CC BY
20
МЕТОДИКА И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОДНОСТОРОННЕЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИИ КОСТНЫХ ФРАГМЕНТОВ
ЧЕЛОВЕКА
Н.О.Каллаев., Т.Н.Каллаев, ММ.Омаров, Республиканский ортопедо-травматологический центр, Махачкала,
В.В.Зубов, Ч.М. Афгани Ульяновский государственный университет, Ульяновск
В Республиканском ортопедо-травматологическом центре г. Махачкала и в Ульяновской городской клинической больнице раннее восстановление функций после оперативного лечения около-и внутрисуставных повреждений считается приоритетной задачей. Эта концепция успешно реализуется, а результаты лечения свидетельствуют о правильном выборе направления.
Материал и методы
При лечении 205 пациентов в возрасте от 7 до 72 лет с около- и внутрисуставными переломами использовано разработанное нами устройство, позволяющее производить одностороннюю динамическую компрессию костных фрагментов (а.с. 173120 от 08.01.92).
Система, обеспечивающая одностороннее давление на костный отломок, состоит из внешней опоры, противоупорных фиксаторов и компрессирующего устройства. Последнее представляет собой корпус со шкалой в виде втулки с прорезью, в которой установлен подпружинный толкатель; на корпусе имеется гайка или цанговый фиксатор. На стержне установлена пружина, которая контактирует с дном втулки и пластиной кронштейна.
Вследствие эластичности костной ткани, находящейся под давлением, и в связи с физиологической резорбцией на стыке костных фрагментов, компрессирующая сила со временем уменьшается, поэтому пружинный механизм устройства обеспечивает постоянное давление на отломок в динамике остеосинтеза, что исключает дополнительную подкрутку аппарата.
Показаниями к оперативному вмешательству являлись закрытые и открытые переломы локтевого, плечевого, коленного и голеностопного суставов, а также множественные и сочетанные повреждения. Сущность метода состоит в восстановлении анатомической формы сустава с сохранением его конгруэнтности до конца сращения и без выключения функции в условиях малоинвазивной агрессии на ткани.
Установлено, что качество лечения переломов при компрессионном остеосинтезе зависит от взаимосвязи чрескостных фиксаторов с мягкотканными образованиями, биомеханики управления пространственной ориентацией костных фрагментов в ходе лечения и сохранностью биологически обоснованной компрессии до конца сращения перелома с целью удержания отломка.
Взаимосвязи статичных чрескостных металлических фиксаторов и подвижных мягких тканей приводят к биомеханическому парадоксу функционирования конечности в условиях внешнего остеосинтеза.
С целью своевременного выявления ошибок лечения и предупреждения осложнений нами выполнена работа по биомеханической оценке системы «кость-аппарат» на 90 моделях внутрисуставных переломов. Экспериментальные исследования проводились на кафедрах «Сопротивление материалов» и «Физика твердого тела» Ульяновского технического Университета, а статистическую обработку полученных данных осуществляли путем введения данных в компьютер. Серию экспериментов проводили на проксимальных и дистальных сегментах плечевой кости, костей предплечья, бедренной и большеберцовой костей 2-3-х дневной давности, взятых у умерших 55-60-летнего возраста. Перелом
имитировали косым распилом мыщелков плечевой, бедренной и большеберцовой костей проксимального отдела костей предплечья и внутренней лодыжки на расстоянии 2,5-5 см от их суставных краев и на уровне локтевого отростка головки и шейки лучевой кости. После этого производили сопоставление отломков с последующей фиксацией их спицей (2 мм) с упором рабочей площадкой в 4 мм.
Спицу укрепляли в компрессирующем устройстве. На расстоянии 3-4 см от метафизарного края линии перелома транссегментарно во фронтальной плоскости на двух уровнях перекрестие проводили спицы с упорными площадками со стороны зоны противоположной повреждению. Спицы фиксировали в натянутом положении на внешней опоре. Последняя с помощью резьбовой штанги соединялась с компрессирующим устройством.
Завершали монтаж системы обеспечением полного контакта отломка с поверхностью излома сегмента и его компрессией.
Мы исследовали влияние дозированной компрессии на функциональные возможности суставов в динамике лечения пациентов.
В качестве примера представляем схему распределения сил на модели перелома мыщелка большеберцовой кости.
Для удобства расчетов мы ввели следующие биомеханические параметры распределения сил: BGx - часть силы тяжести (веса), воспринимаемая сегментом конечности; R= G1 - реакция, уравновешивающая силу тяжести G; Р - сила компрессии, приложенная в точке А; Rb - напряжение противоупора, приложенное в точке В; МЪ-момент сил, создаваемый противоупором в точке В; Rе - напряжение опоры в точке G; Б- плоскость излома кости.
Противоупорная и опорная площадки в точках В и С создают встречно-боковую компрессию, препятствующую боковому перемещению внешней опоры по отношению к сегменту большеберцовой кости.
Система сил {Р , R, Мё} находится в равновесии, следовательно, для нее имеют место уравнения равновесия, которые в векторной форме имеют вид:
P=Rd=O (1)
Мё (Р)+ Мё=0, (2)
где Мё (Р) - момент силы Р относительно точки В.
Из (1) следует Rb = - Р (3)
Из (2) следует МЪ = - (Р) (4)
Момент силы Р относительно точки В равен МЪ (Р) =г- Р, (5) где г - радиус-вектор, соединяющий точку приложения силы компрессии (точки В и А).
Существующее рациональное положение силы компрессии Р относительно плоскости излома связано с необходимостью равномерного распределения сил взаимодавления (напряжений) по всей площади соприкосновения отломков.
При равномерном распределении сил по плоскости излома их равнодействующая представляется следующим образом:
N = в Б (6)
и приложена в центре тяжести сечения в точке Т. Тогда силы действующие на отломок, можно изобразить схемой, где Р - сила компрессии, создаваемая аппаратом и приложенная в точке А; в - интенсивность распределения сил на плоскости излома; 1 - интенсивность распределения по линии излома касательных сил, препятствующих скольжению костного фрагмента; Gx- часть силы тяжести (веса тела); К-центр площади излома отломка; Rk -реакция упорной спицы, стремящаяся уравновесить силу G; N - равнодействующая распределения сил давления на площадь излома, т.е. Р=^
Если сила тяжести (всего тела) Gx имеет относительно точки К плечо Ь1, то точка К смещена относительно центра тяжести сечения перелома (точки Т) на величину, равную Ь2,
причем
к = ^ (7)
Р
Напряжение противоупорной площадки спицы В равно:
ЯВ = Р (8)
Тогда момент сил, создаваемый противоупором в точке В, представляется следующим образом: РЬ, где И - плечо силы Р относительно точки В.
С учётом сил, вызывающих кручение (Ркр.) и отрыв (Ротр.) костного фрагмента, сила компрессии на отломок должна быть не менее Р= ((8))+Ркр.
Для мыщелка большеберцовой кости при условии: §=0,25-106 , Б= 8 см2 , Ротр= 59Н, Ркр= 224Н эта величина будет равняться Р = 473 Н.
Таблица 1.
Величины сил давления при дозированном компрессионном остеосинтезе некоторых около- и внутрисуставных переломов__
Локализация Сила компрессии (Н)
I. Плечевой сустав
1.Большой бугорок плечевой кости. 224,2+18,8
2.Вывих плеча +большой бугорок 234,1+14.2
II. Локтевой сустав
1. Мыщелок плеча. 308,6+19,9
2.Надмыщелок. 80,4+ 6,7
З.Вывих предплечья + надмыщелок. 162,1+1 8,6
4.Надмыщелковый перелом. 364,6+ 22,9
5.Чрезмыщелковый перелом. 383,2+ 22,3
б.Локтевой отросток. 384,3+ 21,4
III. Коленный сустав
1.Мыщелок бедра 527,4+ 30,2
2.Мыщелок большеберцовой кости. 441,6+24,2
З.Надколенник. 317,4+19,7
VI. Голеностопный сустав
1.Изолированный перелом лодыжки. 229,8+19,6
2.Супинационный перелом. 44,7+26,9
З.Пронационный перелом. 492,5+28,4
4.Метаэпифизы берцовых костей + таранная кость. 503,4+29,3
Величины сил компрессии при остеосинтезе около- и внутрисуставных переломов с учетом возраста, роста, веса тела и величины костного фрагмента и смещающихся моментов тяги мышц и связочного аппарата представлены в таблице 1. Результаты
Исходя из лечения около - и внутрисуставных повреждений изученных нами в течении 4-х лет у 156 пациентов, лечившихся после травмы по описанной методике, хороший результат достигнут у 128 пациентов (82,1%), удовлетворительный - у 22 (14,1%) и неудовлетворительный - у 6 (3,8%).
Нами также проводилась сравнительная оценка анатомо-функциональных исходов лечения однотипных повреждений по схеме, предложенной ЦИТО у 114 пациентов, которым проводилось оперативное лечение с помощью традиционных фиксаторов (контрольная
группа).
В основе схемы ЦИТО лежит сравнение каждого исхода со средней анатомо-функциональной нормой. При этом каждый результат оценивался по 16 показателям, представленным в числах от 2 до 100. Исходы оценивались по субъективным и объективным показателям (боль, консолидация перелома, анатомическое соотношение костей, функциональные возможности повреждённого и смежного суставов, нейротрофические нарушения, инфекционные осложнения, косметические дефекты, контрактуры, артроз, ограничение движений).
Мы исходили из обязательного требования медицинской статистики -репрезентативности изучаемой группы наблюдений, т.е. ее соответствие всей генеральной совокупности анализируемых наблюдений. Оценку статистически достоверной разницы исходов проводили по доверительному коэффициенту Стьюдента в группах однородных пациентов (таблица 2).
Как видно из таблицы, разница средних исходов больных второй и третьей групп статистически значимая.
Таблица 2.
Исходы около- и внутрисуставных переломов у больных II и ^ III групп
Суставы Контрольная группа Основная группа Доверитель ный коэффицие нт Достовернос ть различия (р)
выборк а Средняя оценка, баллы выборк а Средняя оценка, баллы
Плечевой 10 80 13 93,46 3,66 <0,05
Локтевой 44 86,71 59 95,51 -4,62 <0,05
Коленный 22 88,55 36 95,69 -2,92 <0,05
Голеностопный 38 84,21 48 96,79 -5,51 <0,05
Эффективность компрессионного остеосинтеза, основанного на анатомо-хирургических и биохимических особенностях около- и внутрисуставных переломов, объясняется, в первую очередь, ее функциональностью и меньшей травматизацией мягких тканей. Обсуждение
Любой перелом с точки зрения механики можно охарактеризовать как нестабильность, возникающая вследствие отсутствия непрерывной жесткости. Функция сустава восстанавливается только тогда, когда консолидация кости приводит к восстановлению его жесткости, т.е. при анатомическом воссоединении сломанных костных фрагментов и их биологически обоснованной компрессии.
Из механики известно, что если жесткость определяется свойством конструкции противостоять нагрузке с небольшой деформацией, то прочность - это свойство противостоять внешним силам без разрушения костной структуры. В отношении лечения около- и внутрисуставных переломов первостепенное значение имеют взаимоотношения сегмента конечности и аппарата внешней фиксации как единой системы с позиции биомеханики. Составляющими системы «аппарат-конечность» являются, с одной стороны, мягкие ткани, с другой, - противоупорные элементы (стержни, спицы), компрессирующее устройство со спицей, а также внешняя опора (дуги или полукольца).
Клинические исследования живой кости, проведённые Ми11ег и соавт. показали, что при компрессии первые два часа сдавливающая сила в зоне перелома повышается на 10% относительно исходной, а затем остаётся постоянной в течении 14 дней, уменьшаясь впоследствии из-за эластичности живой кости и изменения метаболических и
биохимических условий при компрессии.
М.В. Волков, Г.И. Лаврищева и Э.Я.Дубров считают оптимальной ширину щели между фрагментами костей около 100 мкм (0,1 мм). Л.Л. Роднянский допускает варьирование щели в пределах от 50 до 250 мкм, Allgower и соавт.-100-300 мкм.
Мнения специалистов о механической силе компрессии на костные фрагменты разноречивы и не всегда аргументированы, а избыточное давление на отломок может привести к угнетению репоративной регенерации и некрозу на стыке и перенапряжению отломка с ее разрушением. Недостаточная компрессия влечет к нестабильной фиксации отломка. Поэтому мы прибегали к контролируемой динамической компрессии.
При вертикальном воздействии сил установлена обратная зависимость величины силы компрессии от площади сечения перелома, т.е. чем больше площадь излома отломка, тем меньше усилий необходимо приложить для разъединения костных фрагментов. В то же время отмечена прямая зависимость от количества компрессирующих устройств. Однако увеличение количества упоров до 2-х на площадь сечения отломка менее 4 см2 вызывало разрушение костного фрагмента после приложения силы более 29,1 + 2,8 Н и 3-х более 19,1 + 1,3 Н.
Силы компрессии при различных локализациях около- и внутрисуставных переломов, рассчитанные на биомеханических моделях, несколько отличаются от клинических данных.
Метод дозированного компрессионного остеосинтеза, дополняя известные консервативные и оперативные способы, служит очередным звеном в цепи усовершенствования качества лечения тяжелой внутрисуставной патологии.
В заключении следует заменить, что успех лечения больных с около- и внутрисуставными повреждениями определяется необходимостью дифференцированного подхода к выбору методов лечения с учётом возраста пациента, локализации перелома, тяжести повреждений костных и мягких образований.
Таким образом, предварительные исследования показали, что величины усилий, направленных на разъединение и ротационные смещения отломков, находились в прямой зависимости от количества и направления компрессирующих сил и площади сечения перелома.
Выводы
1. Компрессионный остеосинтез около- и внутрисуставных переломов обеспечивает щадящее динамическое давление отломков с учетом биологической резорбции на их стыке до конца сращения. Метод позволяет при минимуме имплантируемых в ткани конструкций, не нарушая васкуляризацию в зоне перелома, стабильно фиксировать костные фрагменты, не препятствуя раннему послеоперационному сохранению функции сустава.
2. Прочность системы «кость-аппарат» зависит от взаимодействия двух факторов -стабильности чрескостных элементов (внешняя опора, противоупорные и компрессирующие фиксаторы) и подвижности мягкотканных образований. Как показали экспериментальные исследования, основной причиной несовершенства конструкции «кость-аппарат» является несоответствие между этими факторами в сторону преобладания нагрузки на конструкцию. Однако из направлений предупреждения этого несовершенства является применение нагрузок, адекватных механическим возможностям соединения костных отломков компрессирующими фиксаторами.
3. Со второго - третьего дня после операции следует производить коррекцию жёсткости системы «кость-аппарат». Изменяя силу компрессии, можно воздействовать на процесс консолидации отломков.
Реабилитация сустава должна носить этапный характер - от упражнений с целью улучшения условий кровообращения до механотерапии, которая позволит увеличить амплитуду движений и укрепит мышечную силу.
