CC BY
31
Лікарю, що практикує
To General Practitioner
УДК 616.71-001.5.-089.227.84 ЛИТВИШКО В.А.
Чугуевская районная больница ПОПСУЙШАПКА А.К.
Харьковская медицинская академия последипломного образования БОРОВИК И.М.
Кременчугская детская больница
ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В КОНСТРУКЦИЯХ «ОТЛОМКИ — ВНЕШНИЙ АППАРАТ» И «ОТЛОМКИ — НАКОСТНАЯ ПЛАСТИНА» ПРИ ЛЕЧЕНИИ ДИАФИЗАРНЫХ ПЕРЕЛОМОВ. ПОЧЕМУ РАЗРУШАЕТСЯ КОНСТРУКЦИЯ?
Резюме. Сравнительные расчеты на конечно-элементных моделях «отломки — внешний аппарат» и «отломки — накостная пластина» показали, что в последнем случае напряжение элементов конструкций в критических зонах при поперечной нагрузке на порядок выше. Анализ результатов лечения 235 больных с диафизарными переломами бедра и голени после остеосинтеза отломков внешними аппаратами и накостными пластинами показал, что в случаях использования пластин частота разрушения конструкций и несращений составила 26-29 %, а при использовании внешних аппаратов — 4,2-13 %.
Соединение отломков кости с помощью различных металлических фиксаторов всегда несет в себе опасность преждевременного разрушения образуемой конструкции «отломки — фиксатор». Практика лечения переломов показывает, что эти осложнения часты. Их, как правило, пытаются объяснить нарушениями выполнения методики операции остеосинтеза, некачественным металлом, преждевременной нагрузкой. Эти моменты следует учитывать, однако мы думаем, что не они главные. Вероятнее всего, конструкция ломается тогда, когда отсутствует восстановление несущей функции кости за счет образования регенерата соответствующей прочности в течение определенного временного промежутка. Если этого не происходит, несущую функцию продолжает выполнять не кость, а фиксатор, который, не обладая должными механическими свойствами, в результате циклических напряжений с их концентрацией на отдельных участках со временем разрушается.
Сам фиксатор, а также его механические свойства могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на процесс регенерации тканей в зоне повреждения. Чтобы установить эти влияния, необходимы исследования взаимосвязей между явлениями механического порядка (напряжениями, деформациями) и процессом регенерации костной ткани. Начнем с изучения механических явлений, происходящих в конструкции.
Цель работы: изучить характер распределения внутренних напряжений в создаваемых конструкциях «от-
ломки — внешний аппарат» и «отломки — накостная пластина» при лечении диафизарных переломов и установить факторы, способствующие их разрушению.
Материал и методы
Мы основываемся на анализе результатов лечения 235 больных (взрослых и подростков) с диафизарными переломами нижних конечностей, у которых отломки были фиксированы стержневыми аппаратами (203) или накостными пластинами (32). Больные находились на лечении в травматологическом отделении Чугуевской районной больницы в период 2006—2010 гг. (155), Харьковской областной травматологической больнице (56) и детской городской больнице г. Кременчуга (24). По локализации переломы распределялись следующим образом: бедренная кость — 127 больных, кости голени — 108. Это были переломы со значительным смещением отломков, которые не подлежали консервативному лечению с использованием гипсовой повязки или скелетного вытяжения.
Для фиксации отломков использовали следующие модели стержневых аппаратов, которые были разработаны нами:
1. Аппарат для остеосинтеза [1] и устройство для лечения диафизарных переломов конечностей по А.К. Попсуйшапке [2] (рис. 1). Аппарат имеет следующие конструктивные особенности:
— стержни, ввинчиваемые в кость, изготовлены из упругого титанового сплава, имеют коническую резьбо-
вую часть со специальным профилем резьбы, что обеспечивает прочное соединение их с костью;
— внешняя опора изготовлена из стеклопластика, обладает упругими свойствами и рентгенонеконтрастная;
— узлы, соединяющие стержни с опорой, обеспечивают надежную фиксацию между собой в большом пространственном диапазоне, что упрощает операцию соединения отломков. Данная модель аппарата нами используется преимущественно для соединения отломков при свежих переломах, когда предусматривается их одномоментное закрытое или открытое сопоставление, и предназначена исключительно для фиксационной функции.
2. Стержневой модульный аппарат с возможностью дозированного перемещения отломков в процессе лечения (рис. 2). Внешние модули аппарата представляют собой металлические дугообразные многодырчатые пластины, на которые крепятся выносные многодырчатые планки различной длины. Планки, в свою очередь, соединяются со стержнями, введенными в кость. Стержни имеют также коническую резьбовую часть, вводимую в кость, а остальная их часть имеет метрическую резьбу. Аппарат состоит из двух модулей, каждый из которых фиксирует один отломок. Модули соединяются тремя резьбовыми штангами с возможностью продольного перемещения. Данную модель внешнего аппарата мы использовали в клинических случаях, когда предполагалась дополнительная коррекция положения отломков в процессе лечения или стимуляция регенерации путем дополнительной компрессии или дистракции.
Рисунок 1. Внешний стержневой аппарат Рисунок 2. Стержневой с упругой внешней аппарат с внешней опорой модульной опорой
Накостный остеосинтез выполняли с использованием пластин из титана и нержавеющей стали производства ООО «Инмайстерс» и ООО «Экомет», Украина.
В ранее опубликованных работах [3] мы обосновали необходимость при данных исследованиях использовать термин «биомеханическая конструкция «отломки — фиксатор», который предусматривает рассмотрение всех составляющих ее элементов во взаимодействии и дает возможность корректного описания явлений физико-механического характера. Эти явления (напряжения и деформации) могут быть рассчитаны теоретическим путем. В данном случае нас больше интересовали напряжения конструкции, которые в отличие от деформаций не могут быть исследованы опытным путем.
Характер внутренних напряжений рассчитывали на двух моделях конструкций «отломки — фиксатор». В обеих моделях отломки были представлены в виде двух трубок, соответствующих геометрической форме бедренной кости. Между ними имелся диастаз шириной в 1 мм. Отломки были соединены в одном случае накостной пластиной (рис. 3а), в другом — стержневым аппаратом (рис. 3б). Геометрическая форма отломков, количество и расположение фиксирующих элементов, введенных в кость, и их механические свойства были одинаковыми. Разница состояла лишь в том, что в одном случае опора прилежала к поверхности отломков, а в другом — она была отнесена на расстояние 50 мм от отломков. Отломкам были заданы механические свойства компактной кости, фиксатору — свойства титана. Все узлы имели жесткие соединения. Модель нагружали поперечно, один конец отломка был жестко закреплен, а сила величиной 100 Н прилагалась к противоположному концу.
При рассмотрении результатов лечения больных мы проанализировали частоту следующих явлений: перелом пластины; переломы винтов; расшатывание винтов; переломы стержней; расшатывание стержней в кости, которые сопровождались появлением деформации сегмента или несращением отломков.
Результаты и обсуждение
Расчеты на моделях показали, что максимальные напряжения при нагрузке возникают на определенных участках фиксатора, а также в зоне контакта стержней (или винтов) с костью (рис. 4).
Для нас наиболее важными являются представления о напряжениях, происходящих именно в этом соединении. При сравнении их уровней на моделях конструкций «отломки — внешний аппарат» и «отломки — накостная пластина» нами установлено, что при действии поперечной нагрузки они составили 5,0^107 Па и 2,5^108 Па соответственно. То есть при использовании внешнего аппарата напряжения в данных зонах на порядок ниже, что следует объяснить геометрической формой конструкции и свойствами упругой деформируемости.
Данные расчеты явились предпосылкой для проведения сравнительного анализа частоты случаев разрушения конструкций, образуемых при соединении отломков стержневыми аппаратами и накостными пластинами. Результаты анализа представлены в табл. 1.
Рисунок 4. Зоны максимальных напряжений в конструкциях
Таблица 1.Частота случаев разрушения конструкций, образуемых при соединении отломков при диафизарных переломах стержневыми аппаратами и накостными пластинами
Локализация перелома и тип конструкции Частота случаев разрушения конструкции, п (%)
К-во боль- ных Перелом пластины Пере- ломы винтов Расшат. винтов в кости Пере- ломы стержней Расшат. стержней в кости Де- форм. Несращ. сегмен- тов
Отломки бедра — стержневой аппарат(с упругой внешней опорой) 56 2 (3,6) 2 (3,6)
Отломки бедра — стержневой аппарат(с модульной металлической опорой) 52 5 (4,6) 1 (1,9) 3 (5,8)
Отломки голени — внешний стержневой аппарат (с упругой внешней опорой) 24 1 (4,2) 1 (4,2)
Отломки голени — стержневой аппарат (с металлической внешней опорой) 70 3 (4,3) 6 (8,6) 9 (13)
Отломки бедра — накостная пластина 19 2 (10) 3 (16) 5 (26)
Отломки голени — накостная пластина 13 4 (29) 4 (29)
Всего 235
Из приведенных данных следует, что при накостном остеосинтезе чаще происходит разрушение конструкции и несращение отломков по сравнению с использованием внешних аппаратов (особенно данная зависимость проявляется при сравнении групп больных с переломами бедренной кости: 26 % несращений при накостном остеосинтезе и 4,2—5,8 % — при остеосинтезе внешними аппаратами). Причем следует отметить, что в последнем случае «поломка» конструкции не всегда сопровождалась несращением отломка. Так, у двоих больных, несмотря на перелом одного из стержней, наступило сращение. Данный факт может свидетельствовать о том, что процесс формирования регенератора находится в сложной зависимости от упругих деформаций и напряжений в нем самом, которые, в свою очередь, зависят от деформируемости всей конструкции. В пользу этого свидетельствует то, что наименьшая частота несращений имела место при использовании наиболее упруго деформируемых конструкций аппаратов, содержащих упругую внешнюю опору из стеклопластика. При использовании этих аппаратов мы не отмечали случаев переломов стержней в отличие от аппаратов с металлической модульной опорой.
Выводы
1. Причинами разрушения конструкций «отломки — фиксатор» являются действия повышенных напряжений в определенных ее критических зонах (средняя
Літвішко В.А.
Чугуєвська районна лікарня Попсуйшапка А.К.
Харківська медична академія післядипломної освіти Боровик І.М.
Кременчуцька дитяча лікарня
ВНУТРІШНІ НАПРУЖЕННЯ В КОНСТРУКЦІЯХ «ВІДЛАМКИ — ЗОВНІШНІЙ АПАРАТ» І «ВІДЛАМКИ — НАКІСТКОВА ПЛАСТИНА» ПРИ ЛІКУВАННІ ДІАФІЗАРНИХ ПЕРЕЛОМІВ. ЧОМУ РУЙНУЄТЬСЯ КОНСТРУКЦІЯ?
Резюме. Порівняльні розрахунки на кінцево-елементних моделях «відламки — зовнішній апарат» і «відламки — накісткова пластина» показали, що в останньому випадку напруження елементів конструкцій у критичних зонах при поперечному навантаженні на порядок вище. Аналіз результатів лікування 235 хворих з діафізарними переломами стегна й гомілки після остеосинтезу відламків зовнішніми апаратами та накістковими пластинами показав, що у випадках використання пластин частота руйнування конструкцій і незрощень склала 26—29 %, а при використанні зовнішніх апаратів — 4,2—13 %.
часть пластины, места соединения винтов (или стержней) с костью).
2. Вероятность разрушения конструкции «отломки — аппарат» ниже по сравнению с конструкцией «отломки — пластина», что следует объяснить меньшим уровнем напряжений в указанных критических зонах за счет ее упругих деформаций.
Список литературы
1. А.с. 1611334 СССР, МКИ А 61В17/58. Аппарат для остеосинтеза / А.К. Попсуйшапка, В.Г. Рынденко, Л.Н. Лыгун (СССР). — 428807/28-14; Заявл. 20.05.88; Опубл. 07.12.90, Бюл. № 45.
2. Деклараційний патент на корисну модель № 9372 МКИА61В 17/56. Пристрій для лікування діафізарних переломів кінцівок за О.К. Попсуйшапкою / О.К. Попсуйшапка, К.О. Попсуйшапка, І.М. Боровик. — Заявл. 28.03.05; Опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9-2005.
3. Попсуйшапка А.К. Остеосинтез: определение понятий, терминология, классификация, направление исследований / А.К. Попсуйшапка, В.А. Литвиненко, И.Н. Боровик // Ортопед. травматол. — 2008. — № 3. — С. 98-101.
4. Попсуйшапка А.К. Лечение детей с переломами бедренной кости / А.К. Попсуйшапка, И.Н. Боровик, С.Б. Довгань // Ортопед. Травматолог. — 2006. — № 1. — С. 14-19.
Получено 15.11.11 □
Litvishko V.A.
Chuguyev Regional Hospital, Chuguyev Popsuishapka A.K.
Kharkiv Medical Academy of Postgraduate Education, Kharkiv Borovik I.M.
Kremenchuk Children's Hospital, Kremenchuk, Ukraine
INTERNAL TENSIONS IN CONSTRUCTIONS «FRACTURE FRAGMENTS — EXTERNAL FIXATION» AND «FRACTURE FRAGMENTS — BONE PLATE» AT THE TREATMENT OF DIAPHYSEAL FRACTURES. WHY STRUCTURE COLLAPSES?
Summary. Comparative estimations at finite element models «fracture fragments — external fixation» and «fracture fragments — bone plate» were carried out. The results showed that in the last case tensions of construction elements in critical zones at cross loads are much higher. Treatment outcome analysis at the treatment of 235 patients with diaphyseal fractures of femur and crus has shown that at fixation by bone plate the frequency of plate breaking and nonunion was 26—29 %, at external fixation — 4,2—13 %.
