Державна установа“

Інститут патології хребта та суглобів

імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України”

Бітчук Дмитро Денисович

УДК: 616.718.55-001.5-089.84]-092.4

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-МАТЕМАТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ БАГАТОПЛОЩИННОГО КОРТИКАЛЬНОГО ОСТЕОСИНТЕЗУ
ПРИ ПОПЕРЕЧНИХ ДІАФІЗАРНИХ ПЕРЕЛОМАХ
ВЕЛИКОГОМІЛКОВОЇ КІСТКИ

14.01.21 – травматологія та ортопедія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

Харків – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державній установі “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України”.

Науковий керівник: доктор медичних наук професор

КОРЖ Микола Олексійович,

Державна установа “Інститут патології хребта та суглобів імені професора

М.І. Ситенка Академії медичних наук України”, директор

Офіційні опоненти: доктор медичних наук

ТАНЬКУТ Володимир Олексійович

Державна установа “Інститут патології хребта та суглобів імені професора

М.І. Ситенка Академії медичних наук України”, головний науковий співробітник відділу патології суглобів

доктор медичних наук професор

ЛОБАНОВ Григорій Вікторович,

Донецький державний медичний університет ім.М.Горького МОЗ України,

професор кафедри ортопедії, травматології та ВПХ

Провідна установа: Дніпропетровська державна медична

академія, кафедра травматології та ортопедії, МОЗ України, м. Дніпропетровськ

Захист дисертації відбудеться “_05_” липня_______2007 р. об 11.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.607.01 Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України” (61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України” (61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

Автореферат розісланий “_04___” ___червня______ 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор медичних наук В.О. Радченко

Актуальність теми. Лікування переломів кісток гомілки є однією з найбільш актуальних проблем сучасної травматології завдяки поширеності травм кінцівок і частим незадовільним результатам (Корж А.А., 1989; Анкин Н.Л., Поляченко Ю.В., Никитин П.В. и др., 2001). Серед їх причин велику питому вагу має недостатня стабільність фіксації, яка призводить до високого відсотку ускладнень, тривалої непрацездатності й інвалідності (Попсуйшапка А.К., 1991; Білінський П.І., 1999).

Зменшити кількість незадовільних наслідків лікування ушкоджень кісток намагаються шляхом використання активної хірургічної тактики (Кондрашов А.Н., Лоскутов А.Е., Жердев И.И и др., 2001). Останнім часом були запропоновані або вдосконалені численні імплантати для інтрамедулярного, накісткового та позаосередкового остеосинтезу кісток гомілки (Бэц Г.В., 1987; Битчук Д.Д., 1996, Зінченко А.Г., Рубленик І.М., Дудко Г.Є., 1996). Кожен із цих імплантатів має певні переваги й недоліки, що зумовлено складністю поєднання надійності фіксації та малотравматичності хірургічного втручання. Проблема остеосинтезу діафізарних переломів великогомілкової кістки у значній мірі зумовлена також анатомічною будовою кістковомозкового каналу, що у багатьох випадках не дозволяє досягти міцної фіксації відламків при використанні загальнопоширених методів остеосинтезу. В останні роки отримав розвинення новий перспективний напрямок хірургічного лікування переломів, що отримав назву “біологічний остеосинтез” (Васюк В.Л. и соавт, 2000; Baumgacrtcl F., Gotzen L.. Die, 1994; Lungerhansen W., Ulrich P. ,1994).

Головними принципами цього методу є стабільна фіксація фрагментів з максимальним збереженням кровопостачання м'яких тканин і кістки й ранні безболісні рухи у найближчих до місця перелому суглобах. Проте логічна у плані біологічних аспектів остеосинтезу зовнішня фіксація не дає можливості здійснювати у повному обсязі реабілітаційні заходи, оскільки спиці або стержні апаратів позаосередкового остеосинтезу, що проходять крізь м'язи, обмежують розробку рухів у суміжних суглобах (Кривенко С.Н., 2002). Тому сучасні тенденції розвинення травматології орієнтуються на розробку способів малоінвазивного остеосинтезу, що відрізняються незначною травматичністю доступів та застосуванням імплантатів зі зменшеною площиною контакту з кісткою (Климовицкий В.Г., Худобин В.Ю., Пастернак В.Н., Прудников Ю.В., 2002; Єдинак О.М., 2003).

У якості останніх використовують пластини типу LC-DCP (Limited Contact-Dynamic Compression Plate) та різних видів гвинти (Stokenhuber N., Shweighofer F., Bratschitsch A. et al, 1996). Проте остеосинтез пластинами, навіть з неповним контактом, може призвести до порушень кровопостачання як м'яких тканин, так і власне кістки (Бруско А.Т., Рибачук О.І., Анкін Л.М, 1996). Застосування остеосинтезу гвинтами показано при косих переломах, коли лінія зламу вдвічі й більше перевищує діаметр кістки (Muller M.E., Allgower M., Schneider R., Willenegger H, 1996). У той же час існує значний контингент пацієнтів з поперечними і близькими до них (поперечно-зубчастими й косопоперечними) діафізарними переломами великогомілкової кістки, які потребують малотравматичного внутрішнього остеосинтезу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно плану науково-дослідних робіт Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України” (“Розробити алгоритмовану систему лікування хворих з переломами кісток, які перебігають на тлі остеопенії та остеопорозу”. Шифр теми ЦФ.2000.1 АМНУ, держреєстрація №0103U000264. У рамках цієї теми автор виконував обстеження й лікування пацієнтів, вивчення математичної та біомеханічної моделей багатоплощинного кортикального остеосинтезу при діафізарних переломах великогомілкової кістки, інтерпретацію отриманих результатів).

Мета дослідження: обґрунтувати доцільність застосування багатоплощинного кортикального остеосинтезу поперечних і близьких до них переломів великогомілкової кістки та апробувати його у клініці.

Задачі дослідження:

1. Дослідити еволюцію методів лікування діафізарних переломів великогомілкової кістки та визначити перспективність малотравматичного остеосинтезу.

2. Розробити концепцію лікування поперечних і близьких до них переломів діафіза великогомілкової кістки методом багатоплощинного кортикального остеосинтезу.

3. Розробити пристрої для кортикального остеосинтезу великогомілкової кістки при поперечних і близьких до них діафізарних переломах та способи їх застосування.

4. Дослідити вплив конструкції та взаєморозташування фіксаторів на напружено-деформований стан побудованої методом кінцевих елементів математичної моделі поперечного перелому діафіза великогомілкової кістки при різних способах багатоплощинного кортикального остеосинтезу.

5. Провести експериментально-біомеханічне дослідження міцнісних характеристик багатоплощинного кортикального остеосинтезу при поперечних діафізарних переломах великогомілкової кістки.

6. Апробувати способи багатоплощинного кортикального остеосинтезу великогомілкової кістки при поперечних і близьких до них діафізарних переломах у клінічній практиці.

Об'єкт дослідження: міцнісні властивості багатоплощинного кортикального остеосинтезу діафіза великогомілкової кістки.

Предмет дослідження: напружено – деформований стан діафіза великогомілкової кістки при різних способах багатоплощинного кортикального остеосинтезу , стендова модель поперечного перелому діафіза великогомілкової кістки при різних способах багатоплощинного кортикального остеосинтезу, хворі з поперечними переломами діафіза великогомілкової кістки.

Методи дослідження: клінічний – анатомо-функціональна оцінка результатів у хворих з переломами діафіза великогомілкової кістки Біомеханічний – визначення міцнісних характеристик. Математичний – визначення оптимального числа імплантатів та їх просторової орієнтації. Статистичний – оцінка достовірності отриманих результатів.

Наукова новизна дослідження. Вперше сформульована концепція багатоплощинного кортикального остеосинтезу для лікування поперечних переломів діафіза великогомілкової кістки, що заснована на анатомічних особливостях цього сегмента.

Вперше на спеціально розробленій тривимірній математичній моделі поперечного перелому діафіза великогомілкової кістки досліджений вплив конструкції, кількості і взаєморозташування кортикальних фіксаторів на напружено-деформований стан, у тому числі у хворих зі зниженою мінеральною щільністю кісткової тканини.

В результаті експериментальних біомеханічних досліджень отримані нові знання про міцнісні характеристики кортикального остеосинтезу фрагментів діафіза великогомілкової кістки залежно від числа і взаєморозташування фіксаторів. Між різних варіантів розташування двох або трьох П–подібних імплантатів оптимальним є застосування трьох фіксаторів, розташованих у переднього гребеня на латеральній поверхні, у заднього гребеня на медальній поверхні та під кутом, що утворюють літеру “N” на медіальній поверхні.

Практичне значення отриманих результатів. Обґрунтовано оптимальну конструкцію, число й взаєморозташування кортикальних фіксаторів для багатоплощинного кортикального остеосинтезу великогомілкової кістки при поперечних діафізарних переломах шляхом дослідження напружено-деформованого стану.

Розроблено оригінальний спосіб багатоплощинного кортикального остеосинтезу діафіза великогомілкової кістки скобами, пристрій для його здійснення, а також пристрій для виготовлення фіксуючих скоб.

Розроблено оригінальний спосіб багатоплощинного кортикального остеосинтезу діафіза великогомілкової кістки у хворих зі зниженою мінеральною щільністю кісткової тканини пластинами, а також пристрій для його здійснення.

Апробація розроблених способів багатоплощинного кортикального остеосинтезу поперечних і близьких до нього переломів діафіза великогомілкової кістки в клінічній практиці продемонструвала його малу травматичність, достатню міцність фіксації фрагментів, що дозволила вчасно почати розробку рухів у суміжних суглобах, у тому числі у хворих зі зниженою мінеральною щільністю кісткової тканини.

Розроблені способи багатоплощинного кортикального остеосинтезу діафіза великогомілкової кістки і пристрої для їх здійснення апробовані в травматологічних відділеннях Харківської міської клінічної лікарні швидкої та невідкладної допомоги імені професора О.І. Мещанінова і в травматологічному відділенні Зміївської ЦРЛ Харківської області. Матеріали досліджень включені в лекційний курс кафедри травматології та ортопедії Харківського державного медичного університету.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно визначені мета й завдання дослідження, здійснений вибір методологічних підходів у виконанні наукових досліджень, проведений аналітичний огляд літератури й патентної інформації. Самостійно виконаний аналіз клініко- рентгенологічних даних і результатів лікування всіх пацієнтів. Здобувачем розроблені пристрої для багатоплощинного кортикального остеосинтезу поперечних діафізарних переломів великогомілкової кістки, захищені двома патентами України. Біомеханічні дослідження на стендовій моделі проведено у лабораторії біомеханіки Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України” за консультативної допомоги ст. наукового співробітника С.Р. Михайлова. Біомеханічні дослідження методом кінцевих елементів проведено у лабораторії біомеханіки Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України” за консультативної допомоги мол. наукового співробітника О.В. Яреська. Автор прооперував 90 % представлених хворих, інтерпретував результати їх клінічного дослідження. Провів дослідження функціональних результатів лікування діафізарних переломів великогомілкової кістки.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації докладені й обговорені на засіданні Харківського обласного товариства ортопедів-травматологів (Харків, 2001), науково-практичній Кримській конференції “Малоинвазивные и эндоскопические технологии в травматологии и ортопедии” (Ялта, 2002), на науково-практичній конференції, присвяченій 200-річчю Харківського державного медичного університету (Харків 2005), на науково-практичній конференції “Малоинвазивная хирургия в травматологии и ортопедии” (Київ, 2005).

Публікації за темою дисертації. За темою дисертації опубліковано 7 наукових праць, у тому числі 5 статей у провідних наукових фахових виданнях, 2 патенти України на винахід.

Обсяг та структура дисертації. Дисертацію викладено на 157 сторінках, вона складається зі вступу, огляду літератури, опису матеріалів і методів клінічних та експериментальних досліджень, результатів власних досліджень, обговорення результатів лікування, висновків і списку використаної літератури з 240 джерел (180 – вітчизняних, 60 – іноземних). Роботу ілюстровано 58 рисунками й 25 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність і наукову новизну теми дисертаційної роботи, її практичне значення, сформульовано мету і завдання дослідження.

У першому розділі досліджено еволюцію методів лікування діафізарних переломів великогомілкової кістки та їх перспективні напрямки.

Результати лікування діафізарних переломів великогомілкової кістки багато в чому залежать від анатомічності репозиції фрагментів та надійної фіксації їх у вправленому положенні до того часу, як відбудеться зрощення та відновлення функції кінцівки. Аналіз вітчизняної та іноземної літератури свідчить, що при лікуванні поперечних діафізарних переломів кісток кінцівок у цей час використовуються всі відомі методи фіксації фрагментів, як самостійно, так і в різних комбінаціях.

Серед цих методів перспективним постає багатоплощинний малоконтактний остеосинтез, який при невеликому контакті з кісткою та проведенні гвинтів у різних площинах забезпечує можливість регуляції мікрорухомості відламків та протидіє їх макропереміщенню.

Разом з тим, застосування відомих способів багатоплощинної фіксації фрагментів великогомілкової кістки обмежується внаслідок громіздкості конструкцій для остеосинтезу.

Оптимальний метод остеосинтезу при діафізарних переломах довгих кісток має об’єднувати позитивні властивості заглибного та позаосередкового остеосинтезу і при можливості не мати їх негативних якостей. Серед способів заглибної фіксації найбільшу стабільність має внутрішньокістковий блоківний остеосинтез, а серед позаосередкових методів цим вимогам у найбільшому ступені відповідають апарати з різноплощинною фіксацією. Вельми важливим фактором, що впливає на вибір хірургічної тактики, є забезпечення високої якості життя, що, безумовно, притаманне заглибному остеосинтезу. Суттєве значення має також можливість рано здійснювати осьове навантаження і не перешкоджати рухам у суміжних суглобах.

У другому розділі обгрунтовано концепцію застосування багатоплощинного остеосинтезу при лікуванні поперечних та близьких до них переломів великогомілкової кістки.

В основу концепції покладено ідею багатоплощинної фіксації імплантатами з мінімальним контактом, що забезпечують напівжорсткий остеосинтез тих видів діафізарних переломів, при яких ефективне застосування гвинтів неможливе (рис.1).

Оскільки ми розглядаємо можливості багатоплощинного остеосинтезу діафіза великогомілкової кістки, необхідно враховувати її анатомічні особливості, зокрема виражені трикутні контури перетину її діафіза та нерівномірну товщину кіркового шару. Ці обставини дозволяють розташувати мостовидні П-подібні імплантати, що перекривають лінію зламу під прямим кутом, таким чином, що фіксатори, які заглиблюють у кожний з фрагментів, повністю розташовуються у товщині кортикального шару.

Імовірно, такий вид остеосинтезу дозволить дотриматись основних принципів лікування переломів, які сформульовані АО/ASIF (Muller M.E., Allgower M., Schneider R., Willenegger H, 1996).

1. Відкрита методика операції забезпечить реальність анатомічної репозиції фрагментів.

2. Мостоподібна форма імплантатів та їх фіксація у кортикальній кістці зберігають осьову і частково кутову мікрорухомість фрагментів з ротаційними і поперечними включно. Такий остеосинтез створює умови для формування періостальної мозолі і вважається прогресивним з точки зору перспектив репаративної регенерації кістки.

3. Розміри імплантатів дозволяють застосовувати невеликі хірургічні доступи, а технологічність їх фіксації у фрагментах помітно скорочує час проведеної операції. На відміну від накісткових пластин, застосування яких поряд з травматизацією періосту супроводжується надмірним тиском на кістку та порушенням її кровопостачання, імплантати для багатоплощинного кортикального остеосинтезу не мають цих недоліків.

4. Можливості ранньої мобілізації кінцівки зумовлені незначною травматизацією природних компонентів стабілізувальної підсистеми (м’язів, апоневрозів і зв’язок) під час операції та застосуванням функціональних гіпсових пов’язок, що не обмежують рухи у суміжних суглобах.

Третій розділ присвячений розробці способів та пристроїв для здійснення багатоплощинного кортикального остеосинтезу при поперечних діафізарних переломах великогомілкової кістки.

Для лікування хворих з діафізарними переломами великогомілкової кістки нами розроблений оригінальний "Спосіб остеосинтезу фрагментів довгих кісток та пристрій для його здійснення" (патент України №34192А).

Для реалізації розробленого способу запропоновано П-подібні фіксатори у вигляді скоб, виготовлених із дроту діаметром 3 мм. Прилегла до поверхні кістки частина скоби має гладку поверхню, а її елементи, що заглиблюються у кортикальний шар, мають ребристу поверхню.

Багатоплощинний кортикальний остеосинтез може бути виконаний з малотравматичного хірургічного доступу, параметри якого лімітуються тільки кутом операційної дії по ширині рани, достатнім для установки розробленого нами кісткотримача оригінальної конструкції, виконаного з неїржавкої сталі марки 12Х18НІОТ (рис.2), до якого фіксується плаваючий кондуктор.

Для виконання багатоплощинного кортикального остеосинтезу великогомілкової кістки нами розроблено спосіб кортикального остеосинтезу діафізарних переломів довгих кісток та пристрій для його здійснення (патент України №60859А). Для лікування поперечних та близьких до них переломів діафіза великогомілкової кістки на фоні остеопорозу некомпримівні пластини застосовувати недоцільно. Крім того, для багатоплощинної фіксації можна використовувати пластини з меншим поперечним перетином. Оскільки лінія зламу кістки при близьких до поперечного переломах може суттєво варіювати, пластини для багатоплощинного кортикального остеосинтезу повинні мати декілька типорозмірів. Несамонарізні гвинти повністю підходять для виконання нашої задачі, оскільки нарізана мітчиком різьба точно відповідає різьбі гвинта. При цьому гвинт з різьбою значно легше заглиблюється у кортикальну кістку, не викликаючи її перегрівання та розтріскування. Конструкція фіксаторів являє собою титанові компримівні пластинки трьох розмірів на два отвори з відстанню між ними у 20, 25 та 30 мм, які фіксуються до кіркового шару за допомогою малеолярних гвинтів.

В четвертому розділі проведено математичне обґрунтування кортикального остеосинтезу діафізарних переломів великогомілкової кістки.

Для визначення оптимального числа імплантатів та їх просторової орієнтації нами проведено дослідження напружено-деформованого стану тривимірної математичної моделі з різними варіантами багатоплощинного кортикального остеосинтезу поперечного діафізарного перелому. Дослідження проведені на базі лабораторії біомеханіки Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України” за допомогою програми "Віосаd".

Загальна довжина розробленої нами математичної моделі відповідала середній довжині діафіза великогомілкової кістки дорослої людини, визначеної нами рентгенологічним способом, у наших розрахунках вона склала 0,3 м. На відміну від відомих математичних моделей довгих кісток ми моделювали діафіз не у вигляді циліндра з проксимальною та дистальною частинами, що розширюються, а у вигляді тригранника. Такий перетин моделі відповідає, безумовно, з певним ступенем апроксимації, перетину діафіза великогомілкової кістки. У нашому дослідженні вимоги до відповідності об’єкта, що моделюється, і математичної моделі визначалися завданням порівняти напружено-деформований стан при різних варіантах взаєморозташування кортикальних фіксаторів, оскільки досліджувані способи багатоплощинного кіркового остеосинтезу засновано саме на трикутному перетині діафіза великогомілкової кістки. Товщину модельованого кіркового шару визначали по зрізам, виконаним через кожні 0,05 м.

В дослідженнях застосовували 10-вузловий ізопараметричний кінцевий елемент. При дослідженнях напружено-деформованого стану математичної моделі діафіза великогомілкової кістки при консольному згині нами прийнято навантаження у 100 Н.

Величина навантаження при вивченні напружено-деформованого стану математичної моделі діафіза великогомілкової кістки на консольний згин нами прийнята з умови гравітаційної дії нижньої кінцівки, яка перебуває у горизонтальному положенні. При цьому дію м’язів, що прикріплювались до великогомілкової кістки, не враховували. Вагу гомілки зі стопою вважали рівною 12 % ваги тіла. Для середньої ваги людини цей показник відповідає 9,5 кг. Тому у стендових дослідженнях багатоплощинного кортикального остеосинтезу при консольному згині нами прийнято навантаження 100 Н.

Розрахунок значення сили, що ротирує, був визначений величиною м’язових зусиль для ротації стопи при горизонтальному положенні непорушної нижньої кінцівки. Тричі були виміряні зусилля м’язів при внутрішній та зовнішній ротаціях стопи. Манжета для передачі зусиль, що виникають при ротації стопи, на вимірювач сили була розташована на відстані 0,15 см від центра надп’ятково-гомілкового суглоба. Тому було проведено дослідження напружено-деформованого стану діафіза великогомілкової кістки при багатоплощинному кортикальному остеосинтезі з оптимальним варіантом розташування фіксуючих елементів за другою схемою навантаження, яка передбачала прикладення крутильного моменту, що дорівнював 22,5 Нм, на дистальний відділ діафіза великогомілкової кістки.

Проводили розрахунки напружено-деформованого стану діафіза великогомілкової кістки при фіксації перелому з різними варіантами розташування двох або трьох фіксаторів.

У моделі діафіза великогомілкової кістки при різних варіантах багатоплощинного кортикального остеосинтезу високим навантаженням підлягають фіксатори, що відіграють роль компенсаторів, які зменшують інтенсивність напружень у зоні перелому.

Аналіз отриманих результатів дозволив зробити висновки, що фіксуюча конструкція з двох паралельних пластин та однієї нахильної добре працює при навантаженні кістки крутильним моментом. Слід відмітити, що на відміну від згину основне навантаження несе не передня, а задня та нахильна пластини. Необхідно також уникати дуже близького розташування гвинтів нижньої та нахильної пластин для запобігання утворенню зони з концентрацією напружень.

Багатоплощинний кортикальний остеосинтез діафіза великогомілкової кістки з використанням трьох скоб, розташованих у вигляді букви N, дозволяє знизити напруження як великогомілкової кістки в цілому, так і зон концентрації напружень (ділянка входу скоб у кістку) у порівнянні з різними варіантами розташування двох або трьох паралельних скоб. З усіх варіантів кортикальної фіксації поперечного перелому діафіза великогомілкової кістки, для яких проводили розрахунки на математичній моделі, таке розташування скоб є оптимальним (рис.3).

Аналіз напружено – деформованого стану діафіза великогомілкової кістки у зоні поперечного перелому при фіксації фрагментів двома паралельними та однією нахильною скобами або пластинами, розташованими у переднього гребеня на латеральній поверхні, у заднього гребеня на медіальній поверхні та під кутом, що утворює букву N на медіальній поверхні, не показав суттєвих відзнак (рис. 4). Разом з тим, у пацієнтів зі зниженням мінеральної щільності кісткової маси показники напружено – деформованого стану діафіза при багатоплощиному кортикальному остеосинтезі скобами та пластинами помітно відрізняються (рис. 5).

Проведене на математичній моделі дослідження напружено-деформованого стану під дією навантаження на консольний вигин 100 Н та на скручування 22,5 Нм показало, що оптимальним розташуванням імплантатів є фіксація фрагментів двома паралельними та однією нахильною скобами або пластинами, розташованими у переднього гребеня на латеральній поверхні, у заднього гребеня на медіальній поверхні та під кутом, що утворює букву N на медіальній поверхні.

У п’ятому розділі проведено експериментальне обґрунтування кортикального багатоплощинного остеосинтезу при діафізарних переломах великогомілкової кістки.

З метою визначення міцнісних характеристик багатоплощинного кортикального остеосинтезу було проведено серію стендових досліджень на моделях великогомілкової кістки. Досліджували моделі інтактного та фіксованого способом багатоплощинного кортикального остеосинтезу скобами поперечного перелому діафіза великогомілкової кістки. Експеримент проводили на базі лабораторії біомеханіки Державної установи “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України”.

Оскільки у стендових дослідженнях не ставили задачу отримати абсолютні величини, а тільки порівняльні, моделі були виготовлені з деревини твердих порід – бука, при цьому вибирали ділянки, розташовані ближче до кореня дерева, де волокна йшли не паралельно, а хаотично. За своїми міцнісними характеристиками цей матеріал найбільш близький до кіркової кістки. Моделям надавали форму та розміри діафіза реальної великогомілкової кістки, при цьому вони повністю співпадають з параметрами математичної моделі, описаної в розділі 4.

Так само як і при дослідженні напружено – деформованого стану великогомілкової кістки, при математичному моделюванні багатоплощинного кортикального остеосинтезу, величина навантаження - 100 Н. При стендових дослідженнях на скручування моделі прикладали силу у 22,5 Нм, яка ротирує (рис. 6,7).

Аналіз отриманих даних показав, що за однакових умов навантаження та закріплення були отримані близькі результати. Деякі відмінності у величинах переміщень пояснюються відмінностями чисельної моделі від експериментальної. У чисельній моделі було враховано більш складну будову кістки (наявність кіркового та губчастого шарів), а також відмінність механічних характеристик кісткової тканини від властивостей букової моделі, що використана в експерименті (табл.1).

Таблиця 1. Порівнювальні дані результатів дослідження багатоплощинного кортикального остеосинтезу скобами на моделі діафіза великогомілкової кістки

Зусилля | Біомеханічна ситуація | Інтактна модель

hcp (мм) | Остеосинтез двома скобами

hcp (мм) | Остеосинтез трьома скобами hcp (мм) | Експери-мент | Матем.

модель | Експери-мент | Матем.

модель | Експери-мент | Матем.

модель | Р=100 Н | 5,3 | 5,9 | 6,4 | 6,8 | 5,1 | 5,5 | Мкр=22,5 Н | 5,4 | 5,6 | - | - | 10,6 | 11 |

Шостий розділ присвячений клінічній апробації багатоплощинного кортикального остеосинтезу великогомілкової кістки. Клінічну апробацію розробленого багатоплощинного кортикального остеосинтезу переломів великогомілкової кістки проведено при лікуванні 11 хворих з 12 діафізарними переломами кісток гомілки.

З метою розробки диференційованої тактики застосування багатоплощинного кортикального остеосинтезу скобами і пластинами у залежності від структурно-функціонального стану кісткової тканини у пацієнтів з переломами великогомілкової кістки нами проведено денситометричне дослідження за допомогою рентгеноденситометричної системи "АРМ-остеолог".

У хворих з нормальною мінеральною щільністю багатоплощинний кортикальний остеосинтез проводили з використанням скоб, а у випадках остеопорозу чи остеопенії (кортикальний індекс < 0,58 у.о.) – пластин.

Техніка операції та тактика проведення післяопераційної реабілітації при багатоплощинному кортикальному остеосинтезі пластинами суттєвих відмінностей від скоб не має, але, зважаючи на показники мінеральної щільності кісткової маси, строки початку дозованого та повного навантаження на кінцівку у таких хворих відрізнялися.

Оцінку анатомо-функціональних результатів клінічної апробації багатоплощинного кортикального остеосинтезу у пацієнтів з діафізарними переломами великогомілкової кістки проводили за методикою, яка запропонована Е.Р. Маттис, Н.А. Любошиц (1980). В основі запропонованої схеми лежить оцінка стану пацієнтів за 15 показниками.

Віддалені результати простежено в 11 хворих з 12 переломами, строк спостереження склав від 6 місяців до 5 років. У всіх хворих досягнуто зрощення. Порушень опорної функції кінцівки ми не відмічали.

Аналіз анатомо-функціональної оцінки результатів клінічної апробації багатоплощинного остеосинтезу скобами через 6 місяців після операції показав (табл. 2), що зрощення перелому відбулося у всіх хворих, при цьому тільки в одного з них (іст. хв. 22719) відмічалось незначне зміщення відламків, що не призвело до функціонального укорочення кінцівки та обмеження функції у суміжних суглобах. Ці зміни обумовлені повторною травмою під час реабілітації. У хворого з косопоперечними переломами обох гомілок у верхній третині, що ускладнювало процеси реабілітації, відзначались періодичні болі та незначне обмеження функції правого колінного суглоба.

Таблиця 2. Анатомо-функціональна оцінка результатів клінічної апробації багатоплощинного кортикального остеосинтезу скобами через 6 місяців після операції

№ п/п | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | № іст.хв. | 22719 | 12034 | 16662 | 23102 | 24150 | Біль | 4 | 5 | 5 | - | 3 | Зрощення відламків | 5 | 5 | 5 | - | 5 | Зміщення відламків | 4 | 5 | 5 | - | 5 | Функціональне укорочення

кінцівки | 5 | 5 | 5 | - | 5 | Вади кісткової мозолі | 4 | 5 | 5 | - | 5 | Функція суміжних суглобів | 5 | 5 | 5 | - | 4 | Стан м’язів кінцівки | 4 | 4 | 5 | - | 4 | Місцеві судинні порушення | 5 | 5 | 3 | - | 5 | Місцеві неврологічні порушення | 5 | 5 | 5 | - | 5 | Гнійні ускладнення | 5 | 5 | 5 | - | 5 | Функція кінцівки | 5 | 5 | 5 | - | 3 | Косметичний дефект | 4 | 4 | 4 | - | 4 | Необхідність подальшого лікування | 5 | 5 | 5 | - | 5 | Працездатність | 24 | 30 | 24 | - | 24 | Результат лікування | 84 | 98 | 91 | - | 87 |

Анатомо-функціональна оцінка результатів клінічної апробації багатоплощинного кортикального остеосинтезу пластинами через 6 місяців після операції показала залежність результатів лікування від таких факторів, як інтегральний кірковий індекс, наявність супутньої патології, вживання остеотропних препаратів і строки початку розробки рухів у суміжних суглобах (табл. 3). Зрощення відламків відбулося у всіх хворих, при цьому зміщення кісткових відламків та функціонального укорочення кінцівки й обмеження функції у суміжних суглобах не відмічалось у жодному випадку. В однієї хворої (іст. хв. № 597/3) супутній постінсультний парез малогомілкового нерва вплинув на відновлення функції нижньої кінцівки.

Таким чином, з огляду на результати клінічної апробації кортикального остеосинтезу ми вважаємо, що даний метод показаний при лікуванні хворих з поперечними, поперечно-зубчастими, поперечно-осколковими, косопоперечними переломами кісток гомілки. Невелика травматичність, висока технологічність та короткі строки виконання кортикального остеосинтезу дозволяють рекомендувати його як метод вибору внутрішнього остеосинтезу.

Таблиця 3. Анатомо-функціональна оцінка результатів клінічної апробації багатоплощинного кортикального остеосинтезу пластинами через 6 місяців після операції (Н.А. Любошиц, Э.Р. Маттис)

№ п/п | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | № іст.хв. | 21474 | 24765 | 22975 | 1180 | 285/48 | 597/03 | Біль | 5 | 4 | - | 4 | 5 | 5 | Зрощення відламків | 5 | 5 | - | 5 | 5 | 5 | Зміщення відламків | 5 | 5 | - | 5 | 5 | 5 | Функціональне укорочення

кінцівки | 5 | 5 | - | 5 | 5 | 5 | Вади кісткової мозолі | 5 | 4 | - | 5 | 5 | 5 | Функція суміжних суглобів | 5 | 5 | - | 5 | 5 | 4 | Стан м’язів кінцівки | 5 | 5 | - | 4 | 4 | 4 | Місцеві судинні порушення | 5 | 3 | - | 5 | 3 | 5 | Місцеві неврологічні порушення | 5 | 5 | - | 5 | 5 | 2 | Гнійні ускладнення | 5 | 5 | - | 5 | 5 | 5 | Функція кінцівки | 5 | 3 | - | 5 | 5 | 3 | Косметичний дефект | 5 | 4 | - | 4 | 5 | 4 | Необхідність подальшого лікування | 5 | 5 | - | 5 | 5 | 5 | Працездатність | 30 | 24 | - | 24 | 24 | 24 | Результат лікування, % | 100 | 87 | - | 91 | 91 | 86 |

ВИСНОВКИ

1. Дослідження еволюції методів лікування поперечних діафізарних переломів великогомілкової кістки показало, що найбільш ефективним є внутрішній металоостеосинтез. Його перспективними напрямками є зниження травматичності операції, багатоплощинна фіксація фрагментів, раннє осьове навантаження й безболісна мобілізація пацієнта. Разом з тим, методів внутрішнього остеосинтезу поперечних діафізарних переломів великогомілкової кістки, що відповідають цим вимогам у повній мірі, немає, що породжує необхідність розробки малотравматичного багатоплощинного кортикального остеосинтезу, міцнісні характеристики якого дозволили б забезпечити раннє осьове навантаження і своєчасне відновлення функції суміжних суглобів.

2. Розроблена концепція лікування поперечних та близьких до них переломів діафіза великогомілкової кістки методом багатоплощинного кортикального остеосинтезу базується на її анатомічних особливостях, зокрема, виражених трикутних контурах перетину її діафіза та нерівномірній товщині кіркового шару. Ці обставини дозволяють використати мостовидні П-подібні фіксатори, що перекривають лінію перелому під прямим кутом, заглиблюючись тільки у кортикальний шар обох фрагментів діафіза. Доцільна реалізація концепції шляхом розробки малотравматичних, багатоплощинних способів кіркового остеосинтезу та пристроїв для їх здійснення при поперечних та близьких до них переломах діафіза великогомілкової кістки.

3. Розроблені способи багатоплощинного кортикального остеосинтезу діафіза великогомілкової кістки скобами (патент України № 34192А) та пластинами (патент України № 60859А), пристрої для його здійснення, а також пристрій для виготовлення фіксуючих скоб, призначені для виконання малотравматичної багатоплощинної фіксації фрагментів поперечних та близьких до них переломів діафіза великогомілкової кістки, у тому числі і у пацієнтів зі зниженою мінеральною щільністю кісткової тканини.

4. Дослідження напружено-деформованого стану діафіза великогомілкової кістки при різних варіантах багатоплощинного кортикального остеосинтезу на математичній моделі поперечного перелому дозволило обґрунтувати оптимальне число та взаєморозташування кіркових фіксаторів. З усіх варіантів кіркової фіксації поперечного перелому діафіза великогомілкової кістки, для яких проводили розрахунки на математичній моделі, N-подібне розташування фіксаторів на медіальній поверхні діафіза великогомілкової кістки є оптимальним. Моделювання зниження мінеральної щільності кістки показало перевагу використання багатоплощинного кортикального остеосинтезу пластинами у пацієнтів з остеопорозом.

5. Біомеханічні дослідження багатоплощинного кортикального остеосинтезу методом стендового експерименту дозволили визначити його міцнісні характеристики й оптимальне розташування фіксаторів. Багатоплощинний кортикальний остеосинтез діафіза великогомілкової кістки при фіксації фрагментів трьома П-подібними фіксаторами, розташованими у переднього гребеня на латеральній поверхні, у заднього гребеня на медіальній поверхні та під кутом, що утворює букву N на медіальній поверхні, переважніше з різними варіантами розташування двох або трьох паралельних імплантатів.

6. Клінічна апробація розроблених способів багатоплощинного кортикального остеосинтезу при лікуванні пацієнтів з поперечними, поперечно-зубчастими й косопоперечними діафізарними переломами великогомілкової кістки продемонструвала його малу травматичність, достатню міцність фіксації фрагментів, що дозволило своєчасно почати розробку рухів у суміжних суглобах. Анатомо-функціональна оцінка результатів лікування хворих з поперечними та близькими до них переломами великогомілкової кістки показала, що при застосуванні багатоплощинного кортикального остеосинтезу скобами та пластинами у всіх пацієнтів досягнуто зрощення перелому та відновлення функції кінцівки, у тому числі у хворих зі зниженою мінеральною щільністю кісткової тканини.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Битчук Дм.Д., Михайлов С.Р. Экспериментальное обоснование интракортикального остеосинтеза скобами при диафизарных переломах длинных костей // Ортопедия, травматология и протезирование.-2002.-№ 2.-С. 33-36.

Особистий внесок автора полягає в проведенні біомеханічного експерименту з дослідження багатоплощинного кортикального остеосинтезу.

2. Корж Н.А., Битчук Дм.Д. Лечение диафизарных переломов костей голени кортикальным остеосинтезом // Вістник ортопедії, травматології та протезування. - 2004. – (42)№3. – С.59-61.

Особистий внесок автора полягає в участі в розробці способу функціонального обстеження пацієнтів, участі в оперативному лікуванні.

3. Битчук Дм.Д. Экспериментально – математическое обоснование кортикального остеосинтеза диафизарных переломов большеберцовой кости // Врачебная практика. – 2005. - №6. – С.51-56.

4. Корж Н.А., Битчук Дм.Д. Концептуальная модель многоплоскостного кортикального остеосинтеза переломов диафиза большеберцовой кости // Ортопедия, травматология и протезирование.-2005.-№ 4.-С. 97-99.

Особистий внесок автора полягає в проведенні аналізу літератури та анатомо – біомеханічного обгрунтування багатоплощинного кортикального остеосинтезу.

5. Битчук Дм.Д. Математическое обоснование кортикального остеосинтеза диафизарных переломов большеберцовой кости // Збірник наукових праць співробітників КМАПО ім.П.Л.Шупіка. – 2006. – випуск 15.Т.2. – С.5-9.

6. Патент України № 60859 А. Спосіб остеосинтезу фрагментів довгих кісток та пристрій для його здійснення / Д.Д.Бітчук, Дм.Д.Бітчук, М.Д.Бітчук(UA); Заявл. 11.06.99; Опубл. 15.02.01, Бюл. №1.

Особистий внесок автора полягає в проведенні патентно-інформаціонного пошуку, участі в розробці пристрою.

7. Патент України № 34192 А. Спосіб кортикального остеосинтезу діафізарних переломів довгих кісток та пристрій для його здійснення / Дм.Д.Бітчук; Заявл. 19.03.03; Опубл. 15.10.03, Бюл. №10.

АНОТАЦІЯ

Бітчук Д.Д. Експериментально-математичне обґрунтування багатоплощинного кортикального остеосинтезу при поперечних діафізарних переломах великогомілкової кістки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.01.21 – травматологія та ортопедія. – Державна установа “Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України”. Харків, 2007.

На підставі концепції лікування поперечних діафізарних переломів великогомілкової кістки розроблено метод багатоплощинного кортикального остеосинтезу. Принципова особливість цього методу полягає у фіксації фрагментів крізь товщу кортикального шару при поперечних діафізарних переломах великогомілкової кістки без проникнення до кістковомозкового каналу та ушкодження кісткового мозку. Розроблені техніка, імплантати та пристрої для виконання багатоплощинного кортикального остеосинтезу поперечних діафізарних переломів великогомілкової кістки. Форма та розміри розроблених імплантатів та пристроїв дозволяють виконати операцію з мінімального хірургічного доступу, який дозволяє виконати відкриту репозицію.

Математичним моделюванням дозволило досліджено напружено-деформований стан математичної моделі поперечного діафізарного перелому діафіза великогомілкової кістки при багатоплощинному кортикальному остеосинтезі. Експериментальне дослідження багатоплощинного кортикального остеосинтезу показало оптимальний варіант розташування імплантатів для фіксації поперечного перелому діафіза великогомілкової кістки.

Результати клінічної апробації багатоплощинного кортикального остеосинтезу дозволяють вважати доцільним його застосування для лікування пацієнтів з поперечними переломами діафіза великогомілкової кістки.

Ключові слова: великогомілкова кістка, перелом, кортикальний остеосинтез, біомеханічне обгрунтування, математичне моделювання.

АННОТАЦИЯ

Битчук Д.Д. Экспериментально – математическое обоснование многоплоскостного кортикального остеосинтеза при поперечных диафизарных переломах большеберцовой кости.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.01.21 – травматология и ортопедия. Государственное учреждение “Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М. И.Ситенко Академии медицинских наук Украины”, Харьков, 2007.

Диссертация посвящена обоснованию целесообразности применения многоплоскостного кортикального остеосинтеза поперечных и близких к ним диафизарных переломов большеберцевой кости.

В основу диссертации положена концепция многоплоскостной фиксации имплантатами с минимальным контактом, обеспечивающими полужесткий остеосинтез тех видов диафизарных переломов, при которых эффективное применение винтов невозможно.

Так как исследовались возможности многоплоскостного остеосинтеза диафиза большеберцовой кости, учитывались ее анатомические особенности, в частности – выраженные треугольные контуры сечения диафиза и неравномерную толщину кортикального слоя. Эти обстоятельства позволяют расположить мостовидные П-образные имплантаты, перекрывающие линию излома под прямым углом, таким образом, что погружаемые в каждый из фрагментов фиксаторы полностью располагаются в толще кортикального слоя.

Для лечения пациентов с поперечными, поперечно-зубчатыми и косо-поперечными диафизарными переломами большеберцевой кости разработан оригинальный “Спосіб остеосинтезу фрагментів довгих кісток та пристрій для його здійснення” (патент Украины № 34192А). Поскольку снижение минеральной плотности кости снижает прочностные возможности остеосинтеза, для выполнения многоплоскостного кортикального остеосинтеза большеберцовой кости у пациентов с остеопорозом нами разработан “Спосіб кортикального остеосинтезу діафізарних переломів довгих кісток та пристрій для його здійснення” (патент Украины № 60859А).

С целью определения оптимального числа имплантатов и их пространственной ориентации нами проведено исследование напряженно-деформированного состояния трехмерной математической модели с различными вариантами многоплоскостного кортикального остеосинтеза поперечного диафизарного перелома. Исследования проводили на базе лаборатории биомеханики Государственного учреждения “Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М. И.Ситенко Академии медицинских наук Украины” с помощью программы „Biocad“.

Проведенное на математической модели исследование напряженно –деформированного состояния под действием нагружения на консольный изгиб и скручивание показало, что оптимальным расположением имплантатов является фиксация фрагментов двумя параллельными и одной наклонной скобами или пластинами, расположенными у переднего гребня на латеральной поверхности, у заднего гребня на медиальной поверхности и под углом, образующим букву “N”, на медиальной поверхности.

При моделировании ситуации со сниженной минеральной плотностью костной ткани распределение напряженно – деформированного состояния после выполнения многоплоскостного кортикального остеосинтеза скобами заметно уступало параметрам напряженно – деформированного состояния фрагментов диафиза большеберцовой кости после многоплоскостного кортикального остеосинтеза пластинами.

Для определения прочностных характеристик многоплоскостного