Соотношения разных механических свойств субхондральной кости, менисков, суставного хряща коленного сустава в зависимости от их структурно-функционального состояния обусловливают их приоритетное повреждение вследствие травмы. По данным биомеханического имитационного моделирования методом конечных элементов изучен механизм повреждения структур коленного сустава в условиях острой травмы. Исследовали напряжение и деформации в модели коленного сустава в режиме обычной нагрузки среднестатистической массой тела 75 кг и при имитации прыжка на ногу с высоты 1 м. Последовательность и степень повреждения внутрисуставных структур тибиофеморальной зоны при динамической нагрузке значительно зависит от структурно-функционального состояния костной и хрящевой тканей в поле контакта. Динамическая нагрузка при нормальном структурно-функциональном состоянии костной и хрящевой тканей в тибиофеморальной зоне не превышает границы прочности субхондральной кости бедренного и большеберцового компонентов коленного сустава. Показатели напряжений и деформаций выше на большеберцовой, чем на бедренной кости. Разрушение хряща бедренного компонента происходит быстрее потому, что он получает большие напряжения, чем хрящ большеберцового компонента. В условиях склеротических изменений суставного хряща динамическая нагрузка может вызвать компрессионный перелом субхондральной кости большеберцового компонента за счет снижения вязкоупругих амортизационных свойств хряща. В таком случае возрастает нагрузка на мениски, которая при наличии дегенеративных изменений может вызвать их повреждение. В условиях хондромаляции в тибиофеморальной зоне динамическая нагрузка может привести к форсированной потере жидкости матриксом суставного хряща бедренного компонента с его дальнейшей деструкцией, повреждением субхондральной кости большеберцового компонента с возникновением субхондрального отека или гематомы. С увеличением отклонения механических свойств тканей коленного сустава от нормальных разрушающий эффект динамической нагрузки увеличивается при меньших усилиях. С определением параметра Надаи Лоде при действии экстремальных величин касательных напряжений, обусловленных максимальной разностью главных напряжений, возможно разрушение в толще субхондральной зоны большеберцовой кости.

The ratio of different mechanical properties of a subchondral bone, menisci, articular cartilage of knee joint area, depending on their structural and functional status, cause their priority damage due to injury. According to the findings of biomechanical simulation modeling by finite element method, the mechanism of the knee structures damaging is studied in acute injury. The stress and strain in the model of the knee joint for normal load of the average body weight of 75 kg and when simulating the feet jump from a height of 1 m were studied. Sequence and extent of injury to intraarticular structures of tibiofemoral area under dynamic loading is significantly dependent on the structural and functional state of bone and cartilage tissue in the field of contact. Dynamic load at normal structural and functional state of bone and cartilage tissue in tibiofemoral zone does not exceed the boundary strength of the subchondral bone of the femoral and tibial components of the knee joint. Tibial stress and strain are higher than the femoral one. The destruction of femoral component is faster because it gets more stress than the cartilage of the tibial component. In the context of sclerotic changes of articular cartilage, dynamic load can cause a compression fracture of the subchondral bone of the tibial component due to reducing the viscoelastic amortization properties of the cartilage. In such a case, the load on the menisci increases, which in the presence of degenerative changes may cause their damage. In the case of chondromalacia in tibiofemoral area, dynamic load can lead to accelerated loss of fluid by articular cartilage matrix of the femoral component with its further destruction, damage of the subchondral bone of the tibial component with the occurrence of subchondral edema or hematoma. With increasing deviation of the mechanical properties of the knee joint tissues from the normal ones, devastating effects of dynamic load increases with less effort. With the definition of Nadai-Lode parameter under the influence of extreme values of shear stresses, caused by the maximal difference between the main stresses, the damage in the thickness of the subchondral region of the tibia is possible.