CC BY
40
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ ВИНТОВ, ИМЕЮЩИХ УПОРНУЮ И ТРАПЕЦЕИДАЛЬНУЮ РЕЗЬБУ, С КОСТНОЙ ТКАНЬЮ И ПОЛИУРЕТАНОМ
Артюшкевич А.С.1, Аль-Факих М.А.1, Цедик Л.В.2, Шелухина А.И.2
1 Белорусская медицинская академия последипломного образования, Минск
2 Институт порошковой металлургии, Беларусь
Artiushkevich A.S.1, Al-Faqih M.A.1, Tsedzik L.V.2, Shalukhina A.I.2
1 Belarusian Medical Academy of Post-Graduate Education, Minsk 2 Institute of Powder Metallurgy, Belarus
Comparative assessment of bonding strength of the buttress threaded screws and the trapezoidal threaded screws, with bone and poliuretan
Резюме. Одним из перспективных направлений в травматологии челюстно-лицевой области является разработка винтовых конструкций, позволяющих с минимальной травмой обеспечить надежные жесткое закрепление отломков нижней челюсти. Учитывая различные виды нагрузок, возникающих в нижней челюсти, выбран винт для остеосинтеза, имеющий внутренний диаметр 2,0 мм. Установлено, что прочность соединения системы«винт - модельная среда» с винтами с упорной резьбой S выше в 1,5-2 раза, чем при использовании винтов с трапецеидальной резьбой Tr с достоверностью различий механических свойств соединения систем 95%. Ключевые слова: переломы челюстей, остеосинтез, винт, напряжение, упорная резьба, трапецеидальная резьба. Современная стоматология. — 2014. — №1. — С. 75-76.
Summary. One of the promising trends in maxillofacial trauma is the development of helical structures to allow a minimal trauma to provide a reliable rigid fixation of bone fragments lower jaw. Taking into account the different types of loads appeared in the lower jaw, osteosynthesis screw diameter was chosen (2,0 mm). Founded, bonding strength of system«buttress threaded screw - model medium»is 1,5-2 times as much then bonding strength of system«trapezoidal threaded screw - model medium» with 95% confidence of difference. Keyword: jaw fractures, osteosynthesis, screw, teusion, buttress threaded screw, trapezoidal threaded screw.
Sovremennaya stomatologiya. — 2014. — N1. — P. 75-76.
Одним из распространенных способов оперативного лечения переломов трубчатых костей является закрепление отломков при помощи винтов. Клинический опыт свидетельствует о высокой эффективности данного способа лечения [2]. В то же время в челюстно-лице-вой травматологии данная методика мало известна, встречаются лишь единичные публикации [3].
Цель исследования - изучение прочности соединения винтов с упорной и трапецеидальной резьбой с костными блоками нижней челюсти животных и по-лиуретановыми блоками. Материалы и методы В рамках проведения экспериментальных исследований сделали расчеты параметров конструкции винта, обеспечивающих стабильную фиксацию костных отломков, и испытали прочность соединения винтов с упорной и трапецеидальной резьбой с модельными средами (кость животных - нижняя челюсть, полиуретан).
Для остеосинтеза винт должен обладать необходимой прочностью и обеспечивать стабильную фиксацию отломков кости, и в то же время, учитывая небольшие размеры челюсти, иметь минимальные размеры. Расчет конструкции винта базировался на проверке условий прочности на сжатие (растяжение), кручение, смятие и срез. Определен минимальный возможный
внутренний диаметр винта, на основании которого выбираются остальные параметры упорной и трапецеидальной резьбы [1]. Внутренний диаметр винтов с различными видами резьбы равен 2,0 мм, наружный диаметр - 3,2 мм. Шаг резьбы - 1,5 мм.
Для проведения экспериментальных исследований использовали 20 блоков нижней челюсти животных в области угла и 14 блоков полиуретана ППУ-1 ТУ РБ 700069297.008-2000. Форма блоков квадратная с размером стороны 30 мм. В центральной части сделано одно сквозное отверстие сверлом, равным внутреннему диаметру винта (2,0 мм). В 10 блоков из кости и 7 блоков из полиуретана на глубину 7 мм ввернуты винты с упорной резьбой. В остальных случаях использовали винты с трапецеидальной резьбой. Каждый винт,
Рис. 1. Монокортикальный винт
ввинченный в кость, в эксперименте захватывал кортикальную пластинку губчатой кости (монокортикальный) (рис. 1).
Механические испытания на разрыв проводили в Испытательном центре Института порошковой металлургии НАН Беларуси. Использовали универсальную испытательную машину Tiniiis H150 KU (рис. 2). Нагрузка на систему «винт - блок» плавно менялась от 0,1 кг и до разрушения системы.
Результаты и обсуждение
Результаты механических испытаний соединения системы «винт - кость» при использовании винтов с трапецеидальной резьбой Tr и упорной резьбой S приведены в табл. 1.
Результаты исследований показали, что прочность соединения системы «винт - кость» с винтами с трапецеидальной резьбой Tr и упорной резьбой S существенно не различается. Так, временное сопротивление разрушению ств системы «винт Tr - кость» составляет 80,0±38,3 МПа (тут и далее результаты измерения представлены в виде среднего со стандартным отклонением), условный предел текучести ст02 - 74,8±35,7 МПа, модуль упругости Е - 821,4±352,1 МПа. Для системы «винт S - кость» соответствующие значения составили 89,8±40,3 МПа, 82,9±44,2 МПа и 777,6±417,5 МПа. Результаты эксперимента неоднородны, о чем говорит коэффициент вариации (43-48% и 45-54%).
С@ВРЕ
1ННАЯ СТ@МАТ@Л@ГИЯ N1 2014
75
Научны© исследования
Таблица 1
Результаты механических испытаний соединения система «винт - кость»
Вид резьбы
№ Трапецеидальная, Tr Упорная, S
Е, МПа ст02 МПа ов, МПа Е, МПа о02 МПа ов, МПа
1 518 51,4 53,5 704 72,3 96,8
2 677 48,9 54,6 3,7 - 63,3
3 714 76,4 77,9 512 27,5 31,3
4 638 65,6 66,8 852 71,4 75,1
5 966 70,1 79,4 479 28,6 58,3
6 121 8,8 10,3 1280 120,0 128,0
7 1040 74,5 84,3 1070 103,0 110,0
8 1120 116,0 120,0 1120 127,0 132,0
9 1270 131,0 147,0 475 47,1 49,9
10 1150 105,0 106,0 1280 149,0 153,0
Среднее арифметическое 821,4 74,8 80,0 777,6 82,9 89,8
Стандартное отклонение 352,1 35,7 38,3 417,5 44,2 40,3
Коэффициент вариации,% 43 48 48 54 53 45
Это может быть связано с несколькими факторами. Во-первых, в эксперименте использовали кости животных, которые могут иметь различные механические характеристики вследствие анатомических особенностей (разная плотность кортикального слоя). Во-вторых, в отличие от искусственных материалов кость имеет сложную структуру, включающую органическое и минеральное вещество. Соответственно на диаграмме разрушения нет линейных участков и определить переход от упругой деформации к пластической не представляется возможным, поэтому можно говорить лишь об условном определении механических характеристик системы «винт - кость».
Для устранения влияния механических свойств модельной среды на результаты испытаний была проведена унификация модельной среды - вместо кости жи-
вотных использовали полиуретан ППУ-1 ТУ РБ 700069297.008-2000 (производитель, твердость по Шору, например, 100 А или 58 Ь). Результаты механических испытаний соединения системы «винт - полиуретан» при использовании винтов с трапецеидальной резьбой Тг и упорной резьбой S приведены в табл. 2.
Результаты исследований показали, что прочность соединения системы «винт - полиуретан» с винтами с упорной резьбой S в 1,5-2 раза выше, чем при использовании винтов с трапецеидальной резьбой Тг. Так, временное сопротивление разрушению ав системы «винт S - полиуретан» составляет 35,7±2,9 МПа, условный предел текучести ст02 - 31,0±2,1 МПа, модуль упругости Е - 829,4±60,6 МПа. Для системы «винт Тг - полиуретан» соответствующие значения составили 20,3±3,1 МПа, 18,6±2,8 МПа и
Таблица 2
Результаты механических испытаний соединения система «винт - полиуретан»
Вид резьбы
№ Трапецеидальная, Tr Упорная, S
Е, МПа о02 МПа ов, МПа Е, МПа о02 МПа ов, МПа
1 544,0 15,2 17,6 846,0 33,0 35,5
2 746,0 22,0 23,6 760,0 32,6 35,6
3 803,0 18,3 21,7 902,0 29,4 34,6
4 481,0 14,9 15,3 753,0 29,5 35,1
5 793,0 21,4 23,5 798,0 33,7 40,8
6 691,0 20,3 21,4 895,0 28,0 31,3
7 624,0 18,1 19,1 852,0 31,0 37,3
Среднее арифметическое 668,9 18,6 20,3 829,4 31,0 35,7
Стандартное отклонение 124,3 2,8 3,1 60,6 2,1 2,9
Коэффициент вариации,% 19 15 15 7 7 8
Рис. 2. Универсальная испытательная машина Tinius
668,9±124,3 МПа. Результаты эксперимента однородны (коэффициент вариации 7-8% и 15-19%), достоверность различий механических свойств соединения систем «винт S - полиуретан» и «винт Tr - полиуретан» по критерию Крамера - Уэлча равна 95%.
Заметим, что временное сопротивление разрушению ств систем «винт S - полиуретан» и «винт Tr - полиуретан» составили 35,7±2,9 МПа и 20,3±3,1 МПа, что значительно больше минимального необходимого усилия сжатия (растяжения) обломков костей, равного 8о Н/см2.
Таким образом, исследование прочности соединения винтов с упорной и трапецеидальной резьбой с модельной средой, выполненной из полиуретана ППУ-1 ТУ РБ 700069297.008-2000, показали, что выбранный диаметр винта (внутренний диаметр 2,013) является достаточным для выполнения функций остеосинтеза, так как обладает необходимой механической прочностью и позволяет обеспечить стабильную фиксацию костных отломков. Установлено, что прочность соединения системы «винт - полиуретан» с винтами с упорной резьбой S выше в 1,5-2 раза, чем при использовании винтов с трапецеидальной резьбой Tr (достоверность различий показателей механических свойств соединения систем равна 95%).
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Артюшкевич А.С., Аль-ФакихМ.А., Курочкина А..Ю., Ромейко Н.Н. // Стоматолог. - 2013. - №2. - С. 47-48.
2. ТкаченкоС.С. Остеосинтез. - Ленинград, 1987. - 272 с.
3. Schultz R.E. // Publishers. Inc. Chicago. - 1992.
Поступила 25.10.2013
76 ©©ВРЕМЕННАЯ ©Т@МАТ©Л@ГИЯ N1 2014
