CC BY
22
I
Орипнальы дозддження
Original Researches
Травма
УДК 616.727.13:616.75:612.76 DOI: 10.22141/1608-1706.3.21.2020.208417
Бур'янов О.А.1, Кваша В.П.1, Марцьоха А.В.1, Фам Д.К.2 1Нацональний медичний yHißepcrneT iMeHi О.О. Богомольця, м. Ки'в, Укра'на
2Нашональний технiчний yHißepcrneT Укра!ни «Ки'вський полiтехнiчний iHCTmyT iMeHi 1горя Скорського», м. Ки'в, Укра'на
Анатомо-бюмехашчна роль зв'язкового апарату у стабшзацй акромiально-ключичного суглоба
Резюме. Актуальнсть. Вивихи aKpoMiaAbHoro юнця ключиц е AOBOAi поширеним травматичним пошко-дженням опорно-рухового апарату. Дане пошкодження становить 3-26,1 % вд загально/ KiAbKOCTi виви^в нших AOкaAiзaцiй i займае трете мсце псля виви^в плеча та передпAiччя. Зустр'чаеться переважно у чо-AOвiкiв моAOдого, працездатного вку. НезaдовiAьнi резуAьтaти Aiкувaння па^енлв з вивихом aкромiaAьного юнця ^ючиц зумовAенi цiAOю низкою чинниюв, однак найб^ьшу увагу варто придiAяти с^адност анато-мо-бюмехан'чних вдношень анатом'чних структур пAечового пояса в забезпеченн рухiв, насамперед у пAечовому сугAобi. Мета: визначити анатомо-бомехаичну значущсть с^адовихзв'язкового апарату у ста-бiAiзaцil aкромiaAьно-KAючичного сутобашAяхомкомп'ютерного модеAювaння. Матерали таметоди. ДAя побудови iмiтaцiйноl модеAi використовувався програмний пакет КОМПАСА, що дозвоAИAO отримати мо-деAi ^ючиц та AOпaтки, мaксимaAьно нaбAИженi до реaAьних, з урахуванням анатом'чних особAИвостей. Результат. ШAяхом комп'ютерного модеAювaння буAaвизначенароAь кожноi зв'язки у стaбiAiзaцil акромi-aAьно-KAючичного сутоба. Подан розрахунки дозвоAяють зробити висновок, що функ^я lig. trapezoideum поAягaе в протидИ змщенню ^ючиц вдносно AOпaтки доверху i вперед, в той час як lig. conoideum — доверху i назад. Висновки. Втрата жорсткост системою «мючиця — AOпaткa» при пошкодженн lig. coracoacromiale superior та inferior (8,5 Н/мм) е значно суттевшою за таку при пошкодженн lig. conoideum
i lig. trapezoideum (11,6 Н/мм). Функ^я lig. trapezoideum i lig. conoideum (lig. coracoclaviculare) у стaбiAiзa-цПaкромiaAьного юнця ^ючиц в горизонтaAьнiй пAOщинi е р'зною, що потрiбно враховувати при розробц спосовв оперативнихвтручань, що спрямован на вiдновAення цiеl дiAянки стaбiAiзуючого компAексу акро-мiaAьно-KAючичного сутоба.
Ключовi слова: aкромiaAьно-KAючичний сутоб; зв'язковий апарат; комп'ютерне модеAювaння
Вступ
Вивихи aKpoMiaibHora кшця ключиц (ВАКК) е до-волi поширеним травматичним пошкодженням опор-но-рухового апарату. Дане пошкодження становить 3—26,1 % вщ загально! кшькосп вивихiв шших локаль зацш i займае трете мюце тсля вивихiв плеча та перед-птччя. Зусщчаеться переважно у чоловтв молодого, працездатного вшу. Надаш статистичш показники е незмшними протягом щонайменше останнього тв-столптя [7, 11].
Незадовшьш результати лкування пащенпв з ВАКК зумовлеш цшою низкою чиннишв, однак найбтьшу увагу варто придшяти складност анато-мо-бюмехашчних вщношень анатомiчних структур
плечового пояса в забезпеченш рухiв, насамперед у плечовому суглобь
Аналiз лггературних джерел свщчить про майже сто-лггню дискусш, що е головним стабшзатором акромь ально-ключичного суглоба (АКС) (в нашому розумш-ш — «ключем»). На сьогодш сформувались двi позицй':
1) головними в стабшзацй АКС е ключично-акро-мiальнi зв'язки [1—3, 14];
2) головною в стабшзацй' АКС е дзьобоподiбно-ключична зв'язка [3, 5].
Наслщком вищезазначених протирiчь стало форму-вання наступних напрямкiв оперативних втручань, що включають вiдновлення зв'язкового апарату (авто- або алотрансплантатами), а саме вщновлення ключично-
© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2020
© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2020
Для кореспонденци: Кваша Володимир Петрович, доктор медичних наук, професор кафедри ортопеди та травматологи, Нацюнальний медичний ун1верситет iMeHi О.О. Богомольця, бульв. Т. Шевченка, 13, м. КиТв, 01601, УкраТна; e-mail: vlkvasha@ukr.net
For correspondence: V. Kvasha, MD, PhD, Professor at the Department of traumatology, Bogomolets National Medical University, T. Shevchenko boulevard, 13, Kyiv, 02000, Ukraine; e-mail: vlkvasha@ukr.net
Рисунок 1. Модел! дослщжувано/ системи: а) ключиця; б) лопатка
aкромiaльноí [4, 6], дзьобоподiбно-ключичноí зв'язки [7, 10, 11] або обох зв'язок, що започаткував Виппе1 [9, 10, 12].
Таким чином, aнaлiз наукових лггературних джерел свiдчить, що ВАКК е актуальним питанням сучасно! ортопеди та травматологи. Однак у розумшш впливу зв'язкового апарату при вaрiaбельностi його пошко-джень на порушення конгруентност в aкромiaльному кiнцi ключицi, а вщповщно — на рaцiонaльну тактику оперативного втручання iснують суттевi протирiччя, що е обГрунтуванням для подальших рiзноплaнових дослiджень.
Мета: визначити анатомо-бюмехашчну знaчущiсть складових зв'язкового апарату у стабшзаци aкромiaль-но-ключичного суглоба шляхом комп'ютерного моде-лювання.
Матерiали та методи
Доцтьнють визначення та порiвняння жорсткост систем з'еднання ключицi з лопаткою залежно вiд ком-бшацй зв'язок, що дослщжуються з використанням да-ного способу, зумовлена тим, що проведення натурних (трупний мaтерiaл) експериментальних дослщжень iз визначення жорсткостi систем не завжди е можливим iз причин свое! склaдностi, етичностi та трудомюткоста. Не заперечуючи в цтому вaжливiсть натурних дослщжень, варто взяти до уваги змшу характеристик зв'язкового апарату, що пов'язана з термшом смерта, у зв'язку з чим для виршення поставлених завдань як альтернативу експериментальним натурним дослщженням було проведено моделювання процесiв деформування систем ключищ та лопатки з рiзними комбiнaцiями зв'язок з використанням сучасних комп'ютерних зaсобiв.
Рисунок 2. Спрощен1 модели дослщжувано/ системи: а) ключиця; б) лопатка
Рисунок 3. Дослджувана система з ус'ша цлими зв'язками
0,45 0,40
а °'35 С
2 0,30 к
X 0,25
I
£ 0,20
с
а
I 0,15 0,10 0,05 0
//
1нже ^fliüc нернакрив на крива а
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 Вщносна деформацш
Рисунок 4. Експериментальн крив1 деформацп джгутв
Рисунок 5. М'юце (площина В) ф'ксацп лопатки
Рисунок 6. Мсце (площина А) прикладання на-вантаження (перем1щення) на ключиц
Рисунок 7. Зв'язковий апаратакром1ально-ключичного суглоба
Рисунок8. Полярозподлуперемщенняприрiзнихкомбшашяхпошкодженихзв'язок: a — зв'язковий апаратакромiально-ключичного суглоба в нормi; б — пошкодження lig. conoideum; в — пошкодження lig. trapezoideum; г—пошкодження lig. coracoacromiale superior; Г—пошкодження lig. coracoacromiale inferior; д — пошкодження lig. coracoacromiale superior, inferior; е — пошкодження lig. conoideum, lig.
trapezoideum
90
80
X 70
к X 60
X
i 50
я 1-X 40
л
о я 30
X
20
10
0
У = 16,007х
Перемщення, мм
в)
76 60 50 40 30
n
и 20
Я X
10
о
У = 13,085х^
Г
2 3 4
Перемщення, мм
г)
во
70
X 60 к
| 50
5«
га 30
а
л
X 20 10 0
У = 14,775х/
Г
2 3 4
Пеоемшення. мм
70 60 50 40
I
¡2 зо
х
л
л 20
10 0
У = 11,623х
2 3 4
Перемщення, мм
Г)
д)
Рисунок9. Полярозподлуперемщенняприрiзнихкомбинацияхпошкодженихзв'язок:a — зв'язковий апаратакром!ально-ключичного суглоба в норм!; б — пошкодження lig. conoideum; в — пошкодження lig. trapezoideum; г — пошкодження lig. coracoacromiale superior; Г — пошкодження lig. coracoacromiale inferior; д — пошкодження lig. coracoacromiale superior, inferior; е — пошкодження lig. conoideum,
lig. trapezoideum
Рисунок 10. Розподл напрямку дн стаб'л'зуючих структур у фронтальнй площинi: А — мсце при-крплення lig. trapezoideum на ключиВ — мсце прикрплення lig. conoideum на ключищ; С—мсце прикрплення lig. trapezoideum та lig. conoideum на дзьобоподiбному вщростку лопатки
Рисунок 11. Розподл напрямку дн стаб'л'зуючих структур у горизонтально площиш: А — мсце при-крплення lig. trapezoideum на ключицу В — мсце прикрплення lig. conoideum на ключицу С — мсце прикрплення lig. trapezoideum та lig. conoideum на дзьобоподiбному вщростку лопатки
Для побудови шггацшно! модел1 використовувався програмний пакет КОМПАС-SD, що дозволило отри-мати модел1 ключиц та лопатки, максимально набли-жеш до реальних, з урахуванням анатом1чних особли-востей (рис. 1).
1з поданих моделей ключищ та лопатки з урахуванням методу закршлення та навантаження пщ час реальних експериментальних дослщжень отримано нов1 модел1 (рис. 2).
Чисельне моделювання процесу деформуван-ня систем з'еднання ключищ з лопаткою р1з-ними комбшащями зв'язок на основ1 моделей, що подаш на рис. 2, проводили з використан-ням чисельного пакета Ansys Workbench 1з за-стосуванням модуля static structural. Дослщжу-вана система з ус1ма ц1лими зв'язками подана на рис. 3.
При моделюванш ключиця та лопатка були подан! як rigid тша — абсолютно тверд1 т1ла з нескш-ченою жорстк1стю. Таке припущення дозволило спростити розрахунки, зважаючи на те, що ключиця з лопаткою мають набагато бшьшу жорстк1сть щодо зв'язок та не будуть вносити значних змш у процес1 моделювання системи при досить невеликих наван-таженнях.
Як зв'язки в експериментальних дослщженнях ви-користовувались медичн1 джгути. Такий матер1ал е високоеластичним та обирався на основ1 модел1 Нео-Гука, що базуеться на кривш деформування при роз-тягу отриманих в експериментальних дослщженнях (рис. 4).
Крайов1 умови обраш згщно з реальними експери-ментальними дослщженнями, таким чином, що нижня частина лопатки жорстко закр1плена за аналопею з за-кр1пленням зразка на станиш випробувально! установки (рис. 5).
До частини ключищ задано перемщення 5 мм у вщповщнш площиш, що вщповщае навантаженню, прикладеному пщ час проведення експерименту (рис. 6).
Результати та обговорення
З метою повноцiнного сприйняття подальшого ма-тер1алу варто надати анатомш зв'язкового апарату АКС (рис. 7) [1].
Для подано! системи дослщження було проведено чисельне моделювання з отриманням пол1в розподiлу перемiщення з р1зними комбiнацiями пошкоджених зв'язок (рис. 8).
Згщно з поданими комбшащями пошкоджених зв'язок були отримаш залежносй прикладено! сили до перемiщення систем (рис. 9).
Жорстюсть системи «ключиця — лопатка» залежно вщ пошкоджених структур подана в узагальнюючш таблиц! (табл. 1).
Таким чином, отримаш результати ком-п'ютерного моделювання свщчать, що втрата жор-сткост системою «ключиця — лопатка» при по-шкодженн1 lig. acromioclaviculare superior та inferior
(8,5 Н/мм) значно суттeвiша за таку при пошкоджен-ш lig. conoideum та lig. trapezoideum (11,6 Н/мм).
Схематичне зображення сагiтального розпилу ключищ на рiвнi прикрiплення lig. trapezoideum з урахуванням точок фшсацп lig. trapezoideum та lig. conoideum на ключищ та дзьобоподiбному вщростку можна представити трикутником, повернутим вер-xiB^K) донизу, сторони якого вщображають напря-мок сил у фронтальнш площинi (рис. 10).
Таблиця 1. Жорстюсть системи «ключиця — лопатка» залежно вд пошкоджених структур
Структура Жорстюсть, Н/мм
Зв'язки АКС у HopMi 19,5
Пошкодження lig. conoideum 15,1
Пошкодження lig. trapezoideum 16
Пошкодження lig. acromioclaviculare superior 13
Пошкодження lig. acromioclaviculare inferior 14,8
Пошкодження lig. acromioclaviculare superior, inferior 8,5
Пошкодження lig. conoideum, lig. trapezoideum 11,6
З наведеного зображення видно, що сила F4 протвдде напрямку силi Ft i е сумою сил F2 (сила протиди lig. trapezoideum) та F3 (сила протиди lig. conoideum): F4 = F2 + F3.
Розподiл напрямку дп стабшзуючих структур в горизонтальнiй площинi подано на рис. 11.
Як показано на рис. 11, протвддею силi F10, що
змiщуе ключицю допереду, е сила F., зумовлена
3 —>
дiею lig. trapezoideum, тодi як протидiею силi F1, що змщуе ключицю дозаду, е сила F2, зумовлена дiею lig. conoideum.
Поданi розрахунки дозволяють зробити висно-вок, що функцiя lig. trapezoideum полягае у протиди змщенню ключицi вiдносно лопатки доверху i вперед, тодi як lig. conoideum — доверху i назад.
Висновки
1. Втрата жорсткост системою «ключиця — лопатка» при пошкодженш lig. coracoacromiale superior та inferior (8,5 Н/мм) значно суттевша за таку при пошкодженш lig. conoideum та lig. trapezoideum (11,6 Н/мм).
2. Функщя lig. trapezoideum та lig. conoideum (lig. coracoclaviculare) у стабшзаци акромiального кшця ключищ в горизонтальны площиш е рiзною, що потрiбно враховувати при розробцi способiв оперативних втручань, спрямованих на вщновлен-ня ще! дiлянки стабiлiзуючого комплексу акроми ально-ключичного суглоба.
Конфлiкт штереив. Автори заявляють про вщ-сутшсть конфлiкту iнтересiв та власно! фшансово! зацiкавленостi при пiдготовцi дано! статл.
Список лiтератури
1. Синельников Р.Д. Атлас анатомии человека. М.: Медицина, 1967. Т. 1. 460 с.
2. Двойников С.И. Клинико-функциональные аспекты диагностики и лечения повреждений сухожильно-мышечного аппарата: автореф. дис... д-ра мед. наук. Самара, 1992. 23 с.
3. Забелин И.Н. Клинико-экспериментальное обоснование восстановления клювовидно-ключичной связки при повреждении акромиально-ключичного сустава: автореф. дис... канд. мед. наук. Запорожье, 2015. 168с.
4. Кваша В.П. Хирургическое лечение вывихов акроми-ального конца ключицы: автореф. дис. канд. мед. наук. Киев, 1990. 144 с.
5. Обросов П.Н. Хирургия плечевого пояса. М. : Главнау-ка, 1930. 112 с.
6. Сорокин А.А. Тактика хирургического лечения вывихов акромиального конца ключицы.: дис... канд. мед. наук. М, 2008. 154 с.
7. Braun S, Martetcschlager F., Imhoff A.B. Acromioclavicular joint injuries and Reconstruction. Sports injuries: Prevention, diagnosis, treatment and rehabilitation. Berlin: Springer, 2015. P. 1-12.
8. Breslow M.J., Jazrawi L.M., Berhstein A.D. et al. Treatment of acromio-claviculer joint separation: Suture or suture anchors? J. Shoulder Elbow Surg. 2002. Vol. 11. P. 225-229.
9. Hesseman M, Golzen L., Gehling H. et al. Reconstruction of complete acromioclavicular separations (Tossy III) using PDS-banding as augmentation: experiencein 64 cases. Acta Chir. Belg. 1995. Vol. 95. P. 147-151.
10. Lädermann A, Gueorguiev B., Stimec B. et al. Acromioclavicular joint reconstruction: a comparative biomechanical study of three techniques. J. of Shoulder and Elbow Surgery. 2013. Vol. 22, issue 2. P. 171-178.
11. Lom P. Akromioklavikularni disjunkce. Cast 1: Diagnos-tika a klasifikace. Rozh. Chir. 1988. Vol. 67. № 4. P. 253-262.
12. Mohamed H.S. Midterm results on аcromioclavicular and Coracoclavicular reconstruction using nylon tape. Artros-copy. 2012. Vol. 28. № 8. P. 1050-1057.
13. Rosenorn M., Pedersen E.B. A comparison between conservative and operative Treatment of Acute Acromioclavicular dislocation. Acta Orthop. Scand. 1974. № 45. Р. 50-59.
14. Salter E.G. Jr., Nasca R.J., Shelley B.C. Anatomical оbservation on the acromioclavicular joint and sup-poting ligamentis. Amer. J. Sport. Med. 1987. № 15. P.199-206.
15. Walz L., Salzmann G.M., Fabbro T. et al. The Anatomyc Reconstruction of Acromioclaviculer joint Dislocations Using 2 Tight — Rope Devices. A Biomechanical Stady. An. J. Sports Med. 2008. Vol. 36. № 12. P. 2398-2406.
Отримано/Received 11.02.2020 Рецензовано/Revised 20.02.2020 Прийнято до друку/Accepted 24.02.2020 ■
Бурьянов А.А.1, Кваша В.П.1, Марцьоха А.В.1, ФамД.К.2
Национальный медицинский университет имени А.А. Богомольца, г. Киев, Украина 2Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев, Украина
Анатомо-биомеханическая роль связочного аппарата в стабилизации акромиально-ключичного сустава
Резюме. Актуальность. Вывихи акромиального конца ключицы являются довольно распространенным травматическим повреждением опорно-двигательного аппарата. Данное повреждение составляет 3—26,1 % от общего количества вывихов других локализаций и занимает третье место после вывихов плеча и предплечья. Встречается преимущественно у мужчин молодого, трудоспособного возраста. Неудовлетворительные результаты лечения пациентов с вывихом акромиального конца ключицы обусловлены рядом факторов, однако наибольшее внимание следует уделять сложности анатомо-био-механических взаимоотношений анатомических структур плечевого пояса в обеспечении движений, прежде всего в плечевом суставе. Цель: определить анатомо-биомеханиче-скую значимость составляющих связочного аппарата в стабилизации акромиально-ключичного сустава путем компьютерного моделирования. Материалы и методы. Для построения имитационной модели использовался программный пакет КОМПАС-3D, что позволило получить модели ключицы и лопатки, максимально приближенные к реальным, с учетом
анатомических особенностей. Результаты. Путем компьютерного моделирования была определена роль каждой связки в стабилизации акромиально-ключичного сустава. Представленные расчеты позволяют сделать вывод, что функция lig. trapezoideum заключается в противодействии смещению ключицы относительно лопатки вверх и вперед, в то время как lig. conoideum — вверх и назад. Выводы. Потеря жесткости системой «ключица — лопатка» является значительно более существенной при повреждении lig. coracoacromiale superior и inferior (8,5 Н/мм), чем при повреждении lig. conoideum и lig. trapezoideum (11,6 Н/мм). Функция lig. trapezoideum и lig. conoideum (lig. coracoclaviculare) в стабилизации акромиаль-ного конца ключицы в горизонтальной плоскости является разной, что нужно учитывать при разработке способов оперативных вмешательств, направленных на восстановление данного участка стабилизирующего комплекса акромиально-ключичного сустава.
Ключевые слова: акромиально-ключичный сустав; связочный аппарат; компьютерное моделирование
O.A. Burianov1, V.P. Kvasha1, A.V. Martsokha1, D.K. Fam2 1Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine
2National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, Ukraine
Anatomical and biomechanical role of ligamentous apparatus in stabilization
of the acromioclavicular joint
Abstract. Background. Dislocations of the acromial end of the clavicle are quite common traumatic injuries of the locomotor apparatus. These injuries account for 3—26.1 % of total number of dislocations in other localizations and takes third place after shoulder and forearm dislocations. They occur predominantly among young men of working age. Unsatisfactory results in the treatment ofpatients with dislocation of the acromial end of the clavicle are driven by a range of factors; however, the greatest attention should be paid to the complexity of anatomical and biomechanical relationships of anatomical structures of shoulder girdle in providing movements, especially in the shoulder joint. The purpose: to determine anatomical and biomechanical importance of ligamentous apparatus components in stabilization of the acromioclavicular joint through computer simulation. Materials and methods. To build a simulation model, the KOMPAS-3D software package was used, which made it possible to obtain models of clavicle and scapula close to real ones, taking into account anatomical features.
Results. Through computer simulation, the role of each ligament in stabilization of the acromioclavicular joint was determined. Presented calculations allow us to conclude that lig. trapezoideum function is counteract the displacement of the clavicle relatively to scapula up and forward, while lig. conoideum — up and back. Conclusions. Losing stiffness by the clavicle — scapula system is significantly more important with injury to lig. coracoacromiale superior and inferior (8.5 N/mm) than with injury to lig. conoideum and lig. trapezoideum (11.6 N/mm). The function of lig. trapezoideum and lig. conoideum (lig. coracoclaviculare) in the stabilization of the acromial end of the clavicle in horizontal plane is different, which should be taken into account when developing ways of operative interventions that are aimed at restoring this section of stabilizing complex of acromioclavicular joint.
Keywords: acromioclavicular joint; ligamentous apparatus; computer simulation
