CC BY
46
REFERENCES
1. Diagnostic and treatment ofhypertension. Recomendations of Russian Medical Society of Arterial Hypertension and Russian Cardiological Society 2010 // Systemniye gypertensii. - 2010. -№3. - P.5-26. (in Russian).
2. Zhuravskaya E. Y., Kutsenogiy O.V., Chaykina T.I., et al. Microelements and some parameters of human health // Byulleten SO RAMN. - 2006. - №4. - P.116-120. (in Russian).
2. Kolomeyets N.M. Endothelial dysfunction and it's clinical value // Voyenno-meditsinskiy zhurnal. - 2001. - №5. - P.29-35. (in Russian).
4. Lyamina N.P., Senchikhin V.N. The status of endothelium-dependent relaxation factor in patients with hypertension and it's correction // Tezisy doklada I Vserossiyskogo natsionalnogo kongressa kardiologov. - Moscow, 2000. - 414 p. (in Russian).
5. Musayeva E.A.K. Elemental status of hypertensive patients and possibilities of it's correction: Abstract of thesis...candidate of
medical science.- Moscow, 2007. - 27 p. (in Russian).
6. Shalnova S.A., Deyev A.D. The trend of mortality in Russia at the beginning of the XXI century (based on oficial statistical data)// Kardiovaskulyarnaya terapiya i profilaktika. - 2011. -Vol.10. №6. - P.5-10. (in Russian).
7. Shalnova S.A., Kukshkin S.K., Manushkina E.M. et al. Arterial hypertension and therapy adherence // Vrach. - 2009. -№12. - P.39-42. (in Russian).
8. Lerman F., Zeher A.M. Endothelial function: cardiac events //Circulation. - 2005. - Vol. 111. - P.363-368.
9. Versari D., Daghini E., Virdis A., et al. Endotehelial dysfunction as a target for prevention of cardiovascular disease // Diabetes Care. - 2009. - Vol. 32. - P.314-321.
10. 2013European Society of Hypertension- European Society of Cardiology guidelines for the management of arterial hypertension // Eur Heart J. - 2013. -Vol. 34. - P.2159-2219.
Информация об авторах:
Балабина Наталья Михайловна - д.м.н., заведующая кафедрой, 664003, Иркутск, ул. Красного Восстания,1, ИГМУ, тел. (3952) 512360; Баглушкина Светлана Юрьевна - аспирант, тел. 8 (9025) 668848, e-mail: [email protected]
Information about the authors:
Balabina Natalia - MD, Head of Department, 664003, Irkutsk, Krasnogo Vosstaniya St., 1, Irkutsk State Medical University, tel.(3952) 512360; Baglushkina Svetlana - graduate student, e-mail: [email protected]
© ВИНОГРАДОВ В.Г., ЛАПШИН В.Л., КРАСОВСКИЙ А.Ю., АНГАРСКАЯ Е.Г. - 2014 УДК: 616.718-001.5-089.227.84
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТАБИЛИЗАЦИИ КОСТНЫХ ФРАГМЕНТОВ АППАРАТОМ ВНЕШНЕЙ ФИКСАЦИИ ПРИ ЛЕЧЕНИИ ОДНОСТОРОННИХ РОТАЦИОННО-НЕСТАБИЛЬНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ТАЗА ТИПА В
ПО КЛАССИФИКАЦИИ AO/ASIF
Валентин Георгиевич Виноградов1, Владимир Леонидович Лапшин2, Алексей Юрьевич Красовский3, Екатерина Геннадьевна Ангарская1 ('Иркутский государственный медицинский университет, ректор - д.м.н., проф. И.В. Малов; 2Иркутский государственный технический университет, и.о. ректора - д.ф.-м.н. А.Д. Афанасьев; 3Иркутская городская
клиническая больница №3, гл. врач - А.И. Кузнецов)
Резюме. По данным математического анализа, односторонних ротационно-нестабильных повреждений костей таза тип В по классификации AO/ASIF, при которых имеет место ротационная нестабильность в горизонтальной и сагиттальной плоскости в пределах 18 мм, аппараты внешней фиксации обеспечивают высокую стабильность (1,5 мм) костных фрагментов при функциональной нагрузке. Стабильность костных фрагментов обеспечивается стандартным введением костных стержней в крылья подвздошных костей с обязательным введением костного стержня в вертикальную ветвь лонной кости и усилением передне-нижней штанги между подсистемами.
Ключевые слова: математический анализ, односторонние ротационно-нестабильные повреждения таза, костные фрагменты, аппараты внешней фиксации.
MATHEMATICAL ANALYSIS OF THE STABILIZATION OF THE BONE FRAGMENTS WITH EXTERNAL FIXATION DEVICE IN THE TREATMENT OF UNILATERAL ROTATIONALLY UNSTABLE PELVIC INJURIES TYPE B
CLASSIFICATION AO / ASIF
V.G. Vinogradov1, V.L. Lapshin2, A.Y. Krasovskii3, E.G. Angarskaya1 (Irkutsk State Medical University; 2Irkutsk State Technical University;
'Irkutsk Municipal Clinical Hospital №3, Russia)
Summary. According to mathematical analysis, unilateral rotationally unstable injuries of the pelvic bones type B classification AO / ASIF, in which there is rotational instability in the horizontal and sagittal plane within 18 mm, APS provides high stability (1,5 mm) of bone fragments when walking. Stability of the bone fragments is provided by introducing a standard bone rods in the iliac wing with the obligatory introduction of bone rod in vertical branch of pubic bone and reinforced front-lower shaft between subsystems.
Key words: mathematical analysis, unilateral rotationally unstable injuries of the pelvic bones, external fixation device (APS). _
Переломы таза относятся к наиболее тяжелым повреждениям опорно-двигательной системы (ОДС) и составляют 5-10% [1,9,15] от всех травматологических больных. Одним из наиболее рациональных методов лечения таких пострадавших являются аппараты внешней фиксации (АВФ), особенно у больных с множественной и сочетанной травмой [3].
Системный подход к биомеханике чрескостного
остеосинтеза подробно освещен в работах многих авторов [2,10,11,17].
Положительными моментами использования АВФ в ранние сроки являются: обезболивание за счет стабилизации костных отломков, уменьшение внутритазового объема и тем самым создание условия самотампонады поврежденных сосудов, устранение грубых деформаций, профилактика и лечение эмболий.
В последнем десятилетии появились работы, касающиеся математического моделирования АВФ, для лечения повреждений костей конечностей [4,7,14], костей таза [6,12], для оценки биомеханических параметров внутренней и внешней фиксации таза, математического моделирования введения стержней и построения внешней фиксации [3,5,8].
На основании системного подхода к биомеханике повреждений, коллективом авторов [16] военно-медицинской академии, по амплитуде и направлению смещения костных отломков под воздействием физиологических нагрузок, разработана концепция нестабильности тазового кольца.
Однако, на наш взгляд, недостаточно исследованы их возможности стабилизации костных отломков в АВФ для достижения вероятности, согласно принципу «необходимого и достаточного», использования стержневых аппаратов с минимально необходимым количеством элементов аппарата.
Целью настоящего исследования является: определить жесткость фиксации костных отломков АВФ при моделировании односторонних ротационно-нестабильных повреждений таза типа В по классификации АО/А8Щ разработанной на конечно-элементной модели «аппарат внешней фиксации - таз» для программного комплекса М8С Ыаз^ап и определить вклад отдельных элементов на жесткость фиксации костных отломков.
Материалы и методы
Исследование проводилось на конечно-элементной модели системы «аппарат внешней фиксации - таз» (рис. 1), разработанной для программного комплекса М8С ^^ап [3].
Рис. 1. Конечно-элементная модель системы аппарат внешней фиксации - таз.
В качестве конечных элементов (КЭ) использовались: для описания стержневых элементов аппарата внешней фиксации - линейные КЭ; для описания секторов -плоские КЭ постоянной толщины; для описания костных структур - плоские КЭ переменной толщины. Все соединения предполагались абсолютно жесткими как стержневых элементов в костной ткани, так и металлических элементов конструкции между собой. В местах переломов предполагалось свободное смещение.
Материал аппарата внешней фиксации (сталь) и костная ткань предполагались однородными, изотропными и абсолютно упругими, с модулями упругости для стали Е=200000 МПа и для костной ткани Е=20000 МПа.
Рассматривался вопрос лечения односторонних ротационно-нестабильных повреждений таза типа В по классификации АО/А8№ аппаратами внешней фиксации.
Формирование перелома лонной и седалищной кости таза в модели осуществлялось путем удаления выделенных для этой цели (темным цветом) конечных эле-
Рис. 2. Место перелома.
ментов и создания разрыва в конечно-элементной сетке (рис. 2).
Подвижность в месте перелома лонной и седалищной кости обеспечивалась путем уменьшения модуля упругости материала в подвздошно-крестцовом сочленении, до обеспечения смещение в месте перелома без использования АВФ до 18 мм. На рис. 3 представлена ослабленная область модели (конечные элементы выделены белым цветом).
к
Рис. 3. Ослабленная область модели.
Нагрузки на модель осуществлялись по оси позвоночника сверху вниз на всю плоскость верхней суставной поверхности тела первого крестцового позвонка с силой 500 Н (рис. 1). Вторая область приложения нагрузки - крыша вертлужной впадины с силой 250 Н (рис. 1). Закрепление всей модели осуществлялось со стороны противоположного тазобедренного сустава.
В ходе исследования оценивалось влияние отдельных элементов АВФ на общую жесткость системы. Были исследованы различные конструктивные варианты АВФ, отличающиеся друг от друга отсутствием тех или иных конструктивных элементов. При этом симметричные элементы удалялись как по отдельности, так и совместно. В результате происходило уменьшение жесткости АВФ и соответствующее увеличение смещения в месте перелома.
Результаты и обсуждение
В качестве примера приводятся результаты расчета смещения между уздами 42-21491 (рис. 4) по осям X, ^ Z и полное пространственное смещение. Ориентация осей приводится на рис. 1. Ось X - вертикальное направление, ось Y - сагиттальное направление, ось Z -
Рис. 4. Смещение в месте перелома.
фронтальное направление.
Приняты следующие обозначения (рис. 5): исходный АВФ
- аппарат внешней фиксации в полной компоновке; без АВФ
- без аппарата внешней фиксации; без 8Ма^а 1 - отсутствует элемент 8Мап§а 1; без 8Мап§а 2 - отсутствует элемент 8Мап§а 2; без 81ег§еп 18 - отсутствуют симметрично расположенные элементы 81ег§еп 1; без 81ег§еп 28
- отсутствуют симметрично расположенные элементы 81ег§еп 2; без 81ег§еп 3(Ц - отсутствует левый элемент 81ег§еп 3; без 81ег§еп 3(Я) - отсутствует правый элемент 81ег§еп 3; без 81ег§еп 38 -отсутствуют симметрично расположенные элементы 81ег§еп 3; без 81ег§еп 4 - отсутствует элемент 81ег§еп 4.
На рис. 6 представлена диаграмма смещений в месте перелома и показано увеличение
перелома (рис. 6), можно отметить, что при наличии аппарата в полной комплектации смещение костных фрагментов составляет до 1,5 мм, а при отсутствии аппарата, смещение фрагментов увеличивается до 18 мм. Первостепенное влияние на жесткость фиксации костных фрагментов имеют элементы 81ег§еп 4 и 8Мап§а 2, при удалении этих элементов отмечается снижение жесткости фиксации костных фрагментов на 6 и 5 мм соответственно. Самую незначительную роль играют элементы 8Мап§а 1 и 81ег§еп 3, особенно левый (Ц, что на динамику снижения полного смещение не играет существенной роли. Таким образом, для увеличения жесткости АВФ в первую очередь целесообразно устанавливать элементы 81ег§еп 4 и усиление жесткости 8Ма^а 2. Для облегчения АВФ в первую очередь целесообразно ослаблять (или убирать совсем) элементы 8Мап§а 1 и 81ег§еп 3.
Смещении в тесте мерели.мн i" ч I
Рис. 5. Обозначение элементов АВФ.
смещения в результате удаления из АВФ отдельных элементов.
Анализируя увеличение полного смещения в месте
Рис. 6. Диаграмма смещений в месте перелома.
Таким образом, по данным экспериментального исследования на конечно-элементной модели «аппарат внешней фиксации - таз», разработанной для программного комплекса MSC Nastran с включением средних параметров таза взрослого человека и использованием нагрузки в 750Н при лечении смоделированных ротационно-нестабильных повреждений таза тип В (по AO/ASIF), при которых имело место ротационная нестабильность в горизонтальной и сагиттальной плоскости до 18 мм, возможно с применением АВФ. Высокая стабильность костных фрагментов (1,5 мм) обеспечивается стандартным введением костных стержней в крылья подвздошных костей с обязательным введением костного стержня в вертикальную ветвь лонной кости и усилением передне-нижней штанги между подсистемами. Введение костных стержней в тела подвздошных костей обусловлено осте-опорозом, лизисом тканей или большой массой тела пациента, установка передне-верхней штанги не является обязательной при данной патологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Багненко С.Ф., Шапот Ю.Б., Бесаев Г.М. и др. Особенности травматологического пособия у пострадавших с сочетанной травмой таза в условиях травмоцентров // Сборник тезисов IX съезда травматологов-ортопедов. -Саратов, 2010. - Т. 1. - С.83-84.
2. Борозда И.В. Комплексная диагностика сочетанных повреждений таза, проектирование и управление конструк-
циями внешней фиксации: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - Якутск, 2009. - 43 с.
3. Виноградов В.Г., Лапшин В.Л., Красовский А.Ю. Системный подход к изучению влияния напряженно-деформированного состояния аппарата внешней фиксации на стабильность костных отломков при лечении переломов костей таза // Бюллетень Восточно-Сибирского научного
центра СО РАМН. - 2011. - №4-1. - С.238-241.
4. Виноградов В.Г., Агафонов Н.Е. Влияние стабильности аппарата внешней фиксации на исходы лечения открытых переломов костей голени // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра СО РАМН. - 2011. - №4-1. - С.242-245.
5. Грищук А.Н., Пусева М.Э., Тишков Н.В. Определение жесткости чрескостных элементов из стандартного набора Илизарова, используемых для фиксации фрагментов тазового кольца // Бюллетень СО РАМН. - 2008. - №1. - С.64-70.
6. Истомин А.Г. Восстановление стабильности таза при повреждениях и заболеваниях крестцово-подвздошных суставов: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - Харьков, 2001. - 45 с.
7. Кобелев И.А., Виноградов В.Г. Компьютерное моделирование и конструирование стержневого аппарата для остеосинтеза внесуставных переломов проксимального отдела бедренной кости // Врач-аспирант. - 2012. - Т. 50. №1.3. - С.418-423.
8. Лобанов Г.В. Чрескостный остеосинтез нестабильных повреждений таза: Автореф. дис... д-ра мед. наук. - Киев, 2001. - 42 с.
9. Нагога А.Г., Труханова И.Г., Измайлов Е.П. и др. Раннее оперативное лечение переломов костей таза в условиях травматологического отделения многопрофильной хирургической больницы // Сборник тезисов IX съезда травматологов-ортопедов. - Саратов, 2010. - С.210-211.
10. Пичхадзе И.М., Кузьменков К.А. и др. Техническое описание аппарата Пичхадзе для монополярной и поли-
полярной фиксации косных фрагментов длинных костей и костей таза // Сборник тезисов Всероссийской научно-практической конференции, посвящённой памяти профессора К.М. Сиваша. - М., 2005. - С.284-286.
11. Пичхадзе И.М., Гаврюшенко К.С., Доржиев Ч.С., Огарев К.В. Экспериментальное исследование нестабильности таза при различных видах его повреждений // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. - 2007. - №3. - С.36-43.
12. Серов М.А. Математическое моделирование тазового кольца и конструкции фиксирующего устройства незамкнутого типа: Автореф. дис.... канд. мед. наук. - Благовещенск, 2004. - 22 с.
13. Ушаков С.А., Лукин С.Ю. Лечение больных с полифокальной травмой таза // Сборник тезисов IX съезда травматологов-ортопедов. - Саратов, 2010. - С.268-269.
14. Халиман Е.А., Виноградов В.Г., Лапшин В.Л., Ивлев Б.В. Исследование жесткости стержневых аппаратов внешней фиксации на основе математической модели // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). - 2011. - Т. 106. №7. - С.46-49.
15. Черкес-Заде Д.И. Лечение повреждений таза и их последствий. - М.: Медицина, 2006. - 192 с.
16. Шаповалов В.М., Гуманенко Е.К., Дулаев А.К. и др. Хирургическая стабилизация таза у раненных и пострадавших. - СПб.: МОРСАР, 2000. - 240 с.
17. Шлыков И.Л. Оперативное лечение больных с последствиями повреждений тазового кольца: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. - Екатеринбург, 2004. - 23 с.
REFERENCES
1. Bagnenko S.F., Shapot Y.B., Besa G.M. Features and other benefits in trauma victims with concomitant pelvic trauma under travmotsentrov // Abstracts of the IX Congress of Orthopaedic Trauma. - Saratov, 2010. - Vol. 1. - P.83-84. (in Russian)
2. Borozda I.V. Complex diagnostics associated injuries of the pelvis, design and construction management of external fixation: Author. dis. ... Dr. med. Sciences. - Yakutsk, 2009. - 43 p. (in Russian)
3. Vinogradov V.G., Lapshin V.L., Krasovskiy A.Yu. Systems approach to the study of influence of deflected mode of external fixation device on stability of bone fragments at the treatment of hip bones fractures // Bulleten Vostochno-Sibirskogo Nauchnogo Tsentra SO RAMN. - 2011. - №4-1. - P.238-241. (in Russian)
4. Vinogradov V.G., Agafonov N.E. Influence of stability of external fixation device on the results of treatment of open shaft fractures of lower limbs. // Bulleten Vostochno-Sibirskogo Nauchnogo Tsentra SO RAMN. - 2011. - №4-1. - P.242-245. (in Russian)
5. Grishchuk A.N., Puseva M.E., Tishkov N.V., Bushmanov A.V. Defining the rigidity of transosseous elements of standard Ilizarovs set used for fixation of pelvic girdle fragments // Bulleten SO RAMN. - 2008. - №1. - P.64-70. (in Russian)
6. Istomin A.G. Restoring stability of the pelvis injuries and diseases of the sacroiliac joints: Author. dis. ... Dr. med. Sciences. - Kharkov, 2001. - 45 p. (in Russian)
7. Kobelev I.A., Vinogradov V.G. Computer modeling and designing of the rod apparatus of external brasing for an osteosynthesis of extraarticular proximal femoral fracture // Vrach-aspirant. - 2012. - Vol. 50. №1.3. - P.418-423. (in Russian)
8. Lobanov G.V. External fixation of unstable pelvic injuries: Author. dis ... Dr. med. Sciences. - Kyiv, 2001. - 42 p. (in Russian)
9. Nagoga A.G., Trukhanova I.G., Izmailov E.P., et al. Early
operative treatment of fractures of the pelvis in the conditions of a multidisciplinary surgical trauma unit of the hospital // Abstracts of the IX Congress of Orthopaedic Trauma. - Saratov, 2010. -P.210-211. (in Russian)
10. Pichkhadze I.M., Kuzmenkov K.A., et al. Technical description Pichkhadze apparatus formonopolar andpolipolyarnoy fixing inert fragments of long bones and pelvic bones // Abstracts of the All-Russian scientific- practical conference dedicated to the memory of Professor K.M. Syvash. - Moscow, 2005. - P.284-286. (in Russian)
11. Pichkhadze I.M., Gavryushenko N.S., Dorzhiev Ch.S., Ogaryov E. V. Experimental Study of Pelvic Instability in Various Types of Its Injury // Vestnik travmatologii I ortopedii imeni N.N. Priorova. - 2007. - №3. - P.36-43. (in Russian)
12. Serov M.A. Mathematical modeling of the pelvic ring and construc-struction of the fixing device Open type: Author. Dis .... kand. med. Sciences. - Blagoveshchensk, 2004. - 22 p. (in Russian)
13. Ushakov S.A., Lukin S.Y. Treatment of patients with pelvic trauma polifokalnoy // Abstracts of the IX Congress of Orthopaedic Trauma. - Saratov, 2010. - P.268-269. (in Russian)
14. Haliman E.A., Vinogradov V.G., Lapshin V.L., Ivlev B.V. Study of pin-type external fixation apparatus stiffness based on a mathematical model // Sibirskij Medicinskij Zurnal (Irkutsk). -2011. - Vol. 106. №7. - P.46-49. (in Russian)
15. Cherkes-Zade D.I. Treatment of pelvic injuries and their consequences. - Moscow: Medicina, 2006. - 192 p. (in Russian)
16. Shapovalov V.M., Gumanenko E.K., Dulaev A.K. Surgical and other pelvic stabilization wounded and injured. - St. Petersburg: MORSAR, 2000. - 240 p. (in Russian)
17. Shlikov I.L. Surgical treatment of patients with sequelae of damage deny the pelvic ring: Author. diss. ... Cand. honey. Sciences. - Yekaterinburg, 2004. - 23 p. (in Russian)
Информация об авторах:
Виноградов Валентин Георгиевич - заведующий кафедрой травматологии и ортопедии, д.м.н., профессор, 664003, Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: [email protected]; Лапшин Владимир Леонидович - заведующий кафедрой сопротивления металлов, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 73, e-mail: [email protected]; Красовский Алексей Юрьевич -заведующий отделением травматологии №2, e-mail: [email protected]; Ангарская Екатерина Геннадьевна - ассистент
кафедры, e-mail: [email protected]
Information About the Authors:
Vinogradov Valentin G. - Head of the Department of Traumatology and Orthopedics, MD, PhD, professor, 664003, Krasnogo Vosstania st., 1, e-mail: vinogradov.travma@ gmail.com; Lapshin Vladimir Leonidovich - the head of the resistance of metals, PhD, 664074, Irkutsk, Lermontova st., 73, e-mail: [email protected]; Krasovskii Alexey Y. - Head of the Department of Traumatology number 2, e-mail: [email protected]; Angarsk Catherine G. - Assistant Professor, e-mail: [email protected]
