CC BY
21
I
Орипнальы досл1дження
Original Researches
УДК 616.721/.723-001.5-031.3-089.881:614.83 ЭО!: 10.22141/1608-1706.4.18.2017.109348
Попсуйшапка К. О., Карпiнський М.Ю., Тесленко С.О., Карпнська О.Д., Попов А.1.
ДУ «1нститут патологи хребта та суглоб'в iм. проф. М.1. Ситенка НАМН Укра1ни», м. Харюв, Укра'на
Залишкова фксованють хребтових сегменпв при вибухових переломах грудопоперекового в1дд1лу хребта
Резюме. Вступ. ВибуховI переломи е найбльш поширеними та найбльш тяжкими ушкодженнями хребта. Вибухов! переломи характеризуются багатовдламковим ураженням тла хребця, можуть супроводжува-тись розривом зв'язок I переломом елементв заднього опорного комплексу з формуванням рзних видв деформацй, а саме з пружною та пластичною. Мета. Експериментально визначити залишкову фксова-нсть та залишкову деформацю при вибухових переломах грудопоперекового в'1ддлу хребта. Матер'юли та методи. Предметом даного дослдження стала ф1зична модель вибухового перелому тла ТЬ12 хребця. Було створено шсть моделей на анатомчних препаратах блокв хребетних сегментв тварини (свиня) на протяз вд ТЪК до ^ хребцв. Блоки хребцв забирались у статевозрлих тварин однакового вку. Довжина блокв становила 200 мм. Перша модель була представленахребетними сегментами зIзбереженими кст-ковими та зв'язковими структурами (I група — норма). Удрупй модел було зруйновано до 50 % тла хребця й один сумЬкний мЬкхребцевий диск, при збереженн заднх в1ддл1в хребта та коренв дуг (II група — 30-50 % тл). У третй модел! було зруйновано 50 % тла хребця, один сум1жний мЬкхребцевий диск, а також задн в!ддли хребта та коренI дуг (III група — 50 % тла). У четвертй моделI було зруйновано 50 % тла хребця, один сумЬкний мЬкхребцевий диск I задн в1дд1ли тла хребця, коренI дуг, дуги, мЬкостистI зв'язки (IV група). В п'ятй модел! зруйновано все тло (100 %) I один сумЬкний диск (V група — 100 % тла). У шостй груп було зруйновано 100 % тла хребця, диск, дуги та зв'язки (VI група). МоделI випробували вертикальним осьовим навантаженням величиною 200 Н. Вимрювали величину кфотичноI деформацИ, осьового подовження пс-ля зняття навантаження. Результати. П1д час дослдження були отриман1 дан про змни величин кфотичноI деформацИ хребта при осьовому навантаженн залежно вд обсягу руйнування при вибуховому переломI тла ТЬ12 хребця. Також були вивчен залишковI пружн1 властивост препарат хребта при наявност зазна-чених руйнувань. Висновки. Розроблена експериментальна модель на хребт тварин дозволила нам вияви-ти основн закономрност розвитку кфотичноИ деформацИ при вибухових переломах грудопоперекового в1ддлу хребта, а саме: визначити основн бюмеханннI показники — залишкову фксовансть I залишкову деформацю хребта. Ушкодження тла хребця до 50 % призводить до первинного розвитку залишково1 деформацИ. Подальше навантаження хребта не призводить до прогресування деформацИ I залишкова фк-совансть хребта становить 100 %. Ушкодження заднього опорного комплексу хребта призводить до незна-чноИ прогресИ залишковоИ деформацИ до 6 %.
Ключовi слова: хребет; вибуховий перелом; залишковадеформаця
Вступ
Вибуховi переломи хребта е найбтьш поширеними та найбтьш тяжкими його ушкодженнями. Вони виникають в разi ди компреси, дистракци або ротаци високо! штенсивность Найбтьш частою причиною вибухових переломiв е падшня з висоти або дорожньо-транспортш пригоди. Вибуховi переломи характеризуются в першу чергу багатовщламковим ураженням тта
хребця, можуть супроводжуватись розривом зв'язок i переломом елеменпв заднього опорного комплексу з формуванням рiзних видiв деформацш i дуже часто супроводжуються наявнютю невролопчно! симптоматики. Формування вибухового перелому призводить до розвитку деформацш рiзного ступеня тяжкосп, до компреш хребтового каналу. В разi вибухового перелому ми маемо справу з двома видами деформацш, а саме
© «Травма», 2017 © Trauma, 2017
© Видавець Заславський О.Ю., 2017 © Publisher Zaslavsky O.Yu., 2017
Для кореспонденцп: Попсуйшапка Костянтин Олексмович, кандидат медичних наук, ДУ «1нститут патологи хребта та cymo6iB iM. проф. М.1. Ситенка НАМН Укра'ни», вул. Пушкшська, 80, м. Харюв, 61024, Укра'на; e-mail: konstantin.popsuy@gmail.com
For correspondence: K. Popsuyshapka, PhD, Sytenko Institute of Spine and joint Pathology Academy of Medical Science of Ukraine, Pushkinskaya st., 80, Kharkiv, 61024, Ukraine; e-mail: konstantin.popsuy@gmail.com
з пружною та пластичною. Якщо деформацiя лише пружна, то говорять про модулi пружностi, якщо на-явна пластична деформацiя, то це свтчить про мо-дулi загально! деформацп. Для того щоб визначити пружну складову модуля загально! деформацп, слiд спочатку навантажити об'ект, що дослiджуeться, пiсля чого зняти навантаження та вимiряти збть-шення об'екта. Це збтьшення характеризуе пружну складову деформацп стискання. Саме пружна складова деформацп i е залишковою фiксованiстю хребта.
Залишкова фiксованiсть хребта — це можливють хребтових сегментiв чинити ошр зовнiшнiм наван-таженням без розвитку пластично! деформацГ!. Рiз-ниця мiж скороченням i збiльшенням являе собою залишкову деформацiю, що характеризуе пластичну деформацш [1, 2].
Мета роботи: експериментально визначити залишкову фшсовашсть та залишкову деформацiю при вибухових переломах грудопоперекового вщщ-лу хребта.
Матер1али та методи
Предметом даного дослщження була фiзична модель вибухового перелому тiла ТИ12 хребця. На базi лабораторп бiомеханiки ДУ «1ПХС iм. проф. М.1. Си-тенка НАМН Укра!ни» було створено шють моделей на анатомiчних препаратах блоков хребетних сегмен-тiв тварини (свиня) на протязi вiд ТИ1Х до Ьу хребцiв. Блоки хребцiв забирались у статевозртих тварин однакового вшу. Довжина блоыв становила 200 мм. Вщомий факт, що хребцi свиш як анатомiчно, так i морфолопчно максимально наближенi до хребцiв лю-дини [3]. Так, у робот [3] авторами проводилися дослщження з вивчення анатомiчних параметрiв хребщв людини та свинi (розмiри тт хребцiв, дуг, хребетного каналу, величина фiзiологiчних викривлень). Доведено, що дослщження на свинячих хребцях е репре-зентативними. Моделювання вибухового перелому, а саме руйнування тта хребця, здшснювали згiдно з класифшащею ушкоджень грудного i поперекового вщдшв хребта Magerl й а1. [4, 5], вщповщно до груп А, АВ, АС. До вибухових ушкоджень типу А належать неповш вибуховi переломи, неповш вибуховi переломи з розколюванням i повнi вибуховi переломи. При повному вибуховому переломi все тiло хребця вибухае, хребтовий канал звужуеться за рахунок фрагменпв задньо! стiнки тта хребця. Ушкодження типу АВ е дистракцшними ушкодженнями заднього кiстково-зв'язкового апарату в комбшацп з вибухо-вим переломом типу А. Таке поеднання вщбуваеться, якщо поперечна вюь згинального моменту збiгаeться з вiссю задньо! стшки тiла хребця. Це ушкодження супроводжуеться поперечним розривом задньо! колони з компресшним ушкодженням тта хребця типу А. Воно е найбтьш частим з ушх ушкоджень хребта. Ушкодження типу АС — ротацшш ушкодження, представлен повним вибуховим переломом тiла хребця з ротащею (АС) [4, 5].
Експеримент проводився так. Перша модель була представлена хребетними сегментами 3i збереже-ними ыстковими та зв'язковими структурами (I група — норма). У другш моделi було зруйновано до 50 % тта хребця й один сумiжний мiжхребцевий диск, при збереженш заднiх в^шв хребта та коре-нiв дуг (II група — 30—50 % тт). У третш моделi було зруйновано 50 % тта хребця, один сумiжний мГж-хребцевий диск, а також заднi вщдти хребта та кореш дуг (III група — 50 % тта). Щ ушкодження збь гаються з неповним вибуховим переломом типу А. У четвертш моделi було зруйновано 50 % тта хребця, один сумiжний мiжхребцевий диск, заднi вщдти тта хребця, кореш дуг, дуги, мiжостистi зв'язки (IV група). Це ушкодження нал ежить до ушкодження заднього шстково-зв'язкового апарату в комбшацп' з вибуховим переломом типу А (тип АВ, АС). У п'ятш моделi зруйновано все тто (100 %) i один су-мiжний диск (V група — 100 % тта). Воно належить до повного вибухового перелому типу А. У шостш груш було зруйновано 100 % тта хребця, диск, дуги й зв'язки (VI група ) — ушкодження типу АС [4—6].
Руйнування тт хребшв i мiжхребцевих дисыв здшснювали за допомогою долота. Моделюючи ви-буховий перелом тта хребця, ми намагалися максимально наблизити експериментальну модель до при-родних умов, а саме: робили хаотичне руйнування тта хребця з наявшстю фрагменпв рiзних розмiрiв i з фрагменташею кранiодорзальноï частини тта хребця. Так, наприклад, у груш з руйнуванням 50 % тт хребця (III група) робили несиметричне руйнування верхньо! частини тта хребця двома поздовжшми й одним поперечним розтинами. Моделюючи руйнування задшх вщдшв тiла хребця, використовуючи поздовжнi та поперечнi розтини, ми спробували змо-делювати вибуховий перелом iз наявнiстю великого фрагмента задшх втдшв тiла хребця. Моделi випро-бували вертикальним осьовим навантаженням величиною 200 Н. Випробування проводили на стевдд для бюмехашчних дослщжень. Величину навантаження вимiрювали за допомогою тензометричного датчика SBA-100L, результати фшсували пристроем реестра-цГ! CAS типу CI-2001A (рис. 1).
Величину деформацп' вимiрювали за допомогою мшметрового паперу, який розташували на щитГ за бюмехашчною моделлю (рис. 2).
Фотокамеру розташували на вщсташ 100 см вщ моделi. ПГсля кожно! дп' (навантаження, зняття навантаження) модель фотографували. Далi за допомогою олГвця та мiлiметрового паперу виконували графометричш вимiрювання. Вимiрювали величину ыфотично! деформацп', залишково! деформацп', осьового подовження шсля зняття осьового навантаження. Величину шфотично! деформацп' вимГрю-вали за методикою Кобба [4—6]. Величину залишково! деформацп' та величину осьового подовження вимГрк^ли на мшметровому мторГ (рис. 3).
Спершу вимiрювали початкову довжину моделi (а), що дослщжували. ПотГм здiйснювали вертикальне
Орипнальы досл1дження / Ог1д1па! РезеагсИез
Рисунок 1. Схема (а) та пристр'/й для вим1рювання (б) експериментального дослдження
Рисунок 2. Приклад графометричного вим1рювання б'омехашчних моделей: а) початкова модель без руйнацИ хребта; б) модель з руйнац!ею 50 % тла хребця з задшми в!дд!лами, корен дуг, дуги, м1жостиста зв'язка без навантаження; в) модель з руйнац!ею 50 % тла хребця ¡з задшми в'1ддлами, коренI дуг, дуги, м1жостиста зв'язка з навантаженням у200 Нпротягом 1 хвилини; г) модель з руйнац!ею 50 % тла хребця ¡з задшми в'1дд'лами, кореш дуг, дуги, м1жостиста зв'язка пСля зняття навантаження
Рисунок 3. Графометричне вим1рювання 61омехан1чно1 модели при ушкодженн до 50 % тла хребця: а) модель до навантаження тсля руйнацИ; б) модель пд час навантаження; в, г) модель тсля навантаження
осьове навантаження моделi 200 Н. Навантаження тримали протягом однieï хвилини та вимiрювали до-вжину навантажено!' моделi (в). Пiсля зняття навантаження вим1рювали довжину об'екта (с), що досль джували. Ротацiйнi або поперечш перемiщення ми не реестрували. Шсля тестiв навантажень оцшювали величину осьового подовження (AL) та величину за-лишково!' деформацй' (AL') (рис. 2). Величина осьового подовження (AL), або залишкова фшсовашсть хребта, характеризуе пружну частину модуля загаль-но1 деформацй' i е рiзницею мiж довжиною об'екта пiд час навантаження та шсля зняття навантаження: (AL) = с — в. Величина залишково!' деформацй' стис-кання — це частина деформацй', що не зникае шсля усунення навантаження. Ця величина характеризуе пластичну частину деформацй'. Отже, рiзниця мiж укороченням i подовженням е залишковою деформа-Шею стискання: AL' = а — с. Величина залишково!' деформацй' може вимiрюватись щодо пе1 модел^ яка до-слiджуeться, з певним ступенем руйнацй' (AL' = а — с), так i до незруйнованого хребта (AL' = А — с). Принцип залишково!' деформацй' стискання полягае в тому, що шсля зняття навантаження спостертаеться стшысть до стискання, що вимiрюeться сшввщношенням зменшення висоти зразка до початково!' величини, що вимiрюються у вiдсотках. Чим нижчий цей показник, тим модель е бшьш стшкою до деформацй'.
Результати
Анaлiзуючи перемiщення точок об'екпв на мь лiметровому пaперi, ми виявили певш зaкономiр-ностi. Так, початкова довжина об'екта з цшими шстковими структурами (норма) становила 175 мм.
Локальна кутова деформашя--5°, тобто показни-
ки сагггального балансу мали негaтивнi значення. У моделi (II група — 30—50 % тш) з ушкодженням до 50 % тша хребця, без ушкодження або з мШмаль-ним ушкодженням заднього вщдшу тiлa хребця, без ушкодження корешв дуг довжина об'екта дорiвню-вала 150 мм, а величина ыфотично!' деформацй' — 10°. При навантаженш в 200 Н величина шфотично!' деформацй' становила до 20°, а довжина — 145 мм. При усуненш навантаження довжина об'екта повшстю повернулась до початкового рiвня ушко-джено!' моделi — до 150 мм. Таким чином, залишкова деформашя, що виникла за рахунок руйнацй' тша хребця, зменшила об'ект на 25 мм вщ довжи-ни початкового об'екта без руйнацй' (175 мм) i до-рiвнювaлa 14,3 %. Локальна шфотична деформaцiя збшьшилась на 15° — вiд —5° до +10° порiвняно з початковим об'ектом без руйнацй'. При навантаженш в 200 Н величина шфотично!' деформацй' збшьшилась вщ 10° до 20°, а довжина об'екта шсля навантаження становила 145 мм. Шсля зняття навантаження величина шфотично!' деформацй' та довжина об'екта повшстю повернулись до початкового рiвня, а саме до 150 мм i 10° вщповщно. Отже, залишкова фшсовашсть хребта при ушкодженш до 50 % тша хребця зi збереженими задшми вщдшами
хребця та корешв дуг становить 100 %, а залишкова деформашя хребта вщ початкового неушкодженого об'екта — 14,3 %. Це означае той факт, що саме пер-винна руйнашя хребта призводить до виникнення залишково!' деформацй', а подальше навантаження не призводить до подальшого розвитку деформацй', i ушкоджений хребет е повшстю пружним вaрiaн-том деформацй'.
У наступнш моделi було зруйновано 50 % тша хребця, один крашальний сумiжний мiжхребцевий диск, задш вщддли хребця та кореш дуг (III група — 50 % тша). Довжина дослщжуваного об'екта становила 150 мм. Тобто порiвняно з попередшм дослщженням довжина об'екта не змшилась. Дал1 при навантаженш об'екта 200 Н розвинулась кутова деформашя до 40°, а довжина об'екта дорiвнювa-ла 135 мм. Шсля усунення навантаження довжина об'екта повернулась до попереднього значення, а саме до 150 мм. Тобто залишкова фшсовашсть хребта при ушкодженш 50 % тта хребця з ушкодженими задшми вщдшами хребця та корешв дуг становить 100 %, а залишкова деформашя хребта вщ початкового неушкодженого об'екта не змшилась — 14,3 %. Наступна модель характеризувалась ушкодженням 50 % тта хребця з ушкодженими задшми вщдшами хребця, корешв дуг, дуг i мiжостистоï зв'язки. Довжина дослщжуваного об'екта дор1внювала 150 мм. При навантаженш моделi 200 Н розвинулась кутова деформашя у 42°, i довжина об'екта стала 135 мм. Шсля усунення навантаження довжина об'екта становила 145 мм, тобто змшилась на 5 мм вщ стану перед на-вантаженням. Отже, при ушкодженш задшх вщдшв хребта довжина моделi не змшилась. Шсля дй' навантаження залишкова фшсовашсть хребта дор1внювала 96,5 %, залишкова деформашя хребта вщ початкового неушкодженого об'екта зросла до 17,8 %.
У наступнш моделi виконували руйнування 100 % тша хребця та одного сумiжного диска. Початкова довжина дослщжуваного об'екта в нормi становила 200 мм, шсля руйнування тша хребця на 100 % довжина моделi змшилась до 155 мм. Тобто залишкова деформашя хребта стала 21,5 %. Ця залишкова деформашя розвинулась внаслщок просщання ыст-кових фрагменпв на рiвнi руйнування тша хребця. Дал1 при навантаженш об'екта силою 200 Н розвинулась деформашя з кутом 24°. Довжина моделi при навантаженш становила 145 мм. Шсля зняття навантаження довжина моделi повернулась на рiвень до навантаження. Тобто залишкова фшсовашсть хребта при ушкодженш 100 % тша хребця та навантаженш силою 200 Н дорiвнюe 100 %, а залишкова деформашя хребта вщ початкового неушкодженого об'екта не змшилась — 21,5 %. Наступний об'ект дослщження являе собою тшо хребця, що зруйновано на 100 %, розрив мiжхребцевоï зв'язки, перелом дуг. При цих ушкодженнях залишкова деформашя хребта вщ початкового неушкодженого об'екта не змшилась i становить 21,5 %. При навантаженш моделi силою 200 Н розвинулась кутова деформа-
цiя 44° i довжина моделi скоротилась вiд 155 до 135 мм. Шсля усунення навантаження довжина дослщжувано! моделi стала 147 мм. Отже, залиш-кова фiксованiсть моделi 3i 100-вiдсотковим ушко-дженням тша хребця, одним сумiжним мiжхребце-вим диском, ушкодженням мiжостистоl зв'язки та дуг стала 94,8 %, а залишкова деформашя хребта вiд початкового неушкодженого об'екта зросла до 26,7 %.
Висновки
Розроблена експериментальна модель на хреб-тi тварин дозволила нам визначити основш зако-номiрностi розвитку шфотично! деформаци при вибухових переломах грудопоперекового вщдь лу хребта, а саме визначити основш бюмехашчш показники: залишкову фiксованiсть i залишкову деформацiю хребта. Ушкодження тiла хребця до 50 % призводить до первинного розвитку залиш-ково! деформаци. Подальше навантаження хребта не викликае прогресування деформаци, i саме залишкова фшсовашсть хребта становить 100 %. Ушкодження заднього опорного комплексу хребта призводить до незначно! прогреси залишково! деформаци до 6 %.
Таким чином, основним висновком експеримен-ту е таке, що розвиток деформаци хребта перш за все
виникае шд час руйнаци тша хребця, тобто безпосе-редньо в момент травми. Лише при ушкодженш за-днiх вiддiлiв хребта шд час подальшого навантаження можливе прогресування деформаци.
Конфлiкт штересш. Автори заявляють про вщсут-шсть конфлiкту iнтересiв при пiдготовцi дано! статп.
Список л1тератури
1. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: Справочник. — К.: На-укова думка, 1990. — 224 с.
2. Образцов И.Ф. Проблемы прочности в биомеханике / И.Ф. Образцов, И. С. Адамович, А. С. Барер и др. — М.: Высшая школа, 1988. — 312 с.
3. Iris Busscher, Joris J.W., Ploermakers et al. Comparative anatomical dimensions of the complete human and porcine spine //Eur. Spine J. — 2010. — Vol. 19. — P. 1104-1114.
4. Max Aebi, Vincent Arlet, John K. Webb. AO Spine Manual Principles and techniques//Thieme. — 2007. — Vol. 1. — P. 663.
5. Max Aebi, Vincent Arlet, John K. Webb AO Spine Manual Principles and techniques //Thieme. — 2007. — Vol. 2. — P. 837.
6. McCormack T., Karaikovic E, Gaines R.W. The load sharing classification of spine fractures // Spine. — 1994. — Vol. 19. — P. 1741-1744.
Отримано 16.08.2017 ■
Попсуйшапка К.А., Карпинский М.Ю., Тесленко С.А., Карпинская Е.Д., Попов А.И. ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков, Украина
Остаточная фиксированность позвоночных сегментов при взрывных переломах грудопоясничного отдела позвоночника
Резюме. Введение. Взрывные переломы являются наиболее распространенными и наиболее тяжелыми повреждениями позвоночника. Взрывные переломы характеризуются многооскольчатыми повреждениями тела позвонка, могут сопровождаться разрывом связок и переломом элементов заднего опорного комплекса с формированием разных видов деформации, упругого и пластичного характера. Цель. Экспериментально определить остаточную фиксированность и остаточную деформацию при взрывных переломах грудопоясничного отдела позвоночника. Материалы и методы. Предметом данного исследования была физическая модель взрывного перелома тела Th12 позвонка. Были созданы шесть моделей на анатомических препаратах блоков позвоночных сегментов животных (свинья) на протяжении от ThIX до LV позвонков. Блоки позвонков забирались от половозрелых животных одного возраста. Длина блоков составляла 200 мм. Первая модель была представлена позвоночными сегментами с целыми костными и связочными структурами (I группа — норма). На второй модели были разрушены до 50 % тела позвонка и один межпозвонковый диск, при сохранении задних отделов позвонка и корней дуг (II группа — 30—50 % тела). В третьей модели были разрушены до 50 % тела позвонка, один смежный межпозвонковый диск, задние отделы позвонка и корни дуг (III группа — 50 % тела). В четвертой модели были разрушены 50 % тела позвонка, один смежный межпозвонковый диск, задние отделы позвонка, корни дуг, дуги, меж-
остистые связки (IV группа). В пятой модели все тело (100 %) и один смежный диск разрушены (V группа — 100 % тела). В шестой модели разрушены 100 % тела позвонка, диск, дуги и связки (VI группа). Модели испытывали вертикальной осевой нагрузкой величиной 200 Н. Измеряли величину кифо-тической деформации, осевого удлинения после снятия нагрузки. Результаты. В ходе исследования были получены данные об изменении величины кифотической деформации позвоночника при осевой нагрузке в зависимости от объема разрушений при взрывном переломе тела ТИ12 позвонка. Также были изучены остаточные упругие свойства препаратов хребта при наличии указанных разрушений. Выводы. Разработанная экспериментальная модель на позвоночнике животного позволила определить основные закономерности развития кифотической деформации при взрывных переломах грудопоясничного отдела позвоночника, а именно: определить основные биомеханические показатели — остаточную фиксированность и остаточную деформацию позвоночника. Повреждение тела позвонка до 50 % приводит к первичному развитию остаточной деформации. Дальнейшая нагрузка на позвоночник не приводит к прогрессированию деформации, и остаточная фиксация составляет 100 %. Повреждение заднего опорного комплекса позвоночника приводит к незначительной прогрессии остаточной деформации до 6 %. Ключевые слова: позвоночник; взрывной перелом; остаточная деформация
K.A. Popsuyshapka, M.Yu. Karpinskiy, S.A. Teslenko, E.D. Karpinska, A.I. Popov
SI "Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine", Kharkiv, Ukraine
Residual spinal segment fixation in
Abstract. Background. Burst fractures are the most common and most serious injuries of the spine. Burst fractures are characterized by multisplintered injuries of the vertebral body, may be accompanied by rupture of ligaments and by fractures of the elements of the posterior support complex. The purpose of the study was to determine experimentally the residual fixation and permanent deformation in burst fractures of the thoracolumbar spine. Materials and methods. Subject of this study is the physical model of the Th12 vertebral body burst fracture. There were created six models using anatomical preparation of the vertebral segment blocks of the animal (pig) in length from ThIX to LV vertebrae. The vertebral blocks were collected from sexually mature animals of the same age. The length of the blocks was 200 mm. The first model was presented by vertebral segments of saved bone and ligamentous structures (group I — normal). The second model had 50 % of destroyed vertebral body and one adjacent intervertebral disc, keeping the spine and posterior roots of arcs (II group — 30—50 % of the body). There were destroyed 50 % of the vertebral body, one adjacent intervertebral disc, posterior spine section and roots of arcs of the third model (III group — 50 % of the body). There were destroyed 50 % of the vertebral body, one adjacent intervertebral disc, posterior vertebral body, roots of arcs, arcs, interspinous ligaments (IV group). There were destroyed 100 % of the entire body and one adjacent disc of the fifth model (V group — 100 % destruction of the body). In the sixth group, there were destroyed 100 % of the vertebral body, disc, arcs and interspinous ligaments (VI group). Models were tested with vertical axial load value 200 N. We measured the value of kyphotic deformation of axial elongation after removing the load. Results. The initial length of the object with entire bone structure (the rate) was 175 mm. Sagittal balance parameters have negative values — local angular deformation is —5°. The length of the model (II group — 30—50 % of the body) with damage up to 50 % the vertebral body, without damage or with minimal damage to the posterior vertebral body, without damage of the roots of arcs, was 150 mm. Kyphotic deformation — 10°. With load of 200 N, kyphotic deformation value was up to 20°, and the length was 145 mm. When removing the load, the length of the object completely returned to the initial level of the damaged model — to 150 mm. The residual deformation that emerged due to the vertebral body destruction caused the loss in the height by 25 mm of the object without destruction, and its value was 14.3 %. Local kyphotic deformation increased by 15 % from —5 to + 10° as compared to the initial state of the object without deformation. With load of200 N, kyphotic deformation value increased from 10° to 20°, and length of the object was 145 mm. When removing the load, the kyphotic deformation value and the length of the object have completely returned to 150 mm and 10°, respectively. Thus, the residual fixation of the spine at 50 % damage of the vertebral body with preserved posterior vertebral arcs and roots is 100 %, and the residual spine deformation remained 14.3 % from the initial state of the body. This determines the fact that it is the primary spine destruction causes residual deformation, and further load does not lead to the development of deformations, and damaged spine is fully resilient
burst thoracolumbar spine fractures
deformation option. 50 % of the vertebral body, one adjacent cranial intervertebral disc, posterior vertebral sections and roots of arcs were destroyed during the study of the next model (III group — 50 % of the body). In comparison with previous investigation, the length of the object has not changed. The load of 200 N caused angular deformation up to 40°, and the length of the object was 135 mm. After unloading, the length returned to 150 mm. It means that residual fixation at 50 % vertebral body deformation with posterior vertebral sections and roots of arcs is 100 %, and residual strain of the spine in comparison with initial undamaged state of the object remained the same — 14.3 %. The next model is characterized by 50 % ofvertebral body deformation with posterior vertebral sections and roots of arcs, arcs and interspinous ligament destruction. The length of the object was 150 mm. Under the loading with 200 N, the angular deformation became 42° and the length — 135 mm. After the loading has been removed, the length of the object has changed by 5 mm from the state before loa-ding and was 145 mm. Thus, the damage to the posterior sections of the spine didn't change the length of the model. After loading, the residual spine fixation became 96.5 %, and residual strain increased to 17.8 % in comparison with the initial state of the object. Next model was characterized by 100 % damage of the vertebral body and one adjacent disc. Initial length of the object in normal state was 200 mm. After destruction of the vertebral body by 100 %, it has been changed to 155 mm. The residual strain of the vertebral body has been changed to 21.5 %. This residual strain progressed due to subsidence of osteal fragments at the destruction of the vertebral body. Then, the load of 200 N caused the deformity with 24° angle. The length of the model under loading was 145 mm. After removing the load, the length of the model returned to the initial level. Thus, the residual fixation of the vertebral body after its 100 % damage (loading power 200 N) is 100 %, and residual strain of the spine was changed to 21.5 % in comparison with the initial state of the object. Group VI was presented by vertebral body destroyed by 100 %, intervertebral ligament rupture, arc fracture. At these injuries, the residual strain of the spine remained 21.5 % in accordance with the initial state of the object. At loading power of 200 N, the deformation angle increased to 44°, and the length of the model reduced from 135 to 155 mm. After unloading, the length of the model became 147 mm. Thus, residual deformity of the vertebral body increased to 26.7 % from the initial state of the object. Conclusions. Experimental model designed on the spine of the animal helped us to determine basic patterns of kyphotic deformity in burst thoracolumbar spine fractures. Particularly, to identify the main biomechanical characteristics: residual fixation and residual deformation of the spine. Destruction of the vertebral body to 50 % leads to primary development of residual deformation. The further load on the vertebral body doesn't lead to deformity progression, and residual fixation of the vertebral body is 100 %. Damage to the posterior spinal support complex causes a slight progression of the residual deformation up to 6 %.
Keywords: spine; burst fracture; residual deformation
