Учёные Пермского Политеха (ПНИПУ) впервые создали компьютерную модель чаши тазобедренного протеза из углерод-углеродного композита и рассчитали порог её разрушения. Как сообщили в пресс-службе вуза, исследование закрывает последнее белое пятно на пути к полностью композитному эндопротезу: ранее этот материал изучили только для бедренного компонента, а чаша, принимающая основную нагрузку при ходьбе, оставалась неизученной.
Металлические протезы, которые ежегодно ставят примерно миллиону пациентов в мире, со временем расшатываются из-за несовпадения жёсткости металла и кости. Углерод-углеродный композит обладает абсолютной биосовместимостью с костной тканью и высокой износостойкостью, но его внутренняя структура хаотична и неоднородна, поэтому предсказать разрушение обычными инженерными методами невозможно.
Исследователи построили цифровую модель чаши и пошагово нагружали её от 0 до 400 килограммов, перебирая тысячи вариантов внутренней структуры материала. Результат: первые микротрещины возникают при нагрузке около 220 килограммов, но наиболее опасные виды разрушений появляются лишь при давлении выше 650 килограммов — такие возникают в основном у спортсменов.
Для среднестатистического человека нагрузки на сустав редко превышают 220 килограммов, а значит, чаша из композита в повседневной жизни не получает повреждений. Таким образом, разработка цельного имплантата из композита переходит из разряда теоретических гипотез в область реального инженерного проектирования с полностью предсказуемыми характеристиками прочности и долговечности.
