Экспериментальная оценка стабильности накостного остеосинтеза при переломе диафиза плечевой кости Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

Н. Д. Батпенов, К. Т. Оспанов, Д. А. Цай, К. Ш. Акишев

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СТАБИЛЬНОСТИ НАКОСТНОГО ОСТЕОСИНТЕЗА ПРИ ПЕРЕЛОМЕ ДИАФИЗА ПЛЕЧЕВОЙ КОСТИ

Научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии (Астана), КГКП ГБ №1, (Караганда)

Переломы плечевой кости составляют 1027% от общего числа всех переломов [1]. Основными их причинами являются: падения на горизонтальной поверхности - 59,2%, падения с высоты - 7,9%, спортивные травмы - 4,6%, автодорожные травмы - 17,1%, патологические переломы - 6,2%, прочие переломы - 5,1%.

В 94,4% случаев происходят закрытые переломы плечевой кости, в 5,6% случаев открытые. Неудовлетворительные результаты лечения переломов плеча могут достигать 50% при консервативных методах и 57,1% при оперативных. Среди получивших первичную инвалидность вследствие травм у 32,6% пациентов имелись переломы плечевой кости [2].

Большая часть неблагоприятных исходов обусловлена нерациональным выбором методов лечения и их осложнениями. Внедрение многих современных методов (например, «блокированного» внутрикостного остеосинтеза) сдерживает слабая материальная база многих ЛПУ. В связи с этим сохраняет актуальность оценка доступных и широко используемых методов лечения переломов плечевой кости с точки зрения их осложнений, а также предложение путей профилактики и лечения некоторых из них.

Предложенные различные методы фиксации переломов длинных трубчатых костей имеют свои показания и противопоказания в различных ситуациях. Одним из наиболее распространенных методов лечения переломов плечевой кости является экстракортикальный металлоостеосинтез. В зависимости от локализации повреждения плечевой кости используются пластины различных конструкций и конфигураций. Фиксация всех переломов методом накостного остеосинтеза невозможна, так как не является панацеей для всех условий идеального процесса регенерации, остеогенеза и консолидации костных отломков

При диафизарных переломах в последние годы применяются прямые широкие компрессирующие динамические пластины АО, .AO/ORIF, DCP, DCP/ASIF, Польди, Каштана-Антонова, Демьянова, «лапчатые» пластины Полякова, массивные двойные деротационные пластины, фиксация blade пластиной, узкие желобоватые пластины типа АО. Пластины LCP фирмы AO\ASIF\ Syntez становится новым стандартом лечения АО [4]. Все устройства должны проходить экспериментальное изучение.

Профессиональная деятельность травматологов сталкивается с необходимостью прогнозировать поведение и взаимовлияние организма, металлоконструкций и различных внешних воздействий. Физическое моделирование позволяет получить больше информации о биомеханике, избежать неудачных результатов и последствий, улучшить конструкции, в том числе и для лечения патологии верхних конечностей.

Цель исследования заключается в следующем: экспериментальное изучение степени стабильности отломков при переломах средней трети плечевой кости с биомеханической точки зрения при различных видах накостного остеосинте-за с последующей математической обработкой этих данных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для остеосинтеза диафизарных переломов плечевой кости (рис. 1) нами предложено новое устройство (предварительный патент №20180) [5]. Устройство выполнено в виде металлической пластины 1, на противоположных концах которой расположены овальные отверстия - для кортикальных шурупов - 2 и круглые отверстия незначительно большего размера, чем установленные в них стержни - 3, при этом стержни имеют противоположно расположенные канавки, рабочий конец стержней заканчивается поворотной планкой - 5, на штифте - 3, а с противоположной стороны компрессирующей гайкой - 6. Причем пластина - 1, шуруп - 3 и стержни - 5 выполнены набором различной длины толщины и диаметра.

Наличие типоразмеров расширяет функциональные возможности устройства за счет осуществления репозиции костных отломков в различных направлениях и применения на различных видах костей. К устройству прилагаются вспомогательные объекты: торцовый ключ и спица Киршнера.

1 ГС «ШТ KW-HS1 Ш-дамвш

3 Е O-.IT

4 Штифт

5 Плонка П^ВОРиТН-ЗЯ to r.amt- о

Рис. 1. Устройство для остеосинтеза диафизарных переломов плечевой кости

Рис. 2. Устройство для остеосинтеза диафизарных переломов трубчатых костей

Предполагалось построение создания моделей переломов с учетом классификации переломов, а также выполнение фиксаций последних с помощью различных моделей экстрамедуллярного остеосинтеза, который использован согласно биомеханическим требованиям.

Произведено моделирование различных видов накостного остеосинтеза, при переломах диафизов трупных костей животных и человека. Эксперименты проводились на свежевываренных костях животных и консервированных в формалине костях человека. Кости животных - поросят для более точного сравнения брались от одной особи с парных конечностей. Кости человека - от одного трупа. Бальзамирование и консервация костной ткани от животных не производилась для более достоверного результата. Проведено 2 серии экспериментальных исследований, каждая из которых содержит 12 опытов. Соотношение поперечных и косых переломов, гомо- и ксеноко-сти представлены равными долями в эксперименте с целью повышения достоверности (табл. 1).

Таблица 1.

Соотношение поперечных и косых переломов

Вид перелома Гомокость Ксенокость Всего

абс % абс % абс %

Поперечные 6 25 6 25 12 50

Косые 6 25 6 25 12 50

Итого: 24 100

Целый диафиз кости для монофокальных -безрычаговых, двухрычаговых, а также полифокальных моделей надпиливался и надламывался с помощью пилок и долот, далее производились все этапы накостного остеосинтеза последовательно одно за другим по системе АО. Для экспериментальных испытаний были отобраны только основные варианты переломов: поперечные и косые (рис. 3).

Экспериментальная часть исследования проводилась на аппарате КУИМ 40, Россия (рис.

□ поперечны е

переломы

□ косые

переломы

Ш

к с е н о -кость

гомо -кость

Рис. 3. Соотношение косых и поперечных переломов

Рис. 4. Аппарат КУИМ 40

4). После закрепления модели на пресс-машине и устранения люфта было воздействие с шагом 1 мм, скоростью 15 мм/мин, силой 1 КН; на растяжение, компрессией вдоль оси; давлением поперек оси в центре места линии излома модели, ротацию вдоль костной оси. Эксперимент для каждой модели считался оконченным при первом нарушении стабильности остеосинтеза.

Данные характеристики аппарата выводились, задавались и оценивались через персональный компьютер. Характеристика данного аппарата максимально 40 КН на сжатие и растяжение, скорость, шаг и сила устанавливаются произвольно через программу на персональном компьютере аппарата испытания и подготовки моделей.

Фиксация на прессаппарате производилась через взаимо-перпендикулярно проведенные спицы толщиной 2 мм с фиксацией на кольцах по методу и с помощью аппарата Илизарова, последний механически через переходное устройство закреплялся на двигающихся опорах прессмашины.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Первую группу составили модели косого перелома диафиза кости с остеосинтезом без пластины. Вторую группу составили модели с поперечным переломом диафиза кости и остеосинтезом пластиной. Третью группу - модели с косым переломом диафиза кости с пластиной. Четвертую группу - модели с перелома с наличием осколка. Остеосинтез произведен винтами системы АО и предложенными нами стержнями

1 2

1 0

8

6

4

2

0

на костной ткани животных и человека.

Анатомические образцы - это 12 плечевых костей человека длиной от 301 до 361 мм и шириной канала от 8 до 11,6 мм на уровне диафиза. Длина костей животных составила от 200 до 251 см и шириной канала до 8 мм.

Плечевая кость была условно разделена на участки возможных переломов. Отломки разбиты длиной по возрастающей на 5 мм (рис. 5), затем была измерена ширина кости на каждом участке во фронтальной и в сагиттальной плоскостях, с помощью рентгенограмм, т.е. в прямой и боковой проекции, а также в двух косых направлениях под углом 45°. Общая длина исследуемой плечевой кости составила 280 мм. Полученные размеры с каждого возможного уровня перелома были подставлены в формулу: Q пред (у) = (Р 5(у) ■ L)/(2 ^ - у) у ), где: 10 мм 280 мм.

Рис. 5. Деление плечевой кости с интервалом 5 мм

J - сила, воздействующая вдоль оси кости; Q - сила, воздействующая перпендикулярно оси костного отломка на уровне перелома; Х - общая длина кости; у - длина отломка;

5 - поперечное сечение кости на уровне перелома и условно 8=const, в исследовании М. Пичхадзе

5 (у) - переменное поперечное сечение кости; (у) - указатель функции от у; Q П. (у) - Q зависит от длинны отломка, т.е. является функцией от «у».

Испытуемая система «отломки - винты -пластина» в данном случае может быть представлена расчетной схемой. Геометрические характеристики стержня, моделирующего пластину

(площадь поперечного сечения, моменты инерции при изгибе и кручении) можно заменить конструктивными геометрическими характеристиками, определенными в результате эксперимента. Конструктивный модуль упругости пластины при

изгибе определяется

= Р1 3 •

и 2 = 48 Е1 у '

где - Р приложенная сила, L - длина,

Е - свойство упругость костной ткани, и - величина деформации, I - момент инерции пластины.

Усилия определенны по Сен-Венану:

1 Р1 3

I

48 Eu

В результате вычисления показали, что жесткость классических накостных конструкций, исключая модели с угловой стабильностью, при кручении недостаточна (рис. 6). Хотя в клинической практике ни одно из воздействий векторов сил не встречается в чистом виде [3].

Анализ графиков:

Zip - кривая, показывающая степень нагрузки, действующей на проксимальный конец проксимального отломка в переднезаднем направлении;

id - кривая, показывающая степень нагрузки, действующей на дистальный конец проксимального отломка в переднезаднем направлении;

Y - осевая компрессия.

Благодаря полученным результатам очевидно, что желаемая стабильность отломков может быть достигнута путем фиксации обладающих рычаговыми свойствами отломков на двух уровнях в строгом соответствии с биомеханической концепцией.

Разрушающее напряжение при скорости деформирования Е=10 -5 с -1 указано в табл. 2.

Эффективность в процентном отношении

z э

Таблица. 2.

Зависимость скорости деформирования от разрушающего напряжения

—■—Параметр Вид перелома~^~ ——^^^^ На излом (МПа) Растяжение (МПа) Сжатие (МПа) Кручение (МПа)

осн. контрол осн. контрол осн. контрол осн. контрол

Косой 43 38 119 101 141 131 75 64

Поперечный 41 34 108 99 150 148 65 59

Таблица 3.

Эффективность предложенной методики

Параметр Вид перелома На излом Растяжение Сжатие Кручение

Косой 8,6% 12% 5,3% 12,2%

Поперечный 10,3% 6% 1% 6%

предложенной нами методики отражена в табл. 3.

Полученные результаты сравнивались с данными других исследователей. В исследованиях Ковина (1983 г.) при поперечных переломах на излом МПа составила 58, при растяжении - 132, при сжатии - 187, при кручении - 87.

В исследованиях Кнетса (1980 г.) при косых переломах на излом величина Н составила 2,5х103, при сжатии - 45х103 , при растяжении МПа составила 170, при кручении - 120 Нхм.

ВЫВОДЫ

В результате исследования были решены следующие задачи:

1. Проанализированы различные виды переломов плечевой кости и принципы фиксации отломков.

2. Экспериментально обоснованы особенности фиксации переломов среднего отдела плечевой кости с учетом биомеханических свойств отломков. После сравнительного анализа стабилизирующих возможностей различных фиксаторов указанный метод позволяет выбрать наиболее подходящий фиксатор в каждом конкретном случае перелома плечевой кости.

3. Проведенный анализ на основе биомеханических принципов фиксации отломков среднего отдела плечевой кости показал положительные и отрицательные стороны фиксации отломков в каждом конкретном случае. В процентном соотношении по предложенной нами методике стабильность остеосинтеза улучшилась при действии на излом на 8,6% при косом переломе и 10,3% при поперечном; на растяжение -преимущество на 12% при косом и 6% при поперечном; на сжатии улучшение на 5,3% при косом и 1% при поперечном переломе; в условиях кручения преимущество составило 12,2% при косом переломе и 6,6% при поперечном.

4. Так как идеальных способов и конструкций для лечения всех видов переломов нет, существует необходимость разработки новых, теоретически обоснованных принципов остеосин-теза с индивидуальным подходом. Поэтому каждый метод лечения должен апробироваться экспериментально и только затем внедряться в практику.

Анализ характера переломов позволяет создать предпосылки для разработки метода оценки критериев стабильности фиксации отломков при любом способе лечения. Подобная оценка может явиться методом выбора при проведении сравнительного анализа по стабилизирующим возможностям различных фиксаторов по отношению к каждому конкретному случаю перелома плечевой кости

ЛИТЕРАТУРА

1. Анкин А. Н. Практическая травматология: европейские стандарты диагностики и лечения / А. Н. Анкин, Н. Л. Анкин. - М.: Книга плюс, 2002. - 480 с.

2. Аскарова Д. Ш. Лечение диафизарных переломов плечевой кости //Центрально-Азиатский мед. журн. I Евразийский конгресс травматологов -ортопедов. - Иссык-Куль, 2009 - Т. XV. - Приложение №3. - С. 167 - 168.

3. Бегун П. И. Моделирование в биомеханике / П. И. Бегун, П. Н. Афонин. - М.: Высшая школа, 2004. - 98 с.

4. Гиршин С. Г. Клинические лекции по неотложной травматологии. - М.: Изд. дом «Азбука», 2004 - 73 с.

5. Промышленная собственность официальный бюллетень /Д. А. Цай, Н. Д. Батпенов, А. Ж. Абд-рахманов, К. С. Садырбаев. - 2008. - №11 - С. 160.

Поступила 21.06.10

N. D. Batpenov, K. T. Ospanov, D. A. Tsoi, K. S. Akishev

THE EXPERIMENTAL ESTAMATION OF OSTEOSYNTHESIS STABILITY IN HUMERAL BONE DIAPHYSIS FRACTIRE

Experiment data on cadaveric animal and human bones for definition of the most perfect stable method of tubular bones diaphysis immered on bones an osteosynthesis presented.

Н. Д. Батпенов, К. Т. Оспанов, Д. А. Цай, К. Ш. Ацышев

ИЬЩ СУЙЕГ1Н1Ц ДИАФИЗ1 СЫНЫРЫ ЖАРДАЙЫНДА СУЙЕКТ1К ОСТЕОСИНТЕЗ Т¥РАКТЫЛЫРЫН ЭКСПЕРИМЕНТТ1К БАРАМДАУ

TyriKTiK суйектердщ диафиздерiне енгiзбелi CYЙектiк остеосинтез журпзудщ аса жетiлдiрiлген теракты эдiсiн аныктау Yшiн жануарлар мен адамныч мYPделiк CYЙектерiне жасалынран тэжiрибе мэлiметтерi кел^ртген.

С. М. Кабиева

ОЦЕНКА РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У НОВОРОЖДЕННЫХ, ПЕРЕНЕСШИХ РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ГИПОКСИИ

Кафедра введения в клинику Карагандинского государственного медицинского университета

В последние годы все больше появляется публикаций по применению кардиоинтервалогра-фии (КИГ) у новорожденных. Проведены исследования по изучению параметров КИГ у детей перенесших перинатальную гипоксию [1, 2, 3, 4, 6].

Имеются работы, в которых изучены особенности регуляторных и адаптационных процессов методом кардиоинтервалографии у матери, плода и новорожденного в зависимости от мор-фофункциональных вариантов хронической плацентарной недостаточности [6].

Существует мнение, что связь системы кровообращения матери и плода в области плацентарной площадки и плацентарной мембраны через медленные колебания гемодинамики, вероятно, передает информацию о состоянии нейро-вегетативной регуляции кардиоритма от плода к матери и от матери к плоду. Это позволяет перенастраивать обе системы в зависимости от запросов плода и отвечает принципам сохранения жизнеспособности систем. При снижении или нарушении компенсаторных морфологических реакций плаценты связь нарушается или вовсе прекращается, что клинически проявляется осложнениями для матери, плода и новорожденного.

Таким образом, доказана достаточная информативность КИГ в оценке состояния сердечно -сосудистой системы у новорожденных, перенесших гипоксию. Однако, нет данных по изучению наиболее информативных показателей в оценке прогноза исходов поражения сердца, сопоставления их с клиническими проявлениями нарушений со стороны сердечно-сосудистой системы у новорожденных, перенесших гипоксию.

Цель работы - изучение механизмов регуляции управления сердечным ритмом у новорожденных, перенесших различные виды гипоксии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование проводилось в родильном доме г. Караганды. Находившихся под наблюдением новорожденных разделили на группы по характеру перенесенной гипоксии: I группу составили 138 детей, перенесших внутриутробную гипоксию (ВУГ), II группу - 22 новорожденных, пе-

ренесших интранатальную гипоксию (асфиксию при родах), III группу - 156 новорожденных, перенесших перинатальную гипоксию (ПГ).

Критерии исключения из исследования: врожденные пороки сердца, наследственные и хромосомные заболевания, инфекционные поражения сердца.

Принимая во внимание то, что регуляция сердечного ритма является индикатором адаптационно-компенсаторной деятельности сердечнососудистой реакции и всего организма, проведен анализ вегетативных показателей кардиоинтер-валограммы

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Статистический анализ КИГ показал, что у новорожденных I группы наряду с небольшой активацией симпатической нервной системы (показатель амплитуды моды (Амо) повысился до 51,2%), наблюдается повышение показателя, характеризующего вагальную активность (мода (Мо) до 0,437 с, что отразилось в увеличении индекса напряжения (ИН) до 366 у. е. (p<0,001). Следовательно, при внутриутробной гипоксии плода компенсаторные возможности плаценты достаточны для формирования долгосрочной адаптации к кислородной недостаточности.

У новорожденных II группы наблюдалось достоверное повышение АМо до 57,84% и ИН до 496 у. е., уменьшение CV до 0,14 с по отношению к группе контроля (p<0,001) при снижении всех показателей активности парасимпатической нервной системы Мо до 0,416 с (p<0,001). Такая картина отражает напряжение регуляторных механизмов в виде стрессовой реакции на острую гипоксию в родах (рис. 1).

Рис. 1. Статистические параметры кардиоинтервалограммы у новорожденных, перенесших гипоксию

АМо 5U%