CC BY
27
I
Лкарю, що практикуе
To General Practitioner
Травма
УДК 617.3
НАУМЕНКОЛ.Ю.1, БОНДАРУКД.О.2, ПАВЛЕНКО 1.Д.3 1ДЗ «Дн/пропетровська медична академ'я»
2ДУ «Укранський державний НД1 медико-соц/альнихпроблем ¡нвалдност МОЗ Укра'ни» 3Дн1пропетровський нац/ональний университет ¡мен1 Олеся Гончара
BiOMEXAHiHHi ОСОБЛИВОСП ФУНКЦЮНУВАННЯ
ПАЛЬЩВ КИСТЕЙ В УМОВАХ ДЕФОРМАЦП ПРИ ЗАСТАР^ИХ УШКОДЖЕННЯХ СУXOЖИЛКiВ
РOЗГИHAЧiВ
Резюме. У статт наведенI результати проведених експериментальних досл1д>кень функцонування проме-невих кюток кистI при наявност типових деформац/й, що виникають у випадках застарлих ушкодккень су-хоккилюв розгинач/в. Установлено функцюнальний дисбаланс згинально-розгинальних зусиль за наявностI деформац/й за типом бутоньерки й «ши лебедя». Об'ектив/зовано зсув пкових навантажень в еп1метаф1-зарних зонах сум1жних сегмент/в в умовах деформацИ Ключов слова: деформация пальц1в, сухожилки розгинач/в.
Вступ
Розгинання пальщв i киста — це складний про-цес взаемоди деюлькох груп м'язiв та !х сухожилюв, порушення якого потребуе диференцшованого тд-ходу при наданнi х^рурпчно! допомоги пацiентам [1, 2]. Порушення складно! бюмехашки функцiонування розгинального апарату пальщв при рiзних травмах, дiагностичнi помилки, особливо при пiдшкiрних по-шкодженнях сухожилкiв розгиначiв, i, як наслщок цього, несвоечасне та недостатне за обсягом ортопе-дичне л^вання дано! категори постраждалих часто призводять до стiйких деформацiй пальщв. Кшьюсть незадовiльних результатiв лiкування у цих хворих до-сягае 50 % [3].
Подальше вдосконалення заходiв медично! реабш-таци цього контингенту постраждалих, що включають у себе передоперацшну пiдготовку, хiрургiчну корек-цiю та функщональне лiкування в пiсляоперацiйному перюд^ неможливе без розумiння бiомеханiчних пе-редумов формування теногенних деформацiй та осо-бливостей функцiонування пальщв при тих чи шших ушкодженнях розгинального апарату.
Матер1али й методи досл1дження
З метою встановлення бiомеханiчних характеристик функцiонування пальщв кисп в умовах типових теногенних деформацш нами було проведено серш експериментальних дослщжень, що включали фiзичний (на-турний) експеримент та обчислювальш дослщження.
З точки зору мехашки кисть можна представити як систему стрижневих елементiв (кiсток), з'еднаних мiж
собою шарнiрами (суглобами), рух яким надають тяги (м'язи та сухожилки). Для проведення практично! час-тини експериментального дослiдження було виготов-лено модель трьохфалангового пальця, яка за сво!ми механiчними характеристиками в дослщжуваному дiа-пазонi поведiнки була подiбна до бiологiчного об'екта, що вивчався.
ЮЪ ель мала контактш поверхнi, геометрично по-дiбнi до суглобових поверхонь п'ястково-фалангового (ПФС) та мiжфалангових суглобiв. При цьому допуска-лася невiдповiднiсть геометрй' на мiжсуглобових дтян-ках. За допомогою бокових еластичних кр^ень було виконано з'еднання елементав моделi, що слугувало боковш стабiльностi та забезпечувало моноплощиннi рухи у з'еднаннях, обсяг яких вщповщав фiзiологiчнiй амплiтудi функцiонування суглобiв пальця.
Динамiчнi властивостi були забезпеченi полiамiд-ними тягами, що фшсували до елеменпв конструкцй' аналогiчно крiпленню сухожилкових пучков згиначiв та розгиначiв пальщв. Центрацш тяг по осi пальця здшснювали за допомогою дугоподiбних фiксаторiв по аналогй' з кiльцеподiбними зв'язками. М дель крiпили на спещальнш фермi, форму яко! обирали виходячи з мiркувань зручностi проведення експерименту.
Геометричш параметри системи визначали прямим вимiрюванням рентгенограм. Вивчення навантажень на суглоби пальця проводили з використанням рент-
© Науменко Л.Ю , Бондарук Д.О., Павленко 1.Д., 2014 © «Травма», 2014 © Заславський О.Ю , 2014
генограми променя пiд навантаженням, прикладеним до дистально! фаланги в фiзiологiчнiй позици та при наявноста деформаци за типом бутоньерки. Величина зусилля становила 10 Н.
Результати та Тх обговорення
З метою об'ективно! оцiнки навантажень на су-глобовi поверхнi променево! кiстки киста в нормi та в умовах типових теногенних деформацш пальцiв було проведено обчислювальш дослiдження. Безпосередньо зовшшне навантаження та його проекци на площиш чи осi не дорiвнюють рiвнодiючим контактних реакцiй на метаепiфiзарнi зони кусток у дiлянцi суглоба у зв'язку з тим, що зовшшнш вплив сприймае мехашчна система, що складаеться як iз шаршрного з'еднання жорстких елементiв (фаланг пальшв), так i з гнучких зв'язок (су-хожилкiв), що сприймають розтягуюче напруження. Обмежуючись лише задачею визначення порядку ве-личини контактних зусиль, задачу визначення рiвно-дiючих навантаження на епiметафiзарнi зони було до-слiджено на прикладi проксимального мiжфалангового суглоба в умовах деформацГ! за типом бутоньерки, що е найбтьш типовою для ушкоджень розгинального апарату пальщв. Застосована схема навантаження показана на рис. 1.
Напрям прикладеного зусилля показано на рис. 1 суцтьною стрткою, рiвнодiючi контактних зусиль на суглобовi поверхш показанi на рисунку пунктирними стршками.
Визначення вказаних характеристик проводили за допомогою рiвняння рiвноваги плоского напруженого стану. Шдсистеми кiсток пальця видтяли з повно! сис-теми за допомогою зрiзiв, що проводили через центр обертання проксимального мiжфалангового суглоба:
= 0, ЕЯ = 0, ЕМ1 = 0,
де Х1 — проекци на вюь X що збiгаеться з вюсю фаланги, компонентiв внутршшх зусиль i зовнiшнього навантаження4 Yi — проекци на вiсь У компонентав внутрiшнiх та зовнiшнiх зусиль. По визначених в результата ршення системи рiвнянь компонентах вну-трiшнiх зусиль визначали величину рiвнодiючоl контактного зусилля та И нахил до ос1 фаланг.
Мц евi системи координат обирали так, що вюь абсцис X направлялась уздовж фаланги, що розгляда-лась. Вюь ординат У перпендикулярна до ош X Рiвнян-ня моментав складали вiдносно осi обертання сумiж-них фаланг, положення яко! ототожнювали з центром
кривизни суглобово! поверхш. Геометричш розмiри, що використовували в розрахунках, були отримаш прямим вимiрюванням рентгенограм. Осюльки у рiв-няннях рiвноваги для визначення зусиль геометричш характеристики входять у виглядi вщношень, то масштаб рентгенограм (проекцшне збiльшення) не мае зна-чення, тобто вибiр збiльшення визначався з огляду на мiркування зручностi обробки матерiалу.
Результати розрахункiв наведенi в табл. 1.
Отримаш в результата розв'язання системи рiвнянь вектора контактних зусиль даш застосували для визначення вектора напруг i внутршшх зусиль. По вказаних векторах збудоваш iнтерполяцiйнi полiноми, що дозволили визначити необхщний розподiл напружень та перемщень у дiлянцi П1Ф суглоба у виглядi iзолiнiй та рiзнозабарвлених зон. У програмному комплексi з методу кшцевих елементiв були вибраш iзопараме-тричнi трьохмiрнi тетраедри, що дозволило з високим ступенем точноста змоделювати всi особливостi побу-дови розрахункового масиву (суглоба). Використову-ючи сучаснi прийоми програмування, результуючий розподт можна представити в зручному для аналiзу напружень графiчному виглядi (рис. 2).
Розподт напружень наведено на рис. 2 у виглядi рiзнозабарвлених зон, для визначення рiвня напруження у вибранш зонi показана кольорова оцифрована лшшка. Шiсть зон забарвлення покривають весь ш-тервал змiни дослiджуваного параметра. Меж i забарв-лених дiлянок роздiленi iзолiнiями. Перша iзолiнiя вiдмежовуе зону з найменшим значенням напружен-
Таблиця 1. Параметри вектор!в р!внод!ючих контактних зусиль суглоб'т пальця при деформаци за типом бутоньерки
Суглоб Величина рiвно-д^чих зусиль,Н Нахил рiв-нод^чих до ос фаланги, а° Зусилля у згинач^ Н
ПФС 13,6 8 —
ПМФС 34 20 21,6
ДМФС 14,5 23 20
- Рисунок 2. Розподт напружень у ДШЯНЦ1
Рисунок 1. Схема навантаження пальця при проксимального мiжфалангового суглоба
деформаци за типом бутоньерки при деформаци за типом бутоньерки
Том 15, №1 • 2014
www.mif-ua.com
79
ня, остання (п'ята) видтяе зону найбiльших значень. Розподiл напруженого стану в юстках швидко згасае по мiрi вiддалення вiд зони контакту. На вщсташ 1,5 даа-метра голiвки фаланг напружений стан стае практично однорщним.
Як видно з рис. 2, величина максимальних напру-жень в епiфiзарних зонах суглоба в умовах деформаци не перевищуе 362,5 кРа, не е критичною i не призво-дить до руйнування юсткових структур. Разом iз цим в умовах деформаци контактна пляма та вiдповiдно зона максимального напруження змщуеться на пери-феричнi вiддiли епiфiзарних зон. Як вщомо, товщина суглобового хряща в цих вщдтах менша, нiж у цен-тральнiй частинi суглобово! поверхш. Таким чином, наявна деформацiя е передумовою розвитку атрофи вiд тиску в метаепiфiзарних вiддiлах фаланг пальця. Це, у свою чергу, слугуе причиною розвитку вториних деге-неративно-дистрофiчних змiн у залучених до деформаци суглобах та формування артрогенного компоненту деформаци.
На наступному еташ дослiдження шляхом про-ведення натурного експерименту були встановленi спiввiдношення згинальних та розгинальних зусиль, що виникають при функцiонуваннi пальця у фiзiоло-гiчних умовах та при типових теногенних деформащ-ях. Прикладаючи певне зусилля на одну з тяг, iмiтатор сухожилка, та урiвноважуючи його навантаженням тяги антагонюта, встановили залежшсть необхiдних зусиль при нормальнш геометр!! променя пальця та найбiльш типових деформациях. Так, вiдновлення рiвноваги стрижня (променя пальця) у фiзiологiчних умовах досягалось при спiввiдношеннi згинальних та розгинальних зусиль як 1 : 2. У випадку, коли вихщна позищя моделi вщповщала деформаци за типом бутоньерки, це сшввщношення становило 1 : 2,75, тоб-то втрата ефективност роботи розгиначiв становила 38 % (рис. 3).
Аналопчним чином була встановлена залежшсть згинально-розгинальних зусиль при вихiднiй деформаци пальця за типом «ши! лебедя». У випадку вказа-но! деформаци пальця це спiввiдношення змшюеться в напрямi зменшення ефективностi згиначiв та стано-вить 1 : 0,7. З огляду на наведену залежшсть у випадку деформаци пальця за типом «ши! лебедя» втрата ефек-тивност згиначiв становить 65 % (рис. 4).
Рисунок 3. Розгинання пальця при деформацИ за типом бутоньерки: а) недостатнсть фiзiологiчного розгинального зусилля; б) розгинання при зб'шьшенш зусилля
З метою визначення ступеня латерального змщен-ня бокових порцш сухожилка розгинача, необидного для повного згинання пальця, проведено наступний етап експериментального дослщження.
У положенш повного розгинання моделi пальця iмi-татори пучыв розгинача знаходились по розгинальнш поверхш близько центрально! ось У процеш згинання боковi тяги на рiвнi з'еднання, що вщповщали проксимальному мiжфаланговому суглобу, змiщувались у латеральному напрям^ вщдаляючись вщ центрально! осi пальця. Пiсля досягнення повного згинання в шаршр-них з'еднаннях проведено замiр вiдстанi мiж боковими тягами. Ця вiдстань становила 12 мм (рис. 5).
Отже, проведеними дослщженнями були встанов-леш особливостi функцiонування пальщв кистей в умовах типових теногенних деформацш при пошко-дженнях сухожилкiв розгиначiв, що полягають у фор-муваннi функцюнального дисбалансу згинально-роз-гинальних зусиль, а також у створенш передумов для виникнення вторинних дегенеративно-дистрофiчних змiн суглобових структур.
Висновки
1. Шляхом проведення експериментальних досль джень iз застосуванням фiзичних експериментiв, обчис-лювальних дослщжень вивченi передумови формування деформацiй пальщв при рiзних варiантах ушкодження сухожилюв розгиначiв та простеженi бiомеханiчнi осо-бливостi функци пальщв в умовах деформаци.
Рисунок 4. Згинання пальця при деформацИ' за типом «шиУлебедя»: а) недостатнсть фЫолопчного згинального зусилля; б) згинання при зб'шьшенш зусилля
Рисунок 5. Динам/'чна латеропозиц/'я бокових порцй розгинача: а) положення бокових пучюв при розгинаннi пальця; б) зм!щення бокових порцй при згинаннi пальця
2. Отримаш експериментальним шляхом даш е пiдГрунтям для вдосконалення методiв оперативно! корекцй' деформацiй пальщв кистi при ушкодженнях сухожилкiв розгиначiв та оптимiзацi! реабiлiтацiйних заходiв у шсляоперацшному перiодi.
Список л1тератури
1. Золотое А.С. Особенности и результаты лечения различных вариантов дистальных повреждений пальцев кисти, приводящих к молоткообразной деформации / А.С. Золотов, В.Н. Зеленин //Вестник травмато-
логии и ортопедии имени Н.Н. Приорова. — 2006. — № 2. — С. 81.
2. Корнилов Н.В. Травматология и ортопедия, руководство для врачей/Н.В. Корнилов. — СПб.: Гиппократ, 2005. — Т. 2. — 892 с.
3. Страфун С. С. Л1кування травматичних ушкоджень сухожилшв розгиначгв пальщв кистг / С.С. Страфун, С.О. Хименко // Актуальш питання хгрургн верхньоН ктщвки: Тези доповгдей науково-практ. конф. — К., 2010. — С. 233.
Отримано 07.02.14 □
Науменко Л.Ю.1, Бондарук Д.А.2, Павленко И.Д.3 1ГУ «Днепропетровская медицинская академия» 2ГУ «Украинский государственный НИИ медико-социальных проблем инвалидности МЗ Украины»
Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПАЛЬЦЕВ КИСТЕЙ В УСЛОВИЯХ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ЗАСТАРЕЛЫХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ СУХОЖИЛИЙ РАЗГИБАТЕЛЕЙ
Резюме. В статье представлены результаты проведенных экспериментальных исследований функционирования лучевых костей кисти при наличии типичных деформаций, которые возникают в случаях застарелых повреждений сухожилий разгибателей. Установлен функциональный дисбаланс сгиба-тельно-разгибательных усилий при наличии деформаций по типу бутоньерки и «шеи лебедя». Объективизировано смещение пиковых нагрузок в эпиметафизарных зонах смежных сегментов в условиях деформации.
Ключевые слова: деформация пальцев, сухожилия разгибателей.
Naumenko L.Yu.1, BondarukD.A.2, Pavlenko I.D.3
1State Institution «Dnipropetrovsk Medical Academy»
2State Institution «Ukrainian State Research Institute of Medical and Social Problems of Disability of Ministry of Healthcare of Ukraine», Dnipropetrovsk
3Dnipropetrovsk National University named after Oles Gonchar, Dnipropetrovsk, Ukraine
BIOMECHANICS FEATURES OF FINGERS FUNCTIONING UNDER DEFORMATION IN CHRONIC EXTENSOR TENDON INJURIES
Summary. The article presents the results of experimental studies of the radial bones functioning in typical deformitites that occur in cases of chronic extensor tendons injuries. We determined functional imbalance of flexion-extension efforts in the presence of buttonhole and «swan neck» deformities. We objectified deposition of maximum loads in epimetaphyseal zones of adjacent segments in deformity.
Key words: fingers deformity, extensor tendons.
TOM 15, №1 • 2014
www.mif-ua.com
81
