CC BY
26
I
Орипнальы досл1дження
Original Researches
Травма
УДК 617.577:616.8-009.12-089.22:615.47 DOI: 10.22141/1608-1706.3.17.2016.75795
НАУМЕНКОЛ.Ю.1, КОСТРИЦЯ КЮ12, АРБУЗОВ М.А.3, МАМЕТЬСВ А.О.4 1ДЗ «ДМА МОЗ Украни», м. Днпро, Украна
2 КЗ «Новомосковська ЦРЛ» ДОР, м. Новомосковськ, Украна
3 Дн1пропетровський нацюнальний университет зал/зничного транспорту ¡мен/ академка В. Лазаряна, м. Днпро, Украна
4ДЗ «Укра!нський державний НД1МСП1 МОЗ Украни», м. Днпро, Украна
обгрунтування можливост використання
одноплощинного шарырного апарата зовншньот фксацп для лкування контрактур
пальщв кист
Резюме. При сшких довготривалих контрактурах псля травм, включаючи артрогенн'ь доцльне використання апаратв зовн'шньо! фксацИ. Мета роботи: надати бюмеханчне обгрунтування для використання одноплощинного шарн'рного апарата зовн'шньо! фксацИ для лкування контрактур у мЬкфалангових су-глобах пальцв кист¡. Матер'юли та методи. Шляхом математичного моделювання вивчалася бюмеханчна робота пристрою для лкування контрактур суглобв пальцв кистI однобчноI одноплощинно! конструкцИ. Результати й обговорення. Уматематичнй моделI бюмеханчну роботуданого апарата зовн'шньо! фксацИ можна подлити на дв1 частини: активну механчну роботу накладно! системи та пасивну роботу кстково-суглобного вузла. Суглобурозрахункахможе бутиподанийувигляд!пружного шарн'ра. Сила, що необхдна для щоденного прикладання п1д час лкування, становить 21 Н, що вдповдае 1 градусу повороту у хворому суглоб!. Пристроем необхдне активне зусилля розвиваеться й передаеться через два к1стков1 р1зьбов1 стрижн'1 на середню чидистальну фаланги. Анал1тичн1 вирази дають змогу визначити поздовжн!зусилля, що дють у дистальнй, проксимальна пластинI та поворотному механ1змI в будь-який момент роботи апарата зовн'шньоI фксацИ. Висновки. Проведене дослдження дае пдстави вважати, що використання одноплощинного одностороннього апарата забезпечуе умови для дозованого повороту в суглобI та подолання пружних характеристик р1зного ступеня вираженостI.
Ключов'1 слова: контрактури мЬкфалангових суглобв кист!, математичне моделювання, одноплощинний односторонне апарат зовн'шньо! фксацИ.
Вступ
У CTpyKTypi пошкоджень опорно-рухового апара-ту травми кист становлять близько 1/3 i часто при-зводять до швалщносп постраждалих (21—28 % вщ ycix первинно оглянутих експертними комiсiями). В останш роки вщзначаеться ютотне збшьшення част-ки тяжких пошкоджень кист (до 12—15 %), що обу-мовлюе зростання частоти ускладнень до 35 % [6]. Основним ускладненням травм кист е формування контрактур пальщв кисп, а формування стшких зги-нальних контрактур е негативною прогностичною ознакою, що значно попршуе умови для виновного лшування [1].
Традицшш методи лшування не завжди дають бажа-ний результат i часто призводять до подовження термь шв л^вання або швалщност! За даними А.В. 1патова (2009 р.), серед хворих з патолопею кисп, вперше ви-
знаних швалщами, частка з контрактурами в суглобах пальщв киста становить до 46,7 %.
Численнють юнуючих методiв реконструктивно-вщновного л^вання наслщыв травм кисп, вщсутшсть чггких показань до ix застосування, багатоетапнють операцш створюе необxiднiсть подальшого вдоскона-
Ддреса для листування з авторами: Костриця Костянтин Юршович Кафедра медико-сощально! експертизи i реабштаци ФПО ДЗ «ДМА МОЗ Украши», вул. Вернадського, м. Дншро, 49044, Укра'1на E-mail: [email protected]
© Науменко Л.Ю., Костриця К.Ю., Арбузов М.А.,
Маметьев А.О., 2016 © «Травма», 2016 © Заславський О.Ю., 2016
лення способiв вiдновлення функци травмовано! кистi [2, 7, 10].
Багато дослщниыв зазначають, що одним з ефектив-них способiв збереження i вiдновлення рухiв у суглобах е використання компресiйно-дистракцiйних шаршр-них апарапв. При стiйких довготривалих контрактурах тсля травм, включаючи пошкодження суглобових по-верхонь, доцiльне використання апаратiв зовшшньо! фiксацii. З !х допомогою поступово усувають дефор-маци й контрактури в суглобах, досягають необхщно-го розведення суглобових поверхонь шсля операцш на суглобах, зокрема артропластики або артролiзу, що забезпечують рухи iз заданою амплiтудою та в заданш площинi пiсля операцiй на капсульно-зв'язковому апарат суглоба, коли стабiлiзуючi елементи суглоба руйнуються патологiчним процесом або оперативним втручанням i в суглобi не залишаеться ефективних ана-томiчних структур, що перешкоджали б нефiзюлоriч-ним рухам, зокрема бiчному вщхиленню [5, 9].
Мета роботи: надати бюмехашчне обгрунтування для використання одноплощинного шарнiрного апа-рата зовшшньо! фшсаци для лiкування контрактур у мiжфалангових суглобах пальцiв кистi.
Матер1али та методи
Одним iз ефективних способiв лiкувaння контрактур суглобiв пальщв е використання компресш-но-дистрaкцiйних шаршрних aпaрaтiв. На сьогоднi в клМчнш прaктицi свiту iснуе не один десяток таких пристро!в. 1х можна умовно роздiлити на чотири гру-пи: це однобiчнa одноплощинна конструкщя, одно-бiчнa двоплощинна, двостороння одноплощинна й двостороння двоплощинна (триангулярна) конструк-цГ! [5, 9]. Дaнi пристро! конструктивно нaцiленi на ви-ршення одше! зaдaчi, але бiомехaнiчнa !х робота рiзнa. Дистрaкцiя сухожиль i суглобових сумок пaльцiв кистi, дозоване згинання або розгинання в суглобi пальця, плавна передача зусилля тиску на фшсатори фаланг як при згинанш, так i при розгинанш в суглобi — основнi завдання, яы повиннi виконувати тaкi апарати [3].
У нашому дослiдженнi шляхом математичного моде-лювання вивчалася бюмехашчна робота пристрою для лiкувaння контрактур суглобiв пaльцiв кистi однобiч-но! одноплощинно! конструкци (рис. 1). На вщмшу вiд подiбних пристро!в однобiчноi одноплощинно! конструкци даний виконуе центрування обертання шарш-ра з природною вiссю суглоба й фшсування в заданому положеннi при забезпеченш унiверсaльностi для рiзноi довжини фаланг пальщв, може застосовуватись на дис-тальному й проксимальному мiжфaлaнгових суглобах.
Пристрш для лiкувaння контрактур суглобiв пaльцiв кистi (заявка на патент № и201511860 вiд 30.11.2015 р.) складаеться з проксимально! секци (1) i дистально! секци (2), виконаних у виглядi пластин. Кожна секщя жорстко з'еднана з юсткою (фалангою) ыстковими рiзьбовими стрижнями (3) (по два стрижш на кожну фалангу) ^зь отвори (4) для фшсаци стрижнiв. Секци Г-подiбноi форми. Мiж собою секци з'еднaнi шарш-ром (5), вюь якого збiгaеться з вюсю обертання сугло-
5 8 9
15 3 1 4
6 7 2 3 15
б
Рисунок 1. Пристрш для л!кування контрактур суглоб'в пальц!в кис-л: а) вигляд збоку; б) ви-гляд зверху (пояснення в тексл)
ба через осьовий рiзьбовий юстковий стрижень (6), що проходить через отвiр (4) дистально! секцй (2) та дина-мiчний овальний отвiр (7) проксимально! секци (1) i яв-ляе собою опору дистрaкцiйного мехашзму (8) у виглядi болта (9) у жорстко закршленш на проксимальнш плас-тинi гaйцi (10). Пристрш мютить поворотний мехaнiзм (11) у вигляд! болта (12) з контргайками (13), розташова-ного в кутових опорах (14) з шаршрами (15) на пластинах з можливютю фксування положення пластин.
Результати
У математичнш моделi бiомехaнiчну роботу даного апарата зовшшньо! фшсаци можна подтити на двi час-тини: активну мехашчну роботу накладно! системи та пасивну роботу юстково-суглобного вузла. За першим законом Ньютона сила, що прикладаеться в!д накладно! мехашчно! системи, ¥ зазнае протиди вщ ыстково-суглобного вузла —¥. Щ двi сили протилежно направлен^ але рiвнi за абсолютним значенням.
Здоровий суглоб при ди зовшшньо! сили ¥чинить !й опiр Я. Отр Я складаеться iз сил тертя в мiжфaлaнгово-му простор^ сил натягу та тертя сухожилля, сил натягу суглобно! капсули. Розглядати склaдовi опору Я окре-мо одна вщ одно! недоцiльно для поставлено! мети. Необхщно оперувати загальним опором Я згинанню суглоба.
Для цього здоровий проксимальний суглоб пальця може бути дослщжений на рухливють шляхом фiксaцii проксимально! фаланги, прикладанням сили розгинання до дистального суглоба та вимiрювaнням вели-чини його перемщення (рис. 2).
Результати дослщження показують, що зaлежнiсть сил опору розгинанню здорового проксимального суглоба описуеться прямо пропорцшною залежшстю за-
а
у = 75,196x
О 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 Перемщення, м
Рисунок 2. Залежнсть сил опору розгинанню проксимального суглоба при перем1щенн! дис-тального суглоба
кону Гука: Я = 75,196х, де 75,196 — коефщент пропо-рщйносп, Н/м, е жорстюстю проксимального суглоба.
Отже, суглоб в розрахунках може бути поданий у виглядi пружного шаршра. Тодi середня фаланга, до-вжина яко! становить у середньому 23 мм, виступае ригелем. Отже, отр повороту здорового проксимального суглоба опишеться рiвнянням:
M = 0,0007ф,
де 0,0007 — коефщент пропорцiйностi здорового суглоба, Н • м .
градус
Ф — кут повороту, градус.
де 0,322 контрактурах,
M = 0,322ф,
коефщент пропорцшносл суглоба при Н • м
градус
Ф — кут повороту, градус.
MR = 0,483 H
м.
Визначимо сили, що дiють в механiчному пристро! для лiкування контрактур суглобiв пальщв кистi. На рис. 4 подана розрахункова схема. Запишемо рiвняння моменпв сил вiдносно осi шарнiра:
cF3 = (a + b)Fj + bF2,
де С — вщстань ош шарнiра до осi юсткового рiзьбово-го стрижня проксимально! пластини, 25—30 мм. Звiдси F3 = 17,9 Н.
Запишемо рiвняння моменпв сил вiдносно осi кiсткового рiзьбового стрижня проксимально! плас-тини:
cF4 = (с • cos ф + b)F2 + (c • cos ф + a + b)F.
Звщки максимальне значення F4 при ф = 0 становить 58,9 H.
При теногенних, артрогенних та десмогенних контрактурах жорстюсть проксимальних i дистальних суглобiв кисп значно вища. Н.С. Шидловський 3i ств-авт. [8] визначив в анатомо-бюмехашчному експери-ментi на трупному матер1ал1 жорсткiсть капсульно-зв'язкового апарату проксимальних м1жфалангових суглобiв, що становить 34,65 Н/мм. Порiвняно зi здо-ровим суглобом це в 460 разiв бiльше.
Тодi опiр повороту проксимального суглоба при контрактурах опишеться рiвнянням:
Виходячи з того, що шд час лiкування контракту-ри щодня необхiдно реалiзувати поворот у суглобi на 1 градус i релаксацiя пружного опору становитиме 50 % за добу, маемо щоденний опiр повороту проксимального суглоба (рис. 3):
Рисунок 3. Розрахункова схема роботи проксимального мiжфалангового суглоба
Пристрш передае зовшшне зусилля на середню фалангу через два кiстковi рiзьбовi стрижнi та Г.
Сума моментiв активних сил та Г2 дорiвнюе опору повороту:
Мк = (а + Ь^ + ЬF2,
де а — вщстань мiж осями юсткових рiзьбових стриж-нiв, 7—9 мм; Ь — вщстань осi шаршра до ош першого кiсткового рiзьбового стрижня, 8—10 мм.
Виходячи з принципу рiвностi роботи сил та Г2, маемо = 14,2 Н, F1 = 26,8 Н.
F3 F4 -\ R
—©—о ч>
\ \ \ ____ '2
Рисунок4. Розрахункова схема механ!чно/роботи пристрою
Запишемо pîbhhhhh проекцй' сил на Bicb проксимально!' пластини:
Fs = sin ф (F1 + F)).
Звщси максимальне значення F5 при ф = 90° становить 41,0 H.
Рiвнодiюча сил F4 та F5 залежить вщ кута ф (рис. 5).
Поздовжне зусилля стискання в дистальнiй пласти-нi дорiвнюе
N =
д sin ф
Поздовжне зусилля розтягнення в проксимальнш пластинi дорiвнюе
Fa
N = F5 + .
п 5 tg ф
Поздовжне зусилля розтягнення в поворотному ме-xанiзмi у виглядi болта дорiвнюе
N = F4 COS а ,
б sin ф
де а — кут мiж вiссю дистальноi пластини та болта поворотного мехашзму,
а = 10° + ф .
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Кут повороту апарата ч>, градус
Рисунок 5. Залежнсть р1внод!ючо/' сили в шарн!р! вд кута поворотудистальноï секцИ
-Дистапьна пластина
-----Проксимальна пластина
Поворотний мехаызм
Рисунок 6. Залежшсть поздовжнх зусиль в од-ноплощинному шарн!рному апарат! зовн!шньо/' ф1ксац!/' залежно вд кута ф
Останш аналггичш вирази дають змогу визначити по-здовжш зусилля, що дшть в дистальнш, проксимальнш пластиш та поворотному механiзмi залежно вщ кута ф (рис. 6), тобто в будь-який момент роботи одноплощин-ного шаршрного апарата зовнiшньоï ф1ксаци.
Отже, проведеш дослщження на математичнiй моде-лi показали, що суглоб може розглядатися як пружний шарнiр. Сила, що необидна для щоденного прикладання пщ час лiкування, становить 21 Н, що вщповщае 1 градусу повороту у хворому суглоб1 Пристроем для лкуван-ня контрактур суглобiв пальцiв кистi необхщне активне зусилля розвиваеться й передаеться через два кютахга рiзьбовi стрижнi на середню чи дистальну фаланги. Ви-значено поздовжш зусилля дистально'! пластини, проксимально! пластини та болта поворотного мехашзму, що виникають при робота апарата зовшшньо! фксаци.
Висновки
Проведене дослщження дае пiдстави вважати, що використання одноплощинного одностороннього апарата забезпечуе умови для дозованого повороту в суглобi та подолання пружних характеристик рiзного ступеня вираженостi. Технiчнi характеристики одноплощинного апарата, простота конструкций та простота монтажу на киста шдтверджують доцтьшсть його використання в кшшчнш практицi.
Конфлiкт ÎHTepecÎB. Автори заявляють про вщсут-нiсть конфлiкту штерешв.
Список л1тератури
1. Ращональна жорстысть шаршрних anapamie для лкування травм та захворювань суглобiв пальщв Kucmi / О.А. Бур'янов, А. В. Самохн, В. В. Котюк, О.В. Тимошенко // Всник НТУУ «КП1». Машинобу-дування: 36ipHUK наукових праць. — 2010. — № 58. — С. 204-207.
2. Патент РФ № RU 2029521, МПК А61В17/60. Аппа-
рат для лечения костных и мягкотканевых аномалий кисти. Малахов О.А., Терехова О.Ю., Цуканов В.Е. Опубл. 27.02.1995.
3. Патент РФ № RU2268017, МПК A61B17/66. Устрой-
ство для лечения застарелых вывихов фаланг пальцев кисти, исправления контрактур межфаланговых суставов. Бейдик О.В., Катаев И.А., Островский Н.В., Шевченко К.В. Опубл. 01.01.2000.
4. Шидловський Н.С., Лакша А.М., Лакша А.А. Параме-
тры жесткости стержневих аппаратов внешней фиксации // Всник НТУУ «КП1», серия «Машиностроение». — 2010. — № 59. — С. 34-37.
5. Родоманова Л.А. Профилактика ишемических кон-
трактур кисти после тяжелых травматических повреждений: Пособие для врачей / Л.А. Родоманова, Д.И. Кутянов, К.С. Мелихов. — СПб.: РНИИТО им. P.P. Вредена, 2013. — 24с.
6. Куртний 1.М. Особливосmi патогенетичних мехaнiзмiв
формування стшких згинальних контрактур пальщв кисmi у хворих з на^дками поеднано1 травми rn^i та nеpедnлiччя / Куршний 1.М., Страфун С.С., Гайо-
вич В.В. // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2000. — № 4. — С. 29-35.
7. Науменко Л.Ю. Результати хiрургiчного лжування хворих з на^дками травм пальщв rn^i / Науменко Л.Ю., Маметьев А.А., Варт В.В. // Травма. — 2010. — Т. 11, № 1. — С. 34-37.
8. Wolfe S.W., Green D.P. Operative Hand Surgery. — 6h ed. —
2010. — Vol. 2. — P. 1102-1103.
9. Страфун С.С. Первинна iнвалiднiсть у пращвни^в
сыьськогосподарських регюшв вна^док вiдкритих пошкоджень m^i / С.С. Страфун, О.А. Костогриз, 1.М. Куртний // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2001. — № 1. — С. 40-44.
10. Green D. Green's Operative Hand Surgery / D. Green [et al.]. — Churchill Livingstone, 2005. — P. 2424
Отримано 27.04.16 ■
Науменко Л.Ю.1, Кострица К.Ю.12, Арбузов М.А.3, Маметьев А.А.4
1ГУ «ДМА МЗ Украины», г. Днепр, Украина
2КУ «Новомосковская ЦРБ» ДОС, г. Новомосковск, Украина
3Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, г. Днепр, Украина
4ГУ «Украинский государственный НИИ МСПИ МЗ Украины», г. Днепр, Украина
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОДНОПЛОСКОСТНОГО ШАРНИРНОГО АППАРАТА ВНЕШНЕЙ ФИКСАЦИИ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ КОНТРАКТУР ПАЛЬЦЕВ КИСТИ
Резюме. При устойчивых долговременных контрактурах после травм, включая артрогенные, целесообразно использование аппаратов внешней фиксации. Цель работы: дать биомеханическое обоснование для использования одноплоскостно-го шарнирного аппарата внешней фиксации для лечения контрактур в межфаланговых суставах пальцев кисти. Материалы и методы. Путем математического моделирования изучалась биомеханическая работа устройства для лечения контрактур суставов пальцев кисти односторонней одноплоскостной конструкции. Результаты и обсуждение. В математической модели биомеханическую работу данного аппарата внешней фиксации можно разделить на две части: активную механическую работу накладной системы и пассивную работу костно-суставного узла. Сустав в расчетах может быть представлен в виде эластичного шарнира. Сила, необходимая для ежедневно-
го прикладывания во время лечения, составляет 21 Н, что соответствует 1 градусу поворота в больном суставе. Устройством необходимое активное усилие развивается и передается через два костных резьбовых стержня на среднюю или дистальную фаланги. Аналитические выражения дают возможность определить продольные усилия, действующие в дистальной, проксимальной пластине и поворотном механизме в любой момент работы аппарата внешней фиксации. Выводы. Проведенное исследование дает основания считать, что использование од-ноплоскостного одностороннего аппарата обеспечивает условия для дозированного поворота в суставе и преодоления упругих характеристик разной степени выраженности.
Ключевые слова: контрактуры межфаланговых суставов кисти, математическое моделирование, односторонний однопло-скостной аппарат внешней фиксации.
Naumenko L.Yu.1, Kostrytsia K.Yu.1 2, ArbuzovM.A.3, MametievA.O.4
1State Institution «Dnipropetrovsk Medical Academy of the Ministry of Healthcare of Ukraine», Dnipro, Ukraine
2Municipal Institution «Novomoskovsk Central District Hospital» of Dnipropetrovsk Regional Council, Novomoskovsk, Ukraine
3Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazarian, Dnipro, Ukraine
4State Institution «Ukrainian State Research Institute of Medical and Social Problems of Disability of the Ministry of Healthcare of Ukraine», Dnipro, Ukraine
SUBSTANTIATION OF THE POSSIBILITY OF USING HINGED EXTERNAL FIXATION DEVICE FOR THE TREATMENT OF CONTRACTURES OF THE FINGERS
Summary. In sustained long-term contractures after injuries, including arthritic ones, it is advisable to use external fixation devices. Purpose: to provide a biomechanical substantiation for the use of unilateral single-plane hinged external fixation device for the treatment of contractures in the interphalangeal joints of the fingers. Materials and methods. Using mathematical modeling, we have studied biomechanical operation of the device for the treatment of contractures of finger joints with unilateral single-plane design. Results and discussion. In the mathematical model, the biomechanical operation of this apparatus for external fixation can be divided into two parts: the active mechanical work of the imposed system, and the passive work of bone-articular junction. The joint in the calculations can be presented in the form of an elastic hinge. The
strength required for daily application during the treatment is 21 N, which corresponds to 1 degree of rotation in the affected joint. The required active force is developed by the device and is transmitted via two bone threaded rods on the middle or distal phalanx. Analytical expressions enable us to define the longitudinal forces acting in the distal, proximal plate and the turning mechanism at any point in the operation of the external fixation device. Conclusions. The study gives reason to believe that the use of unilateral single-plane external fixation device provides conditions for controlled rotation in the joint and overcoming the elastic characteristics of varying intensity.
Key words: contractures of the interphalangeal joints of the hand, mathematical modeling, unilateral single-plane external fixation device.
