CC BY
16
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2018-20-1-155-159
УДК 617
МОДЕРНИЗАЦИЯ СПИЦ-ШТИФТОВ ДЛЯ ОСТЕОСИНТЕЗА КОСТЕЙ ЧЕЛЮСТНО-ЛИЦЕВОЙ ОБЛАСТИ
Трубина1 А.В., Матвеев1'2Р.С., Трубин1 В.В.
1ФГБОУ ВО Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, г. Чебоксары, Российская Федерация 2ГАУДПО Институт усовершенствования врачей, г. Чебоксары, Российская Федерация
Аннотация. Вопросы травматологии занимают одно из ведущих мест в челюстно-лицевой хирургии и медицине в целом. Одним из методов хирургического закрепления отломков, который применяется в челюстно-лицевой области, является внут-рикостный остеосинтез спицей-штифтом. Для этого используются спицы диаметром 1, 1,5 и 2 мм. По нашему мнению, он является методом выбора, так как малотравматичен и малозатратен, ввиду незначительной стоимости фиксатора. Остеосинтез спицей может являться самодостаточным при лечении определенных видов переломов. Обращая внимание на недостатки внутрикостного остеосинтеза спицами-штифтами костей челюстно-лицевой области, учитывая то, что дополнительного внешнего охлаждения для приведения спицы через кость на большую глубину создать невозможно, мы сочли необходимым подобрать специальную спицу-штифт для челюстно-лицевой области. В работе представлены экспериментальные данные по подбору оптимальной конструкции спиц-штифтов для выполнения внутрикостного остеосинтеза при переломах костей лица. Приведен ход выполнения экспериментов. Доказано, что наилучшей заточкой спицы для костей челюстно-лицевой области является перовая. Ввиду того, что хирургу необходимо определять глубину погружения спицы, она должна иметь градуировку. Наилучшим для градуирования спиц-штифтов оказался метод лазерной маркировки металла. Определена сила, приводящая к обратимой и необратимой деформации спиц-штифтов. Выводы, полученные авторами, могут иметь большое практическое значение как для челюстно-лицевых хирургов, так и для травматологов. Ключевые слова: внутрикостный остеосинтез, спица-штифт, градуировка и заточка спиц
Вопросы травматологии занимают одно из ведущих мест в челюстно-лицевой хирургии и медицине в целом. По статистическим и литературным данным переломы лицевого черепа составляют около 17% от всех травм костей человеческого скелета [1, с. 3-14; 2, с.9-22, 195-204]. При этом, остеосинтез при переломах челюстей, как более функциональный метод закрепления отломков, в Чувашской Республике проводится достаточно редко (в 5-6% случаев), несмотря на то, что сроки лечения больных с переломами челюстей при выполнении остеосинтеза на 10-12 дней меньше, нежели при применении традиционных методов ортопедического лечения (назубное шинирование). Это связано со сложностью методик остеосинтеза и большей совокупностью затрат при его выполнении.
Одним из методов хирургического закрепления отломков, который применяется в челюстно-лицевой области, является внутрикостный остеосинтез спицей-штифтом [1, с. 92-109; 2 с.115-148; 3; 4; 5, а 219-221, 241-247; 6, с.140-145]. Для этого используются спицы диаметром 1, 1,5 и 2 мм. По нашему мнению, он является методом выбора, так как малотравматичен и ма-
лозатратен, ввиду незначительной стоимости фиксатора. Остеосинтез спицей может являться самодостаточным при лечении определенных видов переломов.
Но и эта известная методика имеет некоторые недостатки, к которым можно отнести, в том числе, и миграцию спицы [5 с.241-247]. И это может происходить по следующим причинам.
Во-первых, при отсутствии контроля глубины погружения спицы при ее проведении можно создать слишком продолжительный канал, по которому спица в дальнейшем будет мигрировать. Например, при остеосинтезе мыщелкового отростка нижней челюсти отсутствие контроля глубины введения спицы может привести к ее проведению или миграции в полость черепа [5, с. 241-247].
Во-вторых, лизис костной ткани вокруг канала и несостоятельность дополнительного закрепления спицы-штифта.
Для исправления первого недостатка было предложено, во время проведения операции, градуировать спицы механическим методом по способу нанесения насечек [6, с. 143]. Так как насечку предложено произ-
—---
'Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК
~ 155 ~
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2018. Vol. 20. No 1
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2017-20-l —--—
водить бормашиной - это может привести к загрязнению операционного поля. Неконтролируемая, «на руках», проводимая насечка на спицу может привести к тому, что под нагрузкой в месте нанесения градуировки происходит перелом фиксатора.
Лизису костной ткани вокруг канала проведения спицы-штифта способствует перегрев костной ткани при введении фиксатора. К перегреву приводят: невозможность применения внешнего дополнительного охлаждения, скорость вращения при проведении спицы-штифта, форма заточки рабочей части спицы.
Основными видами заточки спиц являются: лопатка, трехгранная и перовая заточка [2, с. 115; 7, с. 682]. Точного описания того, какая заточка спицы предпочтительна для остеосинтеза костей лица, в литературе найти не удалось.
Обращая внимание на недостатки внутрикостного остеосинтеза спицами-штифтами костей челюстно-ли-цевой области, учитывая то, что дополнительного внешнего охлаждения для приведения спицы через кость на большую глубину создать невозможно, мы сочли необходимым подобрать специальную спицу-штифт для челюстно-лицевой области. Для этого было необходимо определить: 1. оптимальную маркировку глубины введения спицы-штифта, способную соответствовать требованиям эксплуатации; 2. оптимальную форму режущего конца спицы-штифта, с учетом ряда определенных факторов, к которым относится тонкий кортикальный слой и превалирование губчатой костной ткани в зонах проведения спицы. Сюда же можно отнести необходимость самостоятельного закрепления спицы-штифта в костной ткани без дополнительных элементов. 3. Определение оптимальных скоростных характеристик введения спицы-штифта.
Для достижения поставленных задач, при финансовой поддержке «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере», был проведен ряд экспериментов, которые можно разделить на 2 группы: подбор оптимальной градуировки спиц-штифтов и определение прочностных характеристик с выбранными градуировками.
При подборе способа градуировки спиц-штифтов, мы учитывали способность выдерживания медицинской стерилизации, видимость делений и влияние гра-дуировочных делений на прочность спиц.
Для исследования использовались стандартные 1,5 мм спицы из медицинской стали с нанесением градуи-ровочных делений методом наката, механическим за-пиливанием, покрытия акриловой краской и лазерной гравировки. Полученные экспериментальные образцы подверглись испытаниям на переносимость медицинской стерилизацией в автоклаве. Спицы с акриловыми делениями не выдержали стерилизации, поэтому были исключены из последующих испытаний.
Следующие эксперименты проводились для спиц-штифтов с градуировкой по способу наката, насечек и лазерной маркировки металла.
Испытание на видимость делений спицы-штифта при ее вращении проводилось с помощью зажимного устройства для спиц для остеосинтеза [8]. Испытуемая спица-штифт фиксировалась в зажимном устройстве, которое подавало на нее обороты. При этом важными являлись ширина делений и диаметр спицы в этой области, при которых градуировка четко видна при применении спицы. Получены следующие данные: ширина деления для любого способа градуировки 1 мм достаточна для четкой видимости. Лазерная гравировка - контрастна, диаметр спицы не изменен; градуировка методом наката при вращении плохо видна, диаметр спицы в области маркировки 1,4 мм; насечка методом запиливания - заметна, диаметр спицы в зоне маркировки 1,3 мм.
В общей травматологии прочностные характеристики спиц определены при их натяжении в аппаратах внешней фиксации, что значительно повышает прочность самой спицы [7, с. 6-82]. В челюстно-лицевой хирургии спицы используются, как круглые штифты без натяжения. На основе этого, проведены эксперименты со спицами на изгиб и обратимость деформации.
Для определения прочности спиц-штифтов на изгиб мы определили угол необратимой деформации как для стандартных медицинских спиц диаметрами 1, 1,5 и 2 мм, так и для 1,5 мм спиц с выбранными нами градуировками. Так, у спицы диаметром 1 мм необратимая деформация возникает при отклонении спицы более 9°, у спицы диаметром 1,5 мм этот угол будет более 11°, у 2-х мм спицы - 13°, у спиц с лазерной маркировкой диаметром 1,5 мм - 11°, у 1,5 мм спиц с накатом -10°, с насечкой - 9°. Данный угол отклонения определялся следующим способом. На экспериментальном стенде в фиксаторе закреплялась спица-штифт, на которую одевалась металлическая трубка с внутренним диаметром 2 мм, не дающая изгибаться спице по дуге. Фиксатор и трубка имитировали костные фрагменты, которые закрепляются спицей-штифтом. Положение спицы-штифта сначала выравнивалось по транспортиру, закрепленному на вертикальной части стенда, позади фиксатора, затем, по тому же транспортиру контролировали степень отклонения и способность спицы-штифта вернуться в исходное положение. Необратимой деформацией считалась невозможность спицы вернуться в исходное положение.
Чтобы найти силу, прилагаемую к спице при ее отклонении, мы использовали электронный динамометр с тарированием в граммах (до 10 кг) фирмы «ЫЪ>, закрепленный в горизонтальном направлении на платформе. Динамометр соединялся со спицей при помощи винтовой системы нагрузки через заводные кольца.
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2018. Vol. 20. No 1
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2018-20-l —--—
Сила прикладывалась к спице на расстоянии 20 мм от места фиксации спицы. Это объясняется тем, что при одном из вариантов остеосинтеза нижней челюсти спица-штифт вводится на расстоянии минимум 20 мм от щели перелома. При этом мы отклоняли спицу, в первом случае на 1°, чтобы определить силу, которая приведет к нестабильному остеосинтезу, а во втором случае, отклонение производилось на величину угла необратимой деформации для спицы каждого диаметра.
Результаты измерений показали, что для отклонения стандартных спиц диаметром 1 мм на 1°, в сред-
нем, необходимо приложить силу в 0,3±0,07 Н, для отклонения спиц диаметром в 1,5 мм - 0,8±0,12 Н и для двухмиллиметровых спиц необходима сила в 5,7±0,12 Н. Для градуированных спиц диаметром 1,5 мм понадобилась меньшая прилагаемая сила, чем для стандартных, при нанесении делений по способу наката (0,76±0,13 Н) и насечек (0,77±0,13 Н). Сила прилагаемая для отклонения спиц с градуировочными делениями нанесенными лазером не отличалась от таковой, что и при отклонении стандартных «гладких» спиц. Это и данные приведенные в таблице 1 доказывает, что лазерная маркировка не влияет на прочностные характеристики спиц.
Таблица 1
Средние значения сил, приложенных к спицам приведших к их необратимой деформации
Качественные характеристики спиц Сила приводящая к необратимой деформации, в Н
Стандартные «гладкие» спицы
Диаметр 1 мм 1,96±0,03
1,5 мм 25,85±0,25
2 мм 57,84±0,89
Градуированные спицы диаметром 1,5 мм
Способ нанесения градуировочных делений Насечка 19,90±0,6
Накат 23,12±0,28
Лазерная гравировка 25,85±0,25
Для сравнения методов и более наглядного представления преимущества остеосинтеза спицей, мы провели исследование на необратимую деформацию и определение силы, приводящей к ней и для микро- и минипластин применяемых в челюстно-лицевой хирургии. В отличие от спиц-штифтов, микро- и мини-пластины для накостного остеосинтеза не имеют обратимой деформации, так они имеют плоскую форму. Данные полученные в ходе эксперимента показывают, что для микропластин необратимая деформация возникает при приложении силы в 3,5±0,35 Н, а для мини-пластин - в 43,7±1,39 Н. Деформация как микро-, так и минипластин происходит в точке фиксации на стенде.
Значительная жесткость минипластин объясняется их «громоздкими» размерами, относительно спиц-штифтов. Микропластины значительно уступают по прочности спицам-штифтам и минипластинам.
Для определения нанесения первого градуировоч-ного деления нами было проведено антропометрическое исследование ветви нижней челюсти и других костей лица 173 детей разных возрастных групп от 7 до 18 лет на базе МБОУ «СОШ № 2» г. Чебоксары, проведен анализ компьютерных томограмм 30-ти пациентов трудоспособного возраста, выполнен литературный поиск [9].
На основе полученных данных мы смогли вывести средние значения и определить, что первое градуиро-вочное деление должно находиться на расстоянии 4 см от рабочего конца спицы. Для проведения остеосинтеза костей лица достаточно 5 градуировочных делений с расстоянием между ними в 10 мм. На основании опыта клинического применения, большее количество делений оказалось нецелесообразным.
Последним этапом исследования стал подбор оптимальной заточки спиц-штифтов для остеосинтеза костей лица. Исследуемыми заточками спиц мы выбрали: трехгранную, лопатку и перовую. В ходе проведения эксперимента выяснялось какая из заточек позволяет проходить кость быстрее и не заклинивает в костной ткани при непрерывном введении при почти одинаковом давлении на спицу от руки [10, с. 307-313], на одинаковых оборотах с одинаковым максимальным вращательным моментом - торком (0,8 Н*м), обеспечиваемых физиодиспенсером марки NSK модели «Surgic Pro».
В качестве костного материала выбраны позвонки крупного рогатого скота, в среднем одинокого размера 48х40 мм. Полученные данные приведены в таблице 2. После проведения эксперимента на скорости 400 об/мин мы отказались от заточки в виде лопатки ввиду ее неэффективности на малых оборотах, так как малые обороты снижают возможность перегрева кости.
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2018. Vol. 20. No 1
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2017-20-1 —--—
Таблица 2
Средние значения прохождения костной ткани (в мм) спиц с разными видами заточки
Скорость вращения Вид заточки рабочей части спицы
Лопатка Трехгранник «Перо»
400 об/мин 2,45±0,17 7,09±0,11 6,03±0,11
600 об/мин *** 10,01±0,15 12±0,19
700 об/мин 17,65±3,36 40,52±1,19
800 об/мин 20,36±4,09 / либо горение кости* не останавливается**
Примечание: *эксперимент прерывался из-за видимого горения костной ткани; **спица-штифт проходила позвонок насквозь; ***спица заклинивала, проходя на то же расстояние, что и при 400 об/мин, поэтому была исключена из дальнейшего исследования.
Перовая форма заточки в большей степени, нежели трехгранная, позволяет фиксировать, заклинивать спицу-штифт в губчатом веществе кости при ее небольшом доколачивании после введения на необходимую глубину. Это в свою очередь упрощает некоторые виды внутрикостного остеосинтеза костей лица, исключая использование дополнительных фиксирующих конструкций для спиц.
По итогам проведенных испытаний и экспериментов, получилось определить качественные характеристики спиц-штифтов для проведения внутрикостного остеосинтеза костей лица.
Оптимальным является нанесение градуировочных делений шириной 1 мм методом лазерной гравировки, так как при этом не нарушаются прочностные характеристики спиц-штифтов, во время проведения операции градуировочные деления хорошо визуализируются и такая маркировка выдерживает все этапы медицинской стерилизации. В виду анатомических особенностей костей лица, было установлено, что первое граду-ировочное деление стоит наносить на расстоянии 40 мм от режущего края. Достаточное расстояние между последующими делениями 10 мм.
Оптимальной заточкой рабочей части спицы для проведения операций в области лица является «перо», так как на любых оборотах введения спицы, использованных в нашем исследования не происходило видимого горения костной ткани и отсутствовало «заклини-
вание» спицы в кости, то есть остановка вращения моторной системы. Так же, данная заточка, позволяет выполнить самофиксацию спицы-штифта в кости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Травмы челюстно-лицевой области. Авт.: Н.М.Александров, П.З.Аржанцев, Б.С.Вихрев и др./Под ред. Н.М. Александрова. - М.: Медицина, 1986- 448 с.
[2] Иващенко Н.И. Травмы лица у юношей (опыт и размышления). - М.: Медицина, 2006. - 328 с.
[3] Трубин В.В. Способ закрепления отломков костей носа при многооскольчатых переломах. - Патент Российской Федерации № 2131708.
[4] Трубин В.В. Способ остеосинтеза отломков скуловой кости. - Патент Российской Федерации № 2148961.
[5] Швырков М.Б., Афанасьев В.В., Стародубцев В.С. Неогнестрельные переломы челюстей: Руководство. - М.: Медицина, 1999. -336 с.
[6] Патология височно-нижнечелюстных суставов / И.А. Семкин, Н.А.Рабухина, С.И. Волков. - М: Практическая медицина, 2011. -168 с.
[7] Стецула В.И., Девятов А.А. Чрескостный остеосинтез в травматологии. - К.: Здоров'я, 1987. - 200 с.
[8] Трубина А.В., Трубин В.В. Зажимное устройство для спиц для остеосинтеза костей лица. - Патент Российской Федерации на полезную модель № 174336.
[9] Еловикова А.Н. Экспресс-диагностика клинических разновидностей сагиттальных аномалий окклюзии методом антропометрии лица по А.Н. Еловиковой: методические указания. Пермь: Перм. гос. мед. академия, 2006 - 16 с.
[10] Робустова Т.Г. Имплантация зубов (хирургические аспекты). - М.: Медицина, 2003. - 560 с.
MODERNIZATION OF THE WIRE-PINS FOR OSTEOSYNTHESIS OF BONES OF THE MAXILLOFACIAL REGION
Trubina1 A.V., Matveev12R.S., Trubin1 V.V.
1Chuvash state University named after I.N. Ulyanov, Cheboksary, Russian Federation 2The Postgraduate Doctors' Traning institute, Cheboksary, Russian Federation
Annotation. Questions of traumatology are one of the leading positions in oral and maxillofacial surgery and General medicine. One of the methods of surgical fixation of bone fragments, which is used in the maxillofacial region, is intraosseous oleosintesis wire-pin. Wire with a diameter of 1, 1.5 and 2 mm are used for it. In our opinion, it is the method of choice as it is less traumatic and cheaper than the others, due to the low cost of the striker. Osteosynthesis using spokes can be self-sufficient in the treatment of certain types of
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2018. Vol. 20. No 1
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2018-20-1 —--—
fractures. Paying attention to the disadvantages of the intraosseous osteosynthesis using wire-pins for the bones of the maxillofacial region, given the fact that additional external cooling to brill the spokes through the bone to a greater depth it is impossible to create, we found it necessary to select a special wire-pin for the maxillofacial region. The article presents experimental data on the selection of the optimal construction of wire-pins for the intraosseous osteosynthesis in fractures of the bones of the face. Presented the progress of the experiments. It is proved that the best wire sharpening for the bones of the maxillofacial region is feather alike. Due to the fact that the surgeon needs to determine the immersion depth of the wires, it must be graduated. Laser marking is the best way to graduare the wires. Defined the strength, leading to reversible and irreversible deformation of the wiree-pins. The conclusions obtained by the authors, can have a great practical value for maxillofacial surgeons and traumatologists Key words: intraosseous osteosynthesis, the wire-pin, graduation and sharpening spokes.
REFERENCES
[1] Travmy cheljustno-licevoj oblasti. Avt.: N.M.Aleksandrov, P.Z.Arzhancev, B.S.Vihrev i dr./Pod red. N.M. Aleksan-drova. - M.: Medicina, 1986- 448 p.
[2] Ivashhenko N.I. Travmy lica u junoshej (opyt i razmyshlen-ija). - M.: Medicina, 2006. - 328 p.
[3] Trubin V.V. Sposob zakreplenija otlomkov kostej nosa pri mnogooskol'chatyh pere-lomah. - Patent Rossijskoj Feder-acii № 2131708.
[4] Trubin V.V. Sposob osteosinteza otlomkov skulovoj kosti. - Patent Rossijskoj Federacii № 2148961.
[5] Shvyrkov M.B., Afanas'ev V.V., Starodubcev V.S. Neo-gnestrel'nye perelomy che-ljustej: Rukovodstvo. - M.: Medicina, 1999. -336 p.
[6] Patologija visochno-nizhnecheljustnyh sustavov / I.A. Semkin, N.A.Rabuhina, S.I. Volkov. - M: Prakticheskaja medicina, 2011. -168 p.
[7] Stecula V.I., Devjatov A.A. Chreskostnyj osteosintez v travmatologii. - K.: Zdo-rov'ja, 1987. - 200 p.
[8] Trubina A.V., Trubin V.V. Zazhimnoe ustrojstvo dlja spic dlja osteosinteza kostej lica. - Patent Rossijskoj Federacii na poleznuju model' № 174336.
[9] Elovikova A.N. Jekspress-diagnostika klinicheskih raznovidnostej sagittal'nyh anomalij okkljuzii metodom an-tropometrii lica po A.N. Elovikovoj: metodicheskie ukaza-nija. Perm': Perm. gos. med. akademija, 2006. - 16 p.
[10] Robustova T.G. Implantacija zubov (hirurgicheskie aspekty). - M.: Medicina, 2003. - 560 p.
