19.04.2021
Сравнительный анализ жесткости остеосинтеза спице-стержневыми аппаратами, используемыми при артродезе коленного сустава
Для исследования жесткости остеосинтеза (ЖО) мы провели сравнительные механические испытания данного аппарата и комбинированного спице-стержневого аппарата (КССА), применяемого при АКС.
В настоящее время в травматологии и ортопедии широко применяются аппараты внешней фиксации (АВФ). Они применяются не только с целью репозиции и фиксации фрагментов при переломах, при исправлении деформаций, но и при артродезировании суставов конечностей [8, 24, 26, 27, 30].
Как известно, для успешного АКС необходимо, чтобы конструкция отвечала следующим требованиям: обеспечивала стабильную фиксацию, была легко управляема, позволяла проводить раннюю функциональную нагрузку, обеспечивала комфортность для больного [2, 3].
С развитием травматологии и ортопедии метод Илизарова постоянно совершенствуется, создаются новые АВФ, разрабатываются новые способы лечения травм и ортопедических патологий [21, 22]. Для исследования ЖО аппарата учеными разработаны специальные методики их механических и биомеханических испытаний [7, 13].
ЖО, обеспечиваемая тем или иным аппаратом, является одной из важнейших характеристик [7, 10, 14, 16]. Многочисленные стендовые и биомеханические исследования ЖО оригинальных компоновок аппарата Илизарова, а также стержневых и комбинированных спице-стержневых конструкций позволяют определить наиболее оптимальные из них [1, 9, 10, 14].
Усовершенствования АВФ во многом связаны с разделом биомеханики чрескостного остеосинтеза. Одним из направлений в оптимизации условий заживления переломов являются приемы поэтапной дестабилизации чрескостного аппарата для переноса части нагрузки с фиксирующей конструкции на регенерат. К настоящему времени прием динамизации чрескостного аппарата общепризнан и реализуется в клинике при помощи поочередного удаления к концу периода фиксации спиц из репозиционно-фиксационных опор [6, 16, 19, 20].
Л.Н. Соломиным с соавт. (2005) предложена так называемая Модульная Трансформация (МТ). В основе МТ для АВФ на протяжении периода фиксации лежит следующее [16]:
● постепенно уменьшать количество соединяющих опоры стержней, чрескостных элементов;
● сокращать количество опор без необходимости дополнительного проведения чрескостных элементов;
● изменять геометрию внешних опор аппарата путем демонтажа части этой опоры.
Целью МТ является улучшение качества жизни больных, снижение трансфиксационных контрактур и инфекционных осложнений.
Применение МТ позволяет рано приступить к реабилитационному лечению, а также создает оптимальные условия для сращения костей [16].
На сегодняшний день при АКС широко применяются АВФ различных модификаций [8, 23, 24, 25, 26, 29, 30].
Известно, что жесткость фиксации костного фрагмента спице-стержневым модулем на основе одного кольца может превышать жесткость фиксации, обеспечиваемой модулем из двух колец на основе спиц [9].
Это дает основание считать, что используемый при АКС КССА является наиболее оптимальным, хотя в доступной литературе мы не встретили работ, в которых были бы освещены исследования жесткости остеосинтеза аппаратами, применяемыми при АКС.
Как показал наш опыт, при применении КССА больные испытывают определенный дискомфорт, связанный с тем, что в положении лежа вся тяжесть конечности передается через спицы и стержни аппарата на кость, вызывая иногда боль в конечности.
Мы решили усовершенствовать аппарат таким образом, чтобы вес конечности при ее горизонтальном положении не передавался на элементы конструкции аппарата. С этой целью мы предложили использовать вместо полных колец конструкцию из полуколец аппарата Илизарова, фиксировав их в положении ¾. Использование такого дизайна аппарата при АКС в доступной нам литературе мы не встретили. Учитывая то, что данная конструкция может снизить ЖО при АКС мы решили провести механические испытания этой конструкции.
Цель работы. Провести стандартные механические испытания КССА и ССА для определения ЖО и сравнительный анализ полученных результатов
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Механические испытания по заказу Азербайджанского Научно-исследовательского института травматологии и ортопедии проводились в Механической опытной лаборабории Министерства оборонной промышленности Азербайджанской Республики, Производственном объединении «Шарг» и Научно-производственном учреждении «ИГЛИМ».
Исследования жесткости АВФ выполнены по медицинским технологическим правилам, согласно принципам «Метода исследования жесткости чрескостного остеосинтеза при планировании операций» [7].ЖО определялась в соответствии с медицинской технологией по исследованию жесткости чрескостного остеосинтеза [12, 14, 15, 17, 19]. Технология предполагает проведение алгоритма стандартных действий и расчетов по определению основных характеристик жесткости АВФ (рис. 1).
● Осевой нагрузкой (F1) определялась продольная жесткость остеосинтеза при дистракции и компрессии.
Для этого прикладываются силы F 1дистр.и F1 компр. в направлении продольной оси имитатора кости.
● Поперечной нагрузкой во фронтальной (F2) и сагиттальной плоскости (F3) определялась поперечная жесткость остеосинтеза: во фронтальной плоскости, моделируя «отведение» и «приведение» конечности (силы F2 отв.и F2 прив.), в сагиттальной плоскости, моделируя «сгибание» и «разгибание» конечности (силы F3 сгиб.и F3 разг.).
● Ротационной нагрузкой (F4) определялась ротационная жесткость остеосинтеза, моделируя внутреннюю и наружную ротацию конечности (F4 наружн.и F4 внутр.).
В опытной работе, соблюдая правила Метода унифицированного обозначения чрескостного остеосинтеза (МУОЧО) [18], исследованы оба вида аппаратов, смонтированных по нижеследующим схемам:
Диаметр колец составил 180 мм, расстояние между кольцами – 155 ± 5 мм, диаметр спиц – 2 мм, а диаметр резьбовых стержней – 6 мм. Были собраны 3 аппарата различных компоновок. Один КССА и 2 аппарата ССА. Конструкции последних 2-х аппаратов отличались друг от друга фиксацией стержня на различных расстояниях от опоры в ¾ кольца.
В нашей работе мы использовали технологию, применяемую при исследованиях АВФ на жесткость остеосинтеза, предложенную другими авторами [4, 5]. В качестве заменителя кости применили деревянный цилиндр длиной 400 ± 5 мм с диаметром 30 ± 5 мм.
Каждый из 3-х аппаратов подвергался дистракции и компрессии двукратно в продольном направлении, в общей сложности 12 раз. При следующих экспериментах сила сдвига прилагалась на каждый из 3-х аппаратов во фронтальной (2 раза), сагиттальной (2 раза) и трансверсальной (2 раза) плоскостях, в общей сложности 18 раз.
Таким образом, в общей сложности были проведены 30(12+18) серий экспериментов. Эксперименты проводились на установках P-20 («ЗИП», No 2357, ГОСТ 7855-74), МИП-100-2 («ЗИП», No 171) и ТИП PB 12 (No 2046).
Во время проведения опыта воздействие силы увеличивалось до образования смещения в зоне стыка фрагментов на 1 мм или же до формирования деформации в 1º, а затем сразу же останавливалось.
В этих исследованиях было использовано понятие «коэффициент жесткости» (К), который определяется из отношения внешних нагрузок к линейным и угловым перемещениям.
Чем больше коэффициент жесткости, тем больше жесткость фиксации фрагментов [13, 28]. Например, коэффициент жесткости дистракции и компрессии определяется следующим образом:
При проведении механических испытаний не ставилась задача определения величины смещающего усилия, приводящей к деформации или же разрушению АВФ, так как данная информация не имеет практического значения в практике применения АВФ и остеосинтеза [14].
Статистический анализ полученных при механическом испытании результатов произведен с помощью компьютерной программы MedCalc for Windows (version 12.7.8.0) с использованием критериев Mann-Whitney test (independent samples). Для обеспечения статистической достоверности нами был выбран традиционный медицинский критерий - P < 0,05 [11].
При исследовании ЖО аппаратами ССА-I, ССА-II и КССА получены результаты, обобщенные на рисунках 3 и 4 и в таблице 1
Из результатов, полученных при опытах, стало ясно, что самую большую продольную жесткость остеосинтеза при дистракции обеспечивает КССА, а самую низкую ССА-I.
Разница между показателями составила 38,1 Н/мм (рис. 3, табл. 1).
Аналогичные показатели наблюдались и при компрессии по продольной оси. Разница составила 29 Н/мм (рис. 3, табл. 1).
Во фронтальной плоскости самые высокие показатели наблюдались при тестировании КССА, минимальные - при тестировании ССА-I. Разница составила 0,8 Нхмм/град (рис. 4, табл. 1).
При действии силы в сагиттальной плоскости наблюдались аналогичные результаты. Разница в показателях составила 1 Н»мм/град (рис. 4, табл. 1).
При исследовании жесткости остеосинтеза в транс-верзальной плоскости наблюдались подобные результаты - разница составила 1,1 Н»мм/град (рис. 4, табл. 1).
Самая существенная разница между КССА и ССА-I наблюдалась во время исследования жесткости при дистракции по продольной оси, минимальная - при определении жесткости во фронтальной плоскости (рис. 3, 4 и табл. 1).
При исследовании жесткости фиксации аппарата-ми КССА и ССА-II, самая большая разница наблюдалась во время приложения дистракционной силы по продольной оси и составила 9,6 Н/мм (рис. 3, табл. 1), минимальная - при исследовании жесткости во фронтальной плоскости. Разница составила 0,3 Н*мм/град (рис. 4, табл. 1).
ОБСУЖДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТАЫ
Из полученных результатов видно, что КССА обеспечивает меньшую ЖО, в среднем, на 17,8 % в сравнении с ССА-I и на 3,3 % в сравнении с ССА-П. Особенно большая разница в полученных данных наблюдалась при исследовании ЖО в продольном направлении при дистракции и компрессии (рис. 3, табл. 1). Если эти показатели ССА-II были близки к показателям ЖО аппарата КССА (161,2 ± 1,25 против 170,8 ± 0,4) при дистракции, то у ССА-I разница была значительно больше (132,7 ± 3,55 против 170,8 ± 0,4) (табл. 1). При исследовании показателей ЖО в продольной плоскости при компрессии аппаратом ССА-II и КССА отмечалась незначительная разница (160,1 ± 0,2 против 162,0 ± 0,3), тогда как она значительно увеличивалась при сравнении показателей ССА-I и КССА (133,0 ± 4,30 против 162,0 ± 0,3) (табл. 1).Исследования ЖО во фронтальной плоскости значительной разницы в показателях не выявили (12,2 ± 0,25 против 12,7 ± 0,1 и КССА 13,0 ± 0,2) (табл. 1), в равной степени, как и исследования ЖО в сагиттальной (26,1 ± 0,2 против 26,6 ± 0,25 и КССА 27,1 ± 0,15) (табл. 1) и трансверзальной плоскости (19,1 ± 0,3 против 19,6 ± 0,35 и КССА 20,2 ± 0,45) (табл. 1).
Таким образом, полученные данные позволяют заключить, что ЖО в продольном направлении при компрессии и дистракции была выше у аппарата КССА, незначительно меньше у ССА-II (на 3,3 %) (статистическая разница показателей не достоверна). У ССА-I полученные данные значительно отличались от показателей аппарата КССА (были статистически достоверно меньше, P < 0,05).
Наши данные аналогичны данным, полученным Л.Н. Соломиным с соавт. (2005), где авторы на заключительном этапе МТ после удаления задних полуколец (M3k) наблюдали уменьшение ЖО в среднем на 5 % при всех моделируемых нагрузках [16], несмотря на некоторую разницу в конструкции аппаратов.
Мы согласны с мнением Л.Н.Соломина с соавт. (2005), что снижение веса конструкции, уменьшение его громоздкости с одновременным улучшением комфортности для больного является одним из приоритетных направлений в усовершенствовании АВФ [16]. Предложенное нами усовершенствование КССА для АКС отвечает вышеуказанным требованиям без существенного уменьшения ЖО. Здесь можно подчеркнуть, что данная компоновка особенно удобна для больного, когда он лежит, и вес конечности передается не на аппарат, т.е. не на спицы и стержни, а на саму конечность.
ВЫВОДЫ
• Исходя из результатов наших экспериментов, можно сделать вывод, что показатели ЖО предложенного нами аппарата ССА-II и аппарата КССА различаются незначительно (на 3,3 %). Полученные данные позволяют применять ССА при артродезе коленного сустава без опасения потери ЖО.
• Эксперименты показали, что при увеличении расстояния фиксации стержня от колец на аппарате ССА-II показатели ЖО повышаются.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андрианов М.В. Комбинированный чрескостный остеосинтез при переломах бедренной кости и их последствиях : автореф. дис. канд. мед. наук / М.В. Андрианов. СПб., 2007. 25с.
2. Моделирование наружного чрескостного остеосинтеза / О.В. Бейдик, К.Г Бутовский, Н.В. Островский, В.Н. Лясников. Саратов, 2002. 191 с.
3. Бейдик О.В., Котельников Г.П., Островский Н.В. Остеосинтез стержневыми и спице-стержневыми аппаратами внешней фиксации. Самара : Перспектива, 2002. 208 с.
4. Бушманов А.В. Математическое и компьютерное моделирование фиксирующих устройств в травматологии. Благовещенск: Амурский гос. ун-т., 2007.
5. Бушманов А.В., Соловцова Л.А. Исследование жесткости аппарата Илизарова // Рос. журн. биомеханики. 2008. Т. 12, № 3 (41). С. 97-102.
6. Илизаров Г.А. Основные принципы чрескостного компрессионного и дистракционного остеосинтеза // Ортопедия, травматология и протезирование. 1971. № 11. С.7-15.
7. Метод исследования жесткости чрескостного остеосинтеза при планировании операций : мед. технология / ГУ РосНИИТО им. РР Вреде-на; сост.: Н.В. Корнилов, Л.Н. Соломин, С.А. Евсеева, В.А. Назаров, П.И. Бегун. СПб., 2005. 21 с.
8. Митрофанов А.И., Каминский А.В., Поздняков А.В. Возможности артродезирования коленного сустава с использованием компьютерной навигации // Гений ортопедии. 2013. № 4. C. 106-108.
9. Мыкало Д.А. Комбинированный чрескостный остеосинтез при переломах костей голени и их последствиях : автореф. дис. ... канд. мед. наук. СПб., 2008. 22 с.
10. Назаров В.А. Биомеханические основы модульной компоновки аппаратов для чрескостного остеосинтеза длинных трубчатых костей : автореф. дис. ... канд. мед. наук. СПб., 2006. 22 с.
11. Реброва О.В. Статистический анализ медицинских данных с помощью пакета программ «Статистика». М.: Медиа Сфера, 2002. С. 380.
12. Сабиров Ф.К., Соломин Л.Н. Исследование жесткости модулей первого и второго порядка, скомпонованных с использованием экстракортикальных фиксаторов // Травматология и ортопедия России. 2015. № 1. С. 58-65.
13. Соловцова Л.А. Методика компьютерного исследования жесткости спице-стержневых фиксирующих устройств // Рос. журн. биомеханики. 2010. Т. 14, № 1. С. 17-25.
14. Сравнительный анализ жесткости остеосинтеза, обеспечиваемой чрескостными аппаратами, работающими на основе компьютерной навигации и комбинированным спице-стержневым аппаратом / Л.Н. Соломин, В.А. Виленский, А.И. Утехин, В. Террел // Травматология и ортопедия России. 2009. №. 2. С. 20-25.
15. Метод унифицированного обозначения чрескостного остеосинтеза длинных костей : метод. рекомендации / ГУ РосНИИТО им. РР Вреде-на; сост.: Л.Н. Соломин, Н.В. Корнилов, А.В. Войтович, В.И Кулик, В.А Лаврентьев. СПб., 2004. 21 с.
16. Соломин Л.Н., Назаров В.А., Бегун П.И. Биомеханические и конструкционные основы модульной трансформации аппаратов для чрескост-ного остеосинтеза длинных костей // Травматология и ортопедия России. 2005. № 4. С. 39-47.
17. Соломин Л.Н. Основы чрескостного остеосинтеза аппаратом ГА. Илизарова :монография. СПб.: ООО «МОРСАР АВ», 2005. 544 с.
18. Соломин Л.Н. Основы чрескостного остеосинтеза : в 2 т. М.: БИНОМ, 2014. Т 1. 328 с.
19. Шевцов В.И., Швед С.И., Сысенко Ю.М. Чрескостный остеосинтез при лечении оскольчатых переломов. Курган: ЗАО: «Дамми», 2002. 326 с.
20. Hutchinson B.K., Binski J.C Treatment of tibial shaft fractures with the Taylor Spatial Frame. In: Fifteenth Annual Scientific Meeting of Limb Lengthening and Reconstruction Society. North America, New York, ASAMI, 2005. P 12.
21. Ilizarov G.A. The tension-stress effect on the genesis and growth of tissues. Part I. The influence of stability of fixation and soft-tissue preservation // Clin. Orthop. Relat. Res. 1989. N 238. P 249-281.
22. Ilizarov G.A. The tension-stress effect on the genesis and growth of tissues: Part II. The influence of the rate and frequency of distraction // Clin Orthop Relat Res. 1989. N 239. P 263-285.
23. Arthrodesis of the knee using cannulated screws / H.C. Lim, J.H. Bae, C.R. Hur, J.K. Oh, S.H. Han // J. Bone Joint Surg. Br. 2009. Vol. 91, N 2. P. 180-184.
24. Comparison of intramedullary nailing and external fixation knee arthrodesis for the infected knee replacement / T.M. Mabry, D.J. Jacofsky, G.J. Haidukewych, A.D. Hanssen // Clin. Orthop. Relat. Res. 2007. Vol. 464. P. 11-15.
25. Knee arthrodesis as limb salvage for complex failures of total knee arthroplasty / R. Kuchinad, M.S. Fourman, A.T. Fragomen, S.R. Rozbruch // J. Arthroplasty. 2014. Vol. 29, N 11. P. 2150-2155.
26. An original knee arthrodesis technique combining external fixator with Steinman pins direct fixation / G. Riouallon, V. Molina, C. Mansour, C. Court, J.Y. Nordin // Orthop. Traumatol. Surg. Res. 2009. Vol. 95, N 4. P. 272-277. doi: 10.1016/j.otsr.2009.04.006.
27. Hybrid external fixation for arthrodesis in knee sepsis / K.H. Salem, P Keppler, L. Kinzl, A. Schmelz // Clin. Orthop. Relat. Res. 2006. Vol. 451. P. 113-120.
28. Solomin L.N. The basic principles of external skeletal fixation using the Ilizarov and other devices // Milan: Springer-Verlag, 2008. 1593 p.
29. Periprosthetic Infection Following Total Knee Arthroplasty. Chapter 24 / M. Soudry, A. Greental, G. Nierenberg, M. Falah, N. Rosenberg. In: Arthroplasty - Update / Ed. P Kinov. InTech, 2013.
30. Knee arthrodesis using a unilateral external fixator combined with crossed cannulated screws for the treatment of end-stage tuberculosis of the knee / X. Tang, J. Zhu, Q. Li, G. Chen, W. Fu, J. Li // BMC Musculoskelet. Disord. 2015. Vol. 16. P 197. doi: 10.1186/s12891-015-0667-2.
Сведения об авторах:
1. Алиев Гусейн Али - НИИ травматологии и ортопедии, г. Баку, Азербайджан, младший научный сотрудник отделения гнойной травматологии
2. Али-Заде Чингиз Али Ага - НИИ травматологии и ортопедии, г. Баку, Азербайджан, главный научный сотрудник отделения гнойной травматологии, д.м.н., профессор
Теги: коленный сустав
234567 Начало активности (дата): 19.04.2021 18:30:00
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова: коленный сустав, артродез, внешняя фиксация, аппарат Илизарова, спице-стержневой аппарат, жесткость остеосинтеза
12354567899
Похожие статьи
Некоторые аспекты ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава. Пластика костных дефектов губчатыми аллоплантамиВывих бедра у подростков и взрослых, страдающих церебральным параличом: паллиативные методы оперативного лечения (обзор литературы)
Рентген на дому 8 495 22 555 6 8
Клинические варианты деформаций грудной клетки (обзор литературы)
Восстановление после перелома шейки бедра
