CC BY
16
закритi пошкодження м'яких тканин класифiкували за найбшьш поширеною у свiтi класифжащею АО/ А81Б (табл. 1). Загалом по групах вщповщно до кла-сифжацп АО переломи дiафiза гомики розподши-лись таким чином: А1 — 6 (9,5 %), А2 — 10 (15,9 %), А3 — 6 (9,5 %), В1 — 6 (9,5 %), В2 — 7 (11,11 %), В3 — 10 (15,9 %), С1 — 7 (11,11 %), С2 — 5 (7,98 %), С3 — 6 (9,5 %).
Для характеристики пошкоджень м'яких тканин при вщкритих переломах користувалися класифжа-щею Gustilo, оскiльки остання е одшею з визнаних у свiтi (табл. 2).
Закриту репозищю уламкiв перелому проводили шд контролем електронно-оптичного перетворю-вача (ЕОП) з використанням прийомiв мануально! тракцп, ортопедичного стола, великого дистракто-ра або апарата зовшшньо! фжсацп. Малошвазив-ний остеосинтез пластинами (М1ОП) проведений нами 30 постраждалим iз 30 (47,6 %) дiафiзарними переломами кiсток гомiлки, з яких 3 переломи були вщкритими (2 — 1-го ступеня та 1 — 2-го ступеня). Блокуючий штрамедулярний остеосинтез стриж-нем (Б1ОС) без розсвердлення юстково-мозково-го каналу застосовано 31 потершлому з 33 (52,4 %) дiафiзарними переломами кiсток гомшки, з яких 6 переломiв були вщкритими (5 — 1-го ступеня та 1 — 2-го ступеня). Одному пащенту з двосторон-шми переломами дiафiза кiсток гомiлки виконано Б1ОС великогомшково! кiстки на однш сторонi та М1ОП на шшш. При надходженнi всiм хворим проводилось клшжо-рентгенолопчне, лабораторне об-стеження. За необхщносп пацiентiв консультували сумiжнi спецiалiсти. У передоперацiйному перiодi з метою збереження довжини пошкодженого сегмента та нейтралiзацil ретракщ! м'язiв монтували систему постiйного скелетного витягу за п'яткову юст-ку, призначали протинабрякову, протизапальну та судинну терашю. Оцiнку анатомо-функцiональних результатiв проводили за системою Любошица — Матпса — Шварцберга.
Результати та обговорення
Передоперaцiйнa пiдготовка включала розраху-нок довжини стрижшв, пластин, блокуючих гвинпв по рентгенограмах здорового контралатерального сегмента. Нaкiстковi фiксaтори попередньо моде-лювали вiдповiдно рельефу поверхнi штучно! юстки. Використання ЕОП при малошвазивних методиках стало не тiльки бажаним, а й украй необхщним засо-бом, що суттево полегшуе техшчне виконання оперативного втручання та дозволяе штотно скоротити його тривалшть. Розмiткa aнaтомiчних орiентирiв, власне само! зони перелому, розрiзiв шкiри знову ж iз застосуванням ЕОП сприяе коректному роз-ташуванню фiксaторiв. Закриту репозищю уламюв при Б1ОС виконували ручними прийомами та з ви-користанням ортопедичного столу, при цьому ниж-ню кшщвку згинали в колшному суглобi пiд кутом 90°. Блокування стрижня здшснювали за допомогою нав^ацшно! системи, а на дистальному рiвнi також i методом «вшьно! руки». При малошвазивному на-кiстковому остеосинтезi застосування aпaрaтiв зо-внiшньо! фжсацп, великого дистрактора, виконання на першому етaпi остеосинтезу мaлогомiлково! юстки при !! супутньому пошкодженнi в нижнш третинi значно допомагало при репозищ! улaмкiв великогомiлково! кiстки. Вщновлення довжини, осi пошкодженого сегмента кшщвки, корекцiю кутових та ротaцiйних змщень обов'язково передували роз-мiщенню та фжсащ! пластини в субмускулярному тунель При виконaннi доступiв у дистальнш третинi гомiлки iдентифiкувaли й захищали судинно-нерво-вi утворення (пiдшкiрну вену та нерв по медiaльнiй поверхш та мaлогомiлковий нерв i передню велико-гомiлкову aртерiю по латеральнш поверхнi). Пiсля введення перших двох гвинпв в остaннi або передос-тaннi отвори пластини, здiйснювaли обов'язковий рентген-контроль у боковш проекцп, для визначен-ня та усунення анте- чи ретрокурвацп. При малош-вазивному остеосинтезi скалкових переломiв дiaфiзa великогомшково! кiстки прямою широкою плас-
Таблиця 1. Розподл закритихд1аф1зарних перелом1в ксток гомлки залежно вд тяжкост супутнього пошкодження м'яких тканин за класиф1кац1ею АО
Ступшь закритого пошкодження м'яких тканин за АО Група перелому за АО Всього
А1 А2 А3 В1 В2 В3 С1 С2 С3
1С 1 1 3 2 2 1 4 2 - 1 16
1С 2 4 5 3 4 4 3 4 4 3 34
1С 3 1 - - - - 2 1 - - 4
Всього 6 8 5 6 5 9 7 4 4 54
Ступшь вщкритого перелому за Gustilo
А1
А2
Група перелому за АО
А3
В1
В2
В3
С1
С2
С3
Всього
1
Всього
7
2
2
2
1
2
2
9
Таблиця 2. Розподл вдкритих д'аф'зарних перелом1в ксток гомлки за класифiкацieю ОивШо
тиною з мiнiмaльним контактом у кожен з уламюв вводили не менше 4 гвинтiв, прямою широкою пластиною з кутовою стабшьшстю — достатнiм вважали введення 3 гвинпв у кожен уламок. При складному характерi перелому надавали перевагу Б1ОС зi ста-тичним типом блокування та малошвазивному ос-теосинтезу пластинам iз кутовою стабiльнiстю з ви-щевказаною гвинтовою компоновкою.
У шсляоперацшному перiодi гiпсову iммобiлi-защю не застосовували жодному хворому. Серед-нiй лiжко-день пiсля М1ОП був 16,7 дня, а шсля Б1ОС — 14,9 дня. Оцiнку раншх результатiв лжуван-ня проводили у 6 мш., пiзнiх — через 1 рж i бшь-ше пiсля оперативного втручання. Середнi строки консолщацп пiсля М1ОП становили 3,7 мю., а пiсля Б1ОС — 3,5 мю. У 2 випадках при М1ОП спостерта-ли поверхневi iнфекцiйно-запальнi реакцп в дiлянцi шсляоперацшних ран, що вдалося зупинити при-значенням коротких курсiв пероральних антибюти-кiв та мiсцевим лiкуванням. В 1 випадку при Б1ОС спостертали сповiльнену консолiдацiю уламкiв, що
потребувало динамiзацil стрижня та остеотомп ма-логомшково! кiстки. Злам блокуючого гвинта шсля Б1ОС вiдмiчали в 1 випадку, внаслщок порушення режиму дозованого навантаження хворим. При ощ-нюванш функцiональних результатiв пошкодже-но! кшщвки за шкалою Любошица — Матпса — Шварцберга отриманi такi результати: вщмшш — у 21 пащента пiсля малоiнвазивного накiсткового ос-теосинтезу та 22 пащенпв пiсля Б1ОС; добрi — у 8 пащенпв пiсля М1ОП та у 8 пащенпв пiсля Б1ОС; задовiльнi — в 1 пащента шсля М1ОП та в 1 — шсля Б1ОС; незадовшьних не було.
Нижче наводимо клМчш приклади успiшного застосування малошвазивних заглибних методiв ос-теосинтезу з рентгенограмами (рис. 1, 2).
КлШчний приклад 1. Хвора Д., 30 роюв, прода-вець, iсторiя хвороби № 604408/1560, надшшла до клшжи 22.10.09 р. з дiагнозом: закритий уламко-вий перелом дiафiза лiвоl великогомшково! кiстки на межi середньо! та нижньо! третини зi змiщенням уламкiв (42-В1.1). З анамнезу вщомо, що травма
Рисунок 1. Рентгенограмм хвороI Д. (¡стор1я хвороби № 604408/1560): а, б) пряма та бокова проекци до операцп; в, г) пряма та бокова проекцп шсля операцп; д, е) пряма та бокова проекцп через 1 рк шсля оперативного втручання
Рисунок 2. Рентгенограмм хворого I. (¡стор1я хвороби № 101318/467): а, б) до операцп; в, г) псля оперативного втручання; д, е) 3,5 мс. шсля операцп; е, ж) через 1 рк тсля операцп
побутова, сталася 16.10.09 р. у результат падшня з висоти власного зросту. Лжувалася в ЦРЛ на скелетному витязь Переведена до ортопедо-травмато-лопчного центру для оперативного лжування. Скар-ги на бiль у дшянщ нижньо'1 третини лiвоï гомики, порушення функцп' кiнцiвки. Клiнiчно: вiдмiчаeть-ся помiрний набряк гомiлки в нижнш третинi, стан шкiрних покривiв задовiльний, периферична пуль-сацiя та чутливють збереженi.
27.10.09 р. виконане оперативне втручання: за-крита репозищя уламкiв перелому дiафiза велико-гомщково'1 кiстки, малоiнвазивний остеосинтез прямою широкою пластиною (на 10 отворiв). Шс-ляоперацiйний перiод перебiгав без ускладнень. З 2-го дня розпочато реабшггацшно-вщновне лжу-вання: iзометричне напруження литкового та чо-тириголового м'язiв, активш рухи пальцями ступнi та пасивш рухи в сумiжних суглобах. З 3-ï доби до вищепризначеного реабщггащйного лiкування додавали активнi рухи в колшному та надп'ятково-гомшковому суглобах, з 4-го дня — приступили до навчання ходьби на милицях без навантаження на оперовану кшщвку. Шсляоперацшш рани загошись первинним натягом. Хвора виписана зi стацiонару на 12-ту добу пiсля оперативного втручання. Через 1,5 мю. пiсля рентгенологiчного контролю (ознаки наявност консолiдацiï) хворiй рекомендовано дозо-ване навантаження кiнцiвки 10—15 кг. Повне наван-таження кшщвки дозволяли шсля повно'1 консолща-Щ1, термiн яко'1 склав 3,5 мю. Отримано вiдмiнний функцiональний результат лжування за шкалою Лю-бошица — Матпса — Шварцберга.
КлШчний приклад 2. Хворий I., 30 роюв, ван-тажник, iсторiя хвороби № 101318/467, надшшов до клiнiки в день травми 24.03.08 р. iз дiагнозом: ЗЧМТ. Струс головного мозку. Перелом обох юс-ток лiвоï гомiлки на межi верхньо'1-середньо'1 третини зi змiщенням уламкiв (42-В1.3). З анамнезу вщомо, що травма виникла внаслщок ДТП, потер-пший був збитий автомобiлем. Лiкувався на скелетному витязь
28.03.08 р. виконано закриту репозищю перелому лiвоï великогомшково'1 юстки, металоостеосин-тез штрамедулярним блокуючим стрижнем ChM. Шсляоперацшний перiод перебiгав без ускладнень. З 2-го дня розпочато реабщггацшно-вщновне лжу-вання: iзометричне напруження литкового та чоти-рьохголового м'язiв, активнi рухи пальцями ступш та пасивнi рухи в сумiжних суглобах. З 3-ï доби до вищепризначеного реабщггацшного лжування додавали активш рухи в колшному та надп'ятково-гомшковому суглобах, з 4-го дня — приступили до навчання ходьби на милицях без навантаження на оперовану кшщвку. Шсляоперацшш рани загошись первинним натягом. На 7-му добу шсля оперативного втручання виписаний зi стащонару. Через 2 мю. шсля рентгенолопчного контролю (ознаки консоль дацп') хворому рекомендоване дозоване навантаження кшщвки 10—15 кг. Повне навантаження кшщв-
ки дозволяли шсля повно'1 консолщацп', термш яко'1 становив 4 Mic. 13.04.09 р. виконано видалення мета-лофiкcаторiв. Отримано вщмшний функцiональний результат лiкування за шкалою Любошица — Матть са — Шварцберга.
Висновки
Закрита репозищя та заглибний остеосинтез пластинами та стрижнями показали свою високу ефектившсть у хiрургiчному лжуванш дiафiзарних переломiв кicток гомiлки, вiдмiннi та добрi функ-цiональнi результати лiкування становили понад 95 %. У в«х хворих вдалося досягти неускладне-ного загоення пicляоперацiйних ран та консоль дацiï переломiв, cереднiй термiн яко'1 був 3,6 мic. Використання малошвазивних заглибних методик дозволяе скоротити лiжко-день, середнш термiн якого 15,8 дня. Впровадження малошвазивних методiв остеосинтезу в широку клiнiчну практику травматолога дозволить зробити крок на шляху профшактики та зниження кшькост ускладнень шфекцшно-запального характеру та ускладнень, пов'язаних iз порушенням репаративно'1 реге-нерацп.
Список л1тератури
1. Анкин Л.Н. Практическая травматология. Европейские стандарты диагностики и лечения / Л.Н. Анкин, Н.Л. Анкин. — М.: Книга-плюс, 2002. — 480 с.
2. Анкин М.Л. Традицшний та малошвазивний остеосинтез у травматологи: Автореф дис... д-ра мед. наук: 14.01.21 / Анкш Микола Львович. — Х., 2005. — 317 с.
3. Анкин Н.Л. Традиционный и малоинвазивный остеосинтез в практике ортопедо-травмато-логического центра / Н.Л. Анкин, Л.Н. Анкин, Т.М. Петрик, М.В. Грошовский, М.М. Сатишев// Материалы I съезда травматологов-ортопедов Казахстана «Современные технологии диагностики, лечения и реабилитации в травматологии и ортопедии», 3—4 сентября 2009 г.: Тезисы. — Астана, 2009. — С. 166-167.
4. Казарезов М.В. Ортопедия и восстановительная хирургия: Руководство по ортопедии /М.В. Казарезов, В.М. Прохоренко, А.М. Королева. — Новосибирск: НПО «БРИЗ», 2008. — 288 с.
5. Справочник травматолога / Н.А. Корж, В.А. Рад-ченко. — К.: ТОВ «Доктор-Медиа», 2009. — 504 с.
6. Купкенов Д.Э. Применение стержневых аппаратов при диафизарных переломах костей голени / Д.Э. Купкенов // Травматология и ортопедия России. — 2010. — № 2 (56). — С. 39-44.
7. Охотский В.П. Ошибки и осложнения при ин-трамедуллярном остеосинтезе металлическими штифтами / В.П. Охотский, А.Г. Сувалян // Ортопедия, травматология. — 1997. — №5. — С. 44-47.
8. Скляренко 6. Т. Травматолог1я i ортопед1я / 6.Т. Скляренко. — К.: Здоров'я, 2005. — 384 с.
9. Слободской А.Б. Возможности компьютерного моделирования технологии остеосинтеза при переломах костей нижних конечностей / А.Б. Слободской, Н.В. Островский // Военно-медицинский журнал. — 2003. — № 1 (324). — С. 60-66.
10. Халиман Е.А. Возможности повышения эффективности лечения диафизарных переломов длинных костей стержневыми аппаратами внешней фиксации / Е.А. Халиман, В.Г. Виноградов // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. — 2008. — № 4 (62). — С. 50-54.
11. Шаповалов В.М. Основы внутреннего остеосинтеза / В.М. Шаповалов, В.В. Хоминец, С.В. Михайлов. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. — 240 с.
12. Шапошников Ю.Т. Травматология и ортопедия: Руководство для врачей: В 3 т. / Ю.Т. Шапошников. — М.: Медицина, 1997. — Том 2. — 592 с.
13. Borg T. Percutaneous plating of distal tibial fractures Preliminary results in 21 patients / T. Borg, S. Lars-son, U. Lindsjo // Injury, Int. J. Care Injured. — 2004. — № 35. — P. 608-614.
14. Redfern D.J., Syed S.U., Davies S.J.M. Fractures of the distal tibia: minimally invasive plate osteosynthesis /D.J. Redfern, S.U. Syed, S.J.M. Davies//Injury, Int. J. Care Injured. — 2004. — № 35. — P. 615-620.
15. Schatzker J. The rationale of operative fracture care / J. Schatzker, M. Tile. — Berlin; Heidelberg; New York: Springer-Verlag, 2005. — 668p.
Отримано 26.06.11 □
Анкин H.A., АнкинА.Н., Сатышев Н.М.*, ГрошовскийМ.В.*, Марухно Ю.И.
Национальная медицинская академия последипломного
образования им. П.А. Шупика, г. Киев
*КУКОС «Киевская областная клиническая больница»
МАЛОИНВАЗИВНЫЙ ПОГРУЖНОЙ ОСТЕОСИНТЕЗ У ПОСТРАДАВШИХ С ДИАФИЗАРНЫМИ ПЕРЕЛОМАМИ КОСТЕЙ ГОЛЕНИ
Резюме. Проанализированы результаты оперативного лечения 60 пострадавших с 63 диафизарными переломами костей голени методами малоинвазивного погружного остеосинтеза (блокирующий интрамедуллярный остеосинтез стержнем, малоинвазивный остеосинтез пластиной). Полученные отличные и хорошие функциональные результаты лечения диафизарных переломов костей голени более чем у 95 % пациентов позволяют нам рекомендовать использование данных методик в широкой клинической практике с целью уменьшения количества послеоперационных осложнений.
Ключевые слова: диафизарные переломы костей голени, малоинвазивный остеосинтез пластиной, интрамедуллярный остеосинтез стержнем.
Ankin M.L., Ankin L.M., Satyshev M.M.*, Groshovsky M.V.*, Marukhno Yu.I.
National Medical Academy of Postgraduate Education named after P.L. Shupik, Kyiv
*MIKRC «Kiev Regional Clinical Hospital», Kyiv, Ukraine
MINIMALLY INVASIVE EXTERNAL OSTEOSYNTHESIS IN VICTIMS WITH SHAFT FRACTURES OF SHIN BONES
Summary. There were analyzed the results of surgical treatment of 60 victims with 63 shaft fractures of shin bones by the methods of minimally invasive external osteosynthesis (locked intramedullary nailing, minimally invasive plate osteosynthesis). The excellent and good functional results of treatment of shaft fractures of shin bones in more than 95 % of patients let us to recommend the use of these methods in wide clinical practice with the purpose of depletion of postoperative complications.
Key words: shaft fractures of shin bones, minimally invasive plate osteosynthesis, locked intramedullary nailing.
■ Оригинальж досл1дження
Original Researches
УДК 612.76:616.728.3.72-018.3-001
СТРАФУН С.С.1, ЛАЗАРЕВ И.А.1, КОСТОГРЫЗ О.А.1, КРИЩУКН.Г.2, МАКСИМИШИН А.Н.1, ЕЩЕНКО В.А2, ЮРЧЕНКО В.Т.3
1ГУ «Институт травматологии и ортопедии АМН Украины» 2НТУУ «Киевский политехнический институт»
3Бюро судебно-медицинской экспертизы ГУ здравоохранения г. Киева
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНОГО ДАВЛЕНИЯ В ТИБИОФЕМОРАЛЬНОЙ ЗОНЕ В УСЛОВИЯХ ДЕФЕКТА
СУСТАВНОГО ХРЯЩА
Резюме. Проведены исследования изменения площади контактной поверхности в менискофеморальной зоне медиального мыщелка бедра, определены величины критических уровней контактного давления и краевых эффектов в зоне травматического дефекта суставного хряща при разной его площади и разных углах сгибания в коленном суставе под действием функциональных нагрузок. Исследование зоны контакта и распределение нагрузки по контактной поверхности проводилось с использованием измерительной пленки Fuji Prescale Pressure Measuring System. Травматическое повреждение хрящевой ткани медиального мыщелка бедра изменяет площадь сопряжения контактных поверхностей. В результате изменяется фактическая площадь контактирующих тел, что приводит к перераспределению усилий и возникновению зон концентрации напряжений, примыкающих к краю дефекта.
Ключевые слова: дефект суставного хряща, тибиофеморальная зона, контактное давление.
В условиях технического прогресса повышается удельный вес травматических повреждений коленного сустава, составляя 10—24 % от общего числа повреждений нижней конечности [10], достигая 80 % среди лиц молодого возраста [11]. Процент изолированного или сочетанного повреждения хряща коленного сустава составляет 48,0—61,5 % [12]. Проблемой современной артрологии является выбор соответствующего метода лечения локальных травматических повреждений суставного хряща — сложносоставного материала с разными изотропными, вязкоэластичными свойствами, с нелинейной зависимостью от уровня нагрузки и направления действия усилий. Большим количеством морфологических и биохимических исследований установлено, что повреждение хряща, независимо от генеза, не обладает способностью спонтанного восстановления, с трудом поддается заживлению и вовлекает в дегенеративный процесс остальную часть суставной поверхности. Прогрессивная потеря хрящевой ткани приводит к возникновению необратимых вторичных изменений с развитием гонартроза, одним из ключевых факторов которого является неравномерное распределение нагрузки на суставные поверхности в зоне дефекта хряща [14]. При нормальном функционировании коленного сустава нагрузки на суставной хрящ колеблются от нуля до значений, в 3—4 раза превосходящих вес тела (BW). По краям
контактной поверхности при этом могут развиваться достаточно большие деформации [13]. Геометрия коленного сустава имеет специфичную для каждого индивидуума кривизну в сагиттальной и фронтальной плоскостях, определяя биомеханические факторы, влияющие на механизм распределения давления на суставные поверхности и субхондральную кость коленного сустава. Особенности распределения нагрузок в коленном суставе при наличии дефекта хряща предопределяют темпы прогрессирования дегенеративных изменений. Работами многих авторов [1, 3, 5] доказано, что за дегенеративные изменения суставной поверхности преимущественно ответственны увеличение пикового контактного давления, среднего контактного усилия и уменьшение контактной зоны.
Своевременная хирургическая обработка изолированного дефекта может задержать или приостановить развитие генерализованного остеоартроза. При этом широко распространено мнение об отсутствии необходимости восстановления целостности суставного хряща в зоне дефекта при его размере менее 1 см. В такой ситуации велика роль менисков в передаче компрессионных усилий по хрящевой поверхности мыщелков коленного сустава. При интактных менисках повышение контактной нагрузки по краю дефекта компенсируется их эластичностью. Однако часто наблюдается комбинация дефекта суставного
хряща с повреждением мениска, что существенно изменяет концентрацию контактных усилий на суставных поверхностях и способствует прогрессиро-ванию дегенеративных изменений в суставе.
При рассмотрении величины компрессирующего усилия в тибиофеморальной зоне нужно не забывать о том, что распределение силы на мыщелки меняется в зависимости от угла сгибания в коленном суставе [6]. Так, площадь поверхности тибиофеморального контакта больше при более выпрямленном положении сустава, соответственно, в этой ситуации давление на единицу площади меньше при одинаковом компрессирующем усилии.
В работе поставлена задача изучить изменения площади контактной поверхности в менискофемо-ральной зоне медиального мыщелка, определить величины критических уровней контактного давления и краевых эффектов в зоне дефекта суставного хряща при разной его площади и разных углах сгибания в коленном суставе под действием функциональных нагрузок (1—2 BW).
Материалы и методы
Исследование проведено на базе Бюро судебно-медицинской экспертизы ГУ здравоохранения г. Киева на 10 биологических объектах коленных суставов. После удаления экстракапсулярных элементов произведена артротомия коленного сустава со смещением надколенника вниз. Мениски, связки менисков и крестообразные связки оставлены ин-тактными. Произведена ревизия сустава на предмет целостности менисков и отсутствия артрозных изменений суставных поверхностей. После юстировки контактных поверхностей коленного сустава тиби-альный компонент установлен и жестко фиксирован с помощью костного цемента полиметилметакри-лата в стакане нагрузочного элемента биомеханического экспериментального комплекса с ограничением свободы варус-вальгусных и ротационных движений. В надмыщелковой зоне феморального компонента параллельно суставной поверхности сформировано сквозное отверстие в медиолатераль-ном направлении, предохраняя места прикрепления крестообразных связок. В отверстие введен стержень, который через удерживающую скобу установлен в направляющем пазу рамы экспериментального комплекса.
Второй стержень введен параллельно первому в диафиз феморального компонента, ориентируясь на отверстия в скобе, задающие угол флексии в коленном суставе, и жестко фиксирован. Скоба по-
Рисунок 1. Общий вид биомеханического экспериментального комплекса с фиксированным макропрепаратом коленного сустава
средством датчика усилия фиксирована к раме экспериментального комплекса. Датчик посредством аналогово-цифрового преобразователя соединен с программно-компьютерным комплексом. Для определения наиболее нагружаемых контактных зон на хрящевой поверхности медиального мыщелка, несущего основную нагрузку, в суставную щель вводилась копировальная бумага, обращенная чернильной стороной вверх, и с помощью компрессирующего элемента создавалось усилие на суставные поверхности величиной 1000 Н. После освобождения поверхности от нагрузки по отпечатку определена контактная зона на суставной поверхности хряща феморального компонента в соответствии с углом сгибания в коленном суставе. После извлечения верхнего стержня, фиксирующего диафиз фемо-рального компонента в скобе, с помощью пробойника соответствующего диаметра в контактной зоне медиального мыщелка сформирован дефект размерами 5 х 10 х 20 мм на глубину суставного хряща (рис. 2). Округлая форма дефекта взята за основу как наиболее встречаемая при артроскопических операциях [15]. Верхний стержень возвращен в прежнее положение, соответствующее определенному углу сгибания в коленном суставе (табл. 1).
Прилагаемое компрессирующее усилие Тип(диапазон) измерительной пленки Угол сгибания в суставе Диаметр дефекта
750 Н LLW (0-2,4 МРа) Без дефекта
0° 30° 60° 0 5 мм
1500 Н LW (2,5-10 МРа) 0 10 мм
0 20 мм
Таблица 1. Условия нагружения суставных поверхностей и их сочетание
Рисунок 2. Общий вид макропрепарата коленного сустава со сформированным дефектом хряща (а), измерительной пленкой Fuji Prescale Pressure Measuring System, размещенной в тибиофеморальной зоне (б)
Исследование зоны контакта и распределение нагрузки по контактной поверхности проводилось с использованием измерительной пленки Fuji Prescale Pressure Measuring System (Fuji Photo Film Co., Ltd., Tokyo, Japan). Пленка представляла собой 2 отдельных листа, которые, соединяясь рабочими поверхностями в направлении друг к другу, помещались в целлофановый карман и располагались между суставными поверхностями в медиальной мениско-феморальной зоне (рис. 2). Для исключения выскальзывания измерительной пленки из зоны контакта под действием нагрузки целлофановый карман с пленкой фиксировался с помощью игл к кости вне зоны на-гружения.
С помощью нагрузочного элемента биомеханического экспериментального комплекса создавалась нагрузка, величина и время приложения которой контролировались на мониторе программно-компьютерного комплекса посредством датчика усилия. Компрессионное усилие, прилагаемое на суставные поверхности, соответствовало 750—1500 Н и было эквивалентно 1—2 величинам веса тела (BW) — среднее значение компрессионного усилия при ходьбе человека весом 75 кг в норме (0,8—1,8 BW — среднестатистические данные идеального веса тела в динамике). Фиксация феморального компонента макропрепарата позволяла достичь конгруэнтности суставных поверхностей в тибиофеморальной зоне под действием прилагаемого компрессионного усилия, с равномерным распределением нагрузки на медиальный и латеральный мыщелки большеберцовой кости (50 : 50 %). Усилие по оси тибиального компонента прилагалось равномерно, с градиентным увеличением до достижения максимальной заданной величины в течение 20 секунд с последующей экспозицией в течение 30 секунд.
Под действием компрессии чувствительная пленка окрашивалась в красный цвет с плотностью окраски, соответствующей приложенному к ее поверхности давлению. Использовалась измерительная пленка 2 типов LLW в диапазоне измерений 0,1—2,5 МРа и LW в диапазоне 2,5—10,0 МРа (рис. 3). Погрешность измерения составила 11 %.
Полученные отпечатки на измерительной пленке Fuji Prescale оцифрованы с помощью сканера и для дальнейшего анализа экспортированы в разработанную компьютерную программу, позволяющую проводить цифровую обработку сканированных графических изображений контактных давлений, зарегистрированных в натурном эксперименте на измерительной пленке Fuji Pressure Measuring System, с известным диапазоном градиента давлений. В программе для каждого отдельного графического файла нормировалась шкала интенсивности его цвета в градиентах серого и с использованием масштабного коэффициента преобразования поля точек растрового изображения в числовые данные матриц градиентов интенсивности изображение разбивалось на 5 диапазонов по плотности окрашивания. Результаты ма-
Рисунок 3. Шаблон шкалы измерительной пленки Fuji Prescale Pressure Measuring System
тематической обработки изображений путем расчета площади экстремальных (пиковых) величин контактных давлений представлены в виде дискретно ранжированных гистограмм с количественным описанием их значений (рис. 4).
Для последующего анализа выделен диапазон максимальных значений контактного давления и его площадь. Из контактной площади исключалась площадь дефекта. На следующем этапе отображение градиента интенсивности давления по чувствительной пленке представлено в трехмерных координатах. Значение интенсивности цвета точки по монохромной шкале связано с координатами Х и Y на графическом рисунке, с получением поля точек в трехмерных координатах. Регулярная сетка разбита по габаритам рисунка, и по ней построена поверхность. Полученные значения величины давления (пики) по оси Z окрашены палитрой цветов по интенсивности давления.
Результаты и обсуждение
Величины контактных напряжений (давлений) в коленном суставе зависят от множества факторов: величины нагрузки на сустав (компрессирующее усилие), площади контактной поверхности, геометрических характеристик сопряженных поверхностей и структурных элементов (мениск, большеберцовая кость, мыщелки бедра, суставной хрящ), а также три-бологических и механических свойств мениска и хрящевой ткани.
При появлении дефекта суставного хряща медиального мыщелка бедра изменяется фактическая площадь сопряжения контактируемых тел, что приводит к перераспределению контактных давлений и возникновению зон концентрации напряжений, примыкающих к краю дефекта с прогрессирующим разрушением хрящевой ткани в краевой зоне на всю глубину хряща.
Проведенными экспериментальными исследованиями с использованием измерительной пленки Fuji Prescale Pressure Measuring System при создании феморального дефекта медиального мыщел-
ка на всю глубину суставного хряща диаметром 5—20 мм в тибиофеморальной зоне коленного сустава выявлена существенная неоднородность градиентов напряжений по краю дефекта. Появление зон концентрации напряжений зависит от размера дефекта, прилагаемой нагрузки и угла сгибания в суставе.
Пример математической обработки изображений отпечатков в пяти диапазонах градиентов давления для различных размеров дефекта представлен в табл. 2.
В результате анализа данных, ранжированных по величине диаметра дефекта, установлено, что зоны концентрации контактных давлений имеют различную глубину зон краевого эффекта. Ее протяженность изменяется в радиальном направлении вдоль образующей дефект хрящевой ткани. Для дефекта диаметром 5 мм (образец 004_LW0_150kg) площадь зоны концентрации контактных давлений составляет 37,4 мм2, а ее максимальная протяженность равна 2,74 мм (табл. 2). Для дефекта диаметром 20 мм площадь зоны концентрации контактных давлений составляет 315,3 мм2, а ее максимальная протяженность равна 10,27 мм. Ниже приведено описание типового неравномерного распределения контактных
Рисунок 4. Математическая обработка изображений в 5 диапазонах градиентов давления
