberosity Resorption or Malreduction Is Associated with Poor Prognostic Outcomes in Patients with Proximal Humeral Fractures Treated Operatively-A Single-Center Retrospective Cohort Study. Diagnostics (Basel). 2023 Aug 29. 13(17). 2789. doi: 10.3390/diagnostics13172789. PMID: 37685327; PMCID: PMC10486750.
12. Rivera A.R., Cardona V. Reverse total shoulder arthroplasty for complex proximal humerus fracture in the elderly: clinical and radiological results. JSES Rev. Rep. Tech. 2022 Dec 15. 3(2). 131-136. doi: 10.1016/j.xrrt.2022.11.004. PMID: 37588446; PMCID: PMC10426567.
13. Valenti P., Aliani D., Maroun C. et al. Shoulder hemiarthroplasty for proximal humeral fractures: analysis of clinical and radiographic outcomes at midterm follow-up: a series of 51 patients. Eur. J. Orthop. Surg. Traumatol. 2017. 27. 309-315. doi: 10.1007/s00590-017-1927-7.
14. Troiano E., Peri G., Calò I., Colasanti G.B., Mondanelli N., Giannotti S. A novel "7 sutures and 8 knots" surgical technique in reverse shoulder arthroplasty for proximal humeral fractures: tuberosity healing improves short-term clinical results. J. Orthop. Traumatol. 2023 May 8. 24(1). 18. doi: 10.1186/s10195-023-00697-4. PMID: 37155113; PMCID: PMC10167075.
15. Fischer J., Welter J., Horn N. et al. Is malunion of the greater tuberosity after reverse shoulder arthroplasty in patients with complex proximal humerus fracture associated with worse clinical outcomes? A prospective cohort study. Arch. Orthop. Trauma Surg. 2023 Nov. 143(11). 6527-6533. doi: 10.1007/s00402-023-04951-6. Epub 2023 Jun 30. PMID: 37391524.
16. Agarwal S., Rana A., Sharma R.K. Functional outcome after primary hemiarthroplasty in three or four part proximal humerus fracture: A short term followup. Indian J. Orthop. 2016 Nov-Dec. 50(6). 590-594. doi: 10.4103/0019-5413.193481. PMID: 27904212; PMCID: PMC5122252.
17. Erpala F., Tahta M., Öztürk T., Zengin Ç. Comparison of Treatment Options of Three- and Four-Part Humerus Proximal Fractures in Patients Over 50 Years of Age. Cureus. 2021 Aug 28. 13(8). e17516. doi: 10.7759/cureus.17516. PMID: 34603887; PMCID: PMC8476210.
18. Jang S.H., Song H.E., Choi S.H. Arthroscopic percutaneous inverted mattress suture fixation of isolated grea–ter tuberosity fracture of humerus. J. Orthop. Surg. (Hong Kong). 2018 Jan-Apr. 26(1). 2309499017754108. doi: 10.1177/2309499017754108. PMID: 29382295.
19. Zhao Y., Zhu Y., Lu Y., Li F., Jiang C. Long-term outcomes of shoulder hemiarthroplasty for acute proximal humeral fractures. Int. Orthop. 2023 Jun. 47(6). 1517-1526. doi: 10.1007/s00264-023-05746-5. Epub 2023 Mar 27. PMID: 36971818.
20. Gunst S., Louboutin L., Swan J., Lustig S., Ser–vien E., Nove-Josserand L. Does healing of both greater and lesser tuberosities improve functional outcome after reverse shoulder arthroplasty for fracture? A retrospective study of twenty-eight cases with a computed tomography scan at a minimum of one-year follow-up. Int. Orthop. 2021 Mar. 45(3). 681-687. doi: 10.1007/s00264-020-04928-9. Epub 2021 Jan 9. PMID: 33420880.