Skip to main page content
U.S. flag

An official website of the United States government

Dot gov

The .gov means it’s official.
Federal government websites often end in .gov or .mil. Before sharing sensitive information, make sure you’re on a federal government site.

Https

The site is secure.
The https:// ensures that you are connecting to the official website and that any information you provide is encrypted and transmitted securely.

Access keys NCBI Homepage MyNCBI Homepage Main Content Main Navigation
. 2023:(5):58-64.
doi: 10.17116/hirurgia202305158.

[Biomechanics of the first metatarsophalangeal joint after replacement]

[Article in Russian]
A V Kolsanov  1 , A N Nikolaenko  1 , V V Ivanov  1 , I O Grankin  1 , P Yu Isaikin  1 , S O Doroganov  1 , D O Zgirsky  1 , G P Kotelnikov  1
Affiliations

[Biomechanics of the first metatarsophalangeal joint after replacement]

[Article in Russian]
A V Kolsanov et al. Khirurgiia (Mosk). 2023.

Abstract
in English, Russian

Objective: Analysis of biomechanics of the first metatarsophalangeal joint after arthroplasty, interaction between bones and two implants of the first metatarsophalangeal joint using skeletal model of the foot.

Material and methods: We developed anatomically adapted all-ceramic non-coupled endoprosthesis of proximal interphalangeal joint between 2016 and 2021. To create a model of the foot, we used diagnostic computed tomography whose images were applied in 3D sculpting system and computer-aided design system for final geometric modeling of the joint.

Results: In dorsal flexion of the first metatarsophalangeal joint under 45° with the presence of implant, cortical bone tissue can withstand a load of up to 40 kg. Cortical bone tissue with implant can withstand a load of up to 305 kg without dorsal flexion. Strength of implant elements made of zirconium ceramics significantly exceeds strength of bone tissue within implant-bone tissue connection.

Conclusion: Postoperative axial load on the first metatarsophalangeal joint up to 35 kg with maximum dorsal flexion up to 45° is the most appropriate. Higher load and hyperextension over 45° may be followed by postoperative complications such as implant instability, dislocation and periprosthetic fracture.

Цель исследования: Анализ биомеханики первого плюснефалангового сустава после эндопротезирования, изучение взаимодействия между костями и двумя имплантатами первого плюснефалангового сустава с использованием скелетной модели стопы.

Материал и методы: В период с 2016 по 2021 г. нами разработан цельнокерамический несвязанный анатомически адаптированный эндопротез проксимального межфалангового сустава. Для создания модели стопы использована диагностическая компьютерная томография, изображения которой применяли в системе 3D-скульптинга, и программный комплекс САПР, где была сформирована конечная геометрическая модель сустава.

Результаты: При тыльном сгибании первого плюснефалангового сустава до 45° с наличием импланта кортикальная костная ткань выдерживает нагрузку до 40 кг. Кортикальная костная ткань с наличием имплантата выдерживает нагрузку до 305 кг при отсутствии тыльного сгибания. Прочность элементов импланта из циркониевой керамики существенно превышает прочность костной ткани в соединении имплантат—костная ткань.

Заключение: Осевая нагрузка на первый плюснефаланговый сустав в послеоперационном периоде является наиболее подходящей в интервале до 35 кг при максимальном тыльном сгибании до 45°. При повышенной нагрузке на сустав и переразгибании свыше 45° существует вероятность таких послеоперационных осложнений, как нестабильность имплантата, вывих и перипротезный перелом.

Keywords: geometric model of the foot; modeling of critical loads; replacement of the first metatarsophalangeal joint.

PubMed Disclaimer

Publication types

MeSH terms

LinkOut - more resources