Перелом позвонка над металлоконструкцией у пациентов с остеопорозом. Можем ли мы предупреждать эти повреждения?

18.11.2019

Перелом позвонка над металлоконструкцией у пациентов с остеопорозом. Можем ли мы предупреждать эти повреждения?

Компрессионные переломы позвоночника на верхней границе с металлоконструкцией представляют серьезную проблему. Особенно это актуально при протяженных стабилизациях и у больных с остеопорозом.

ВВЕДЕНИЕ

Количество больных с повреждениями грудного и поясничного отделов позвоночника на фоне остеопороза неуклонно растет [1].

Основным методом лечения пациентов с данной патологией при значительной компрессии тел позвонков и деформации является транспедикулярная фиксация (ТПФ) с цементной имплантацией винтов, которая по прочности существенно превосходит стандартную бесцементную [2, 3].

Этот способ предотвращает дестабилизацию имплантированных винтов и фиксированных позвоночно-двигательных сегментов (ПДС). Однако активное использование двух и более сегментарной фиксации при хирургическом лечении переломов позвоночника на фоне остеопороза показало, что после подобного лечения усиливается нагрузка на смежные ПДС, приводят к

переломам позвонков, смежных с зафиксированными [4].

Кроме того, известно, что проблема состояния смежного с транспедикулярной системой позвонка существует даже в условиях

отсутствия остеопороза [5].

Проводимые экспериментальные работы и клинические исследования у пациентов с выполненной протяженной ТПФ показали уязвимость краниально расположенных от транспедикулярной системы позвонков в отношении возникновения стресс-перелома [6–8].

Поиск оптимальных путей профилактики подобных осложнений является актуальной проблемой современной вертебрологии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для проведения эксперимента мы использовали кадаверный материал,полученный от 15 пациенток в возрасте 66-81 года,

скончавшихся от различных соматических заболеваний. Проводилось изъятие блоков протяженностью от Th10 до L4 (7 позвонков).

При этом обязательным условием было сохранение целостности позвонков с межпозвонковыми дисками, а так же капсульно-связочного аппарата.

Пара вертебральные мышцы отсекали и полностью удаляли. Все блоки после их изъятия и обработки были исследованы: выполнялись рентгеновские снимки в двух взаимно-перпендикулярных проекциях, а так же компьютерная томография с денситометрией.

КТ и КТ-денситометрию блоков проводили на 128 срезовом компьютерном томографе «СТSOMATOMSENSATION 24 OPEN».

Критериями включения в исследование было отсутствие выраженных фронтальных или сагиттальных деформаций, отсутствие

деструктивных изменений позвоночника, отсутствие признаков анкилозирующего спондилоартрита, а также наличие рентгено-логических и денситометрических признаков остеопороза (Т-критерий ниже чем –2,5).

Во всех блоках была проведена имитация нестабильного перелома L1 типа А (по классификации AO/ASIF 1996 года) с разрушением до 45-60% костного массива тела позвонка вегокраниальной части.

Это достигали путем резекции верхне-передней части тела L1 с межпозвонковым диском Th12 L1. Таким образом, создавались условия, приближенные к действительности, когда при потере опороспособности вентральных отделов позвонка возникают условия для появления кифотической деформации.

Выбор L1 был неслучайным, так как по статистике чаще всего повреждается именно этот позвонок[9]. После повреждения L1 на всех блоках имплантировали 4-хвинтовую транспедикулярную систему Th12–L2 с цементным укреплением винтов.

Количество вводимого костного цемента для укрепления винтов составляло 7-8 мл на каждый позвонок. Корректность положения винтов контролировали во время имплантации С-дугой с электронно оптическим преобразователем «Siemens Arcadis» и после завершения фиксации–на стационарном рентгеновском аппарате «Philips Duo Diagnost».

Таким образом, в каждом блоке анатомических препаратов по два позвонка выше и ниже транспедикулярной системы оставались интактными.

Далее все анатомические блоки были разделены методом слепого выбора на 3 группы по 5 в каждой.

Группа1–контрольная–блокисимитированным переломом L1, ТПФ4-х винтовой системой Th12–L2 на прямых штангах с цементной имплантацией винтов. По два позвонка выше и ниже фиксированных ПДСинтактны.

Группа 2–блоки, аналогичные группе 1, но с ламинарной двусторонней фиксацией системой «UniversalClamp» за дугу выше лежащего позвонка (Th11).

Группа 3–блоки, так же аналогичные группе 1, но с дополнительной вертебропластикой тел Th11 и L3. Вертебропластику

выполняли стандартным транспедикулярным способом с введением 7-8 мл костного цемента в каждый позвонок через 2 иглы 13G с двух сторон. Указанный объем цемента примерно составляет 25 % объема тела позвонка [10]. Степень заполнения позвонка контролировалась рентгенологически.

Подготовленные таким образом анатомические блоки позвоночных сегментов основной и контрольной группп одвергли тестирующему вертикально направленному механическому воздействию для определения их общей прочности.

Нагрузочные тесты проводили в испытательной лаборатории ГУНЦИТО им.Н.Н.Приорова (Москва )на универсальной серво-гидравлической испытательной машине «Walter+bayag»LFV-10 T50(Швейцария).

Исследуемые блоки позвоночных сегментов закрепляли в специальных платформах между сближаемыми траверсами испытательной машины.

Проксимальный узел платформы ,фиксирующей краниальный позвонок тестируемого препарата, закрепляли на датчике сдавления, который был жёстко связан с подвижной траверсой испытательной машины.

Дистальный узел платформы, фиксирующей каудальный позвонок тестируемого препарата, закрепляли в трёх кулачковом захвате, который фиксировали на оси мотора, жёстко закреплённого на не подвижной траверсе.

Расстояние между траверсами предварительно устанавливали в соответствии с вертикальными размерами тестируемых препаратов (рис. 1). Перед началом испытаний устанавливали нулевое положение датчика. Машина включалась в режим

сдавления.

После этого давали нарастающую вертикально направленную тестирующую нагрузку со скоростью сближения траверс 5мм/мин.

Сжатие блоков проводили с усилием от 0 до 3-5 кN. Под действием возрастающей нагрузки при визуальном наблюдении первоначально отмечали появление незначительной кифотической деформации краниальнее уровня ТПФ. Далее происходило этапное разрушение тестируемых блоков, сопровождающееся характерным звуком и дальнейшим нарастанием деформации без пропорционального увеличения нагрузки. Полученные данные обрабатывались на вычислительном блоке универсальной испытательной машины.

Запись параметров измерения деформации тестируемых препаратов в зависимости от прилагаемой нагрузки осуществлялась в

виде диаграмм в координатах «вертикальная нагрузка (N) –компрессионная деформация (мм)».

Во время тестов определяли силу вертикального воздействия на подготовленные анатомические блоки позвоночных сегментов,
вызывающую первоначальные локальные разрушения (переломы), которые отображались на диаграммах в виде «колебаний»
графической линии зависимости деформации сжатия от прилагаемой нагрузки. Именно эти параметры характеризуют общую
прочность исследуемых анатомических блоков позвоночных сегментов.

Угловые деформации исследуемых позвоночных сегментов, возникающие под действием вертикально направленной нагрузки,

регистрировали цифровой фото и видеосъёмкой. По полученным диаграммам составлялись таблицы зависимости деформации
тестируемых препаратов от прилагаемой нагрузки для последующего анализа.

Дискретность нагрузки в таблицах составляла 20 N. Количественные характеристики результатов проведённых экспериментов

подвергались статистической обработке с определением стандартной ошибки средних значений.

После завершения нагрузочного тестирования все блоки подвергались контрольному рентгенологическому и КТ исследованию для визуализации переломов.

Контролировали состояние транспедикулярной системы для выявления признаков ее дестабилизации. Выполняли поиск зон локальных разрушений (переломов) в костных массивах позвонков с имплантированными винтами, а также расположенных краниально и каудально от ПДС, зафиксированных транспедикулярными системами.

Данные лучевого исследования сопоставлялись с графическими диаграммами, отображающими перелом.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Рентгенография и компьютерная томография блоков позвоночных сегментов ни в одном из 15 исследуемых анатомических

препаратов всех групп не выявили признаков дестабилизации транспедикулярных винтов, имплантированных в тела Th12 и L2 позвонков с использованием костного цемента. Кроме того, ни в одном случае не были диагностированы переломы позвонков, в которые были имплантированы винты с костным цементом. Также не отмечено ни одного случая перелома составляющих транспедикулярной системы (винт, балка) или разблокирования ее элементов.

В группе 1 (контрольной) блоков позвоночных сегментов(без методов профилактики уровней, смежных с фиксированными ПДС транспедикулярной системой) первые графические колебания, соответствующие возникновению перелома, были выявлены в диапазоне 0,78-0,94 (в среднем 0,86 ± 0,13784) кN (рис.2).

Дальнейшее увеличение нагрузки на испытательной машине приводило к грубому разрушению анатомических препаратов и
появлению визуально наблюдаемой кифотической деформации. Графические признаки тяжелой компрессии позвонков

отмечены в пределах 1,24–1,6 (в среднем 1,426 ± 0,292438) кN.

Рентгенологическое обследование анатомических препаратов после проведенного эксперимента выявило перелом вышележащего над транспедикулярной системой позвонка (Th11) во всех блоках контрольной группы. Остальные позвонки в блоках оставались интактными. Рентгенологических признаков перелома в них не обнаружено.

На рисунке 3 представлены рентгенограммы до и после проведения испытаний в анатомическом препарате контрольной группы без методов профилактики перелома позвонка вблизи транспедикулярной системы.

В группе 2 с двусторонней ламинарной фиксацией системой «Universal Clamp» за дугу выше лежащего позвонка (Th11) над транспедикулярной системой в экспериментах с анатомическими блоками позвоночных сегментов при соблюдении аналогичной методики нагрузочного тестирования были получены данные, отличающиеся от контрольной группы.

Первые графические колебания,соответствующие появлению перелома, выявлены в диапазоне 0,96-1,48 (в среднем 1,21 ± 0,385227) kN. Признаки более грубого разрушения позвонка были выявлены в пределах 2,06-2,61 (в среднем 2,44 ± 0,69685) кN.

На рисунке 4 представлен график, отображающий появление переломов в анатомическом препарате данной группы в зависимости от прилагаемой вертикальной нагрузки.

Анализ графика указывает на то, что постепенное нарастание нагрузки до величины 1,20 kN не приводит к возникновению каких-либо колебаний. При достижении уровня нагрузки величиной в 1,20 kN отмечается первое графическое колебание, соответствующее возникновению первого микроперелома в теле позвонка в пределах 1,20–1,01 kN. После продолжения усиления нагрузки отмечается еще одно незначительное колебание в пределах 1,51–1,42 kN.

Более серьезный графический провал выявлен на уровне 2,06 kN. Резкое падение сопротивления (2,06–1,70 kN) указывает на более глубокое разрушение трабекул позвонка. Аналогичная ситуация отмечена в каждом блоке этой группы.

Рентгенологическое исследование и постэкспериментальная компьютерная томография выявили переломы в вышележащих над металлоконструкцией позвонках (Th10 и Th11). В двух случаях диагностирован перелом в теле Th10, в одном случае в теле Th11 и еще в двух случаях в обоих позвонках. При этом наибольшие разрушения наблюдались в позвонке, находящемся в непосредственной близости к металлоконструкции (Th11).

На рисунке 5 представлены рентгенограммы и данные КТ до и после проведения эксперимента на анатомическом препарате из группы с профилактической ламинарной фиксацией за дугу вышележащего позвонка Th11.

В группе 3 в экспериментах с анатомическими блоками позвоночных сегментов с вертебропластикой тел Th11 и L3 при соблюдении аналогичной методики нагрузочного тестирования были получены данные, существенно отличающиеся от обеих предыдущих групп.

Первые графические колебания, соответствующие появлению перелома, выявлены в диапазоне 1,78–2,05 (в среднем1,898 ± 0,222441) кN. Признаки более грубого разрушения позвонка были выявлены в пределах 2,12–2,78 (в среднем 2,522 ± 0,528848) кN.

На рисунке 6 представлен график зависимости деформации тестируемого блока позвоночных сегментов основной группы от прилагаемой вертикальной нагрузки, отображающий возникновение перелома Th10 позвонка(над позвонком с вертебропластикой).

Представленный график показывает, что постепенное нарастание нагрузки до величины 2,05 kN не приводит к возникновению каких-либо колебаний. Только после достижения уровня нагрузки величиной в 2,05 kN отмечается первое графическое колебание, соответствующее возникновению первого микроперелома в теле позвонка (2,05– 2,02 kN). А вскоре за этим после незначительного усиления нагрузки отмечается более серьезный графический провал – 2,14 – 1,94 kN.

Дальнейшее нарастание нагрузки показывает более глубокое разрушение трабекул позвонка.

При последующем рентгенологическом исследовании установлено, что смежные с транспедикулярной системой позвонки Th11 и L3, в которых была выполнена вертебропластика, оказались устойчивыми к тестирующим механическим нагрузкам.

Ни в одном случае в указанных позвонках не выявлено возникновения переломов. Но во всех пяти блоках основной группы диагностированы переломы проксимального позвонка Th10, расположенного над позвонком Th11 с вертебро-пластикой.

На рисунке 7 представлены рентгенограммы до и после проведения эксперимента в анатомическом

препарате основной группы с вертебропластикой тел позвонков, смежных с уровнем ТПФ.

Выявленные в ходе проведения эксперимента данные, характеризующие нагрузки, провоцирующие возникновение переломов позвонков смежных ПДС во всех группах с указанием повреждаемого позвонка, приведены в таблице 1.

Показатели общей прочности исследуемых блоков позвоночных сегментов основной и исследуемых групп по отношению к вертикально направленным механическим воздействиям, характеризуемые нагрузками, необходимыми для возникновения локальных переломов, отображены графически на рисунке 8.

ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ полученных данных позволяет заключить, что постепенное нарастание вертикально направленной нагрузки на анатомические блоки позвоночных сегментов контрольной группы первоначально приводит к появлению незначительной кифотической деформации преимущественно за счет компрессии диска Th11–Th12. При этом вентральные отделы Th11оказываются в биомеханически наиболее невыгодных условиях по отношению к дальнейшему увеличению вертикально направленного усилия.

В результате чего при достижении относительно небольшой величины 0,78- 0,94 kN происходит локальное разрушение в

вентральной части костного массива тел Th11. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к более грубому разрушению
трабекул тела этого позвонка, что на диаграмме отображается в виде еще нескольких «провалов», характеризующих продолжающиеся процессы переломов, которые прогрессируют и вызывают выраженную кифотическую деформацию.

Таким образом, эксперименты с блоками позвоночных сегментов контрольной группы показали, что по отношению к вертикальной нагрузке наиболее слабым местом являются вентральные отделы тела Th11, находящегося непосредственно над

транспедикулярной системой.

В случае использования ламинарных фиксаторов за дуги вышележащего позвонка на этом уровне формируется пограничная зона между фиксированным ригидной металлоконструкцией отделом позвоночника и свободно подвижной вышележащей зоной не фиксированного позвоночника.

Образовавшаяся буферная зона на уровне ламинарной фиксации, с одной стороны, делает предохраняемый уровень полуригидным, а с другой стороны, уменьшает прямую нагрузку на вышележащий позвонок над металлоконструкцией.

Оба этих фактора приводят к более значительной устойчивости смежного с транспедикулярной системой позвонка.

В итоге, первые графические признаки перелома в этой группе были выявлены в пределах 0,96-1,48, что в 1,2-1,6 раза превышает аналогичные параметры контрольной группы. Таким образом, использование ленточной ламинарной фиксации можно рассматривать как способ профилактики перелома позвонка над транспедикулярной системой.

В экспериментах с блоками позвоночных сегментов группы 3 с профилактической вертебропластикой при аналогичных нагрузках переломы в телах Th11, в которые был введён костный цемент, не происходили. Блоки выдерживали усилия до

1,78-2,05 kN, что в 1,7–2,3 раза превышает аналогичные параметры контрольной группы. При этом происходили переломы
в не цементированных телах Th10, т.е. над позвонками с вертебро-пластикой (Th11).

Таким образом, вертебро-пластика вышележащего от уровня ТПФ позвонка Th11 является самым эффективным способом предупреждения его перелома и может рассматриваться как профилактическая по отношению к возникновению стресс-перелома и проксимального кифоза над фиксированными ПДС. Ни в одном случае испытаний анатомических препаратов не было выявлено перелома нижележащего позвонка вне зависимости от наличия или отсутствия вертебропластики (рис. 9).

ВЫВОДЫ

1. Наиболее уязвимым местом в отношении возникновения перелома над транспедикулярной системой является ближайший, краниально расположенный позвонок.

2. Ленточная ламинарная фиксация за дугу позвонка над металлоконструкцией не предохраняет от возникновения его перелома, однако повышает устойчивость позвонка к нагрузкам в 1,2–1,6 раза.

3. Вертебропластика выше лежащего от уровня ТПФ позвонка является эффективным способом предупреждения его перелома и может рассматриваться как профилактическое мероприятие возникновения стресс-перелома и проксимального кифоза над фиксированными ПДС.

Кроме того, устойчивость позвонка к перелому над позвонком с профилактической вертебропластикой увеличивается в 1,7–2,3 раза.

4. Профилактическая вертебропластика каудального от уровня фиксации позвонка нецелесообразна ввиду незначительного риска его перелома.

И.В. Басанкин 1,2 , К.К. Тахмазян 1 , А.А. Афаунов 1,2 , О.Н. Понкина 1 , С.Б. Малахов 1 , В.К. Шаповалов 1 , А.Л. Волынский 1 1 ГБУЗ НИИ-ККБ No 1 им. С.В. Очаповского, г. Краснодар, Россия; 2 ГБОУ ВПО КубГМУ Минздрава России, г. Краснодар, Россия

ЛИТЕРАТУРА

1. Effect of osteoporosis on morphology and mobility of the lumbar spine / Z. Yang, J.F. Griffith, P.C. Leung, R. Lee // Spine. 2009. Vol. 34, No3.P.E115-E21

2. Афаунов А.А., Басанкин И.В., Тахмазян К.К. Анализ результатов применения транспедикулярной фиксации с цементной имплантацией винтов при лечении повреждений грудного и поясничного отделов позвоночника на фоне остеопороза // Перспективы развития вертебрологии: инновационные технологии в лечении повреждений и заболеваний позвоночника и спинного мозга : материалы IV сьезда межрегион. общественной организации «Ассоциация хирургов-вертебрологов» с междунар. участием. Новосибирск, 2013. С. 10-16.

3. Primary pedicle screw augmentation in osteoporotic lumbar vertebrae: biomechanical analysis of pedicle fixation strength / D.J. Burval, R.F. McLain, R. Milks, S. Inceoglu // Spine. 2007. Vol.32, No 10. P. 1077-1083.

4.Proxima junctional vertebral fracture-subluxation after adult spine deformity surgery. Does vertebral augmentation avoid this complication? A case report / N. Fern?ndez-Ba?llo, J.M. S?nchez M?rquez, F.J. S?nchez P?rez-Grueso, A. Garc?a Fern?ndez //Scoliosis.2012. Vol. 7, No 1.P. 16.

Теги: позвоночник
234567 Начало активности (дата): 18.11.2019 23:07:00
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова: эксперимент, позвоночник, переломы, металлоконструкции, транспедикулярная фиксация, вертебропластика
12354567899

Перелом позвонка над металлоконструкцией у пациентов с остеопорозом. Можем ли мы предупреждать эти повреждения?