Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,746

A PRACTICE OF FUNCTIONAL TREATMENT OF COMPLEX DAMAGES IN MALLEOLI.THE PRACTICAL GROUNDING

Barabash Y.A. 1 Barabash A.P. 1 Mandrov D.V. 1 Ivanov D.V. 1 Magomedov U.A. 1
1 Federal Government-Financed Institution «Saratov Research Institute of Traumatology and Orthopaedics» of Ministry of Public Health of the Russian Federation
Исследование жесткости чрескостной фиксации с помощью 3D реконструкции дистального отдела голени человека и трех систем чрескостной фиксации выявили, что напряжения, возникающие в месте контакта стержня с костью, уменьшаются при увеличении числа витков резьбы вводимого стержня. При этом жесткость двухспицевой конструкции в 1,43 раза меньше, чем спице-стержневой, и в 2,49 раза меньше, чем двухстержневой. На основании математических расчетов предложен новый чрескостный стержень-шуруп и метод остеосинтеза, обеспечивающий возможность стабильной фиксации с фунциональной динамической межотломковой компрессией. Клиническое применение новых двухстержневых компановок чрескостного остеосинтеза при переломах лодыжек, в сравнении со спицевыми (по Илизарову), позволило сократить сроки реабилитации пациентов на 14,8 суток при повышении положительных результатов лечения на 16 % и сокращении числа осложнений на 36 %.
Surgical treatment of complex malleoli fractures is supposed to be feasible, less traumatic and functional. Transosseous composed osteosynthesis satisfies all these requirements. The load passing over the bone as well as its migrations and malformations were estimatedby the method of mathematical modeling with the help of 3-d reconstruction of distal anticnemion and three existing systems of transosseous fixation (pin, pin-and-bolt and bolt fixation). The investigations have showed that, in comparison with support pin, tensions emerging at the place where the bolt contacts the bone decrease if the number of turns of the thread is multiplied from 1.16 to 5.8 times. Furthermore the stiffness of a double pin construction is 1.43 times less than a pin-and-bolt one and 2,49 times less than double bolt one. On the basis of using mathematical calculation we propose a new transosseous bolt-screw which provides an opportunity of rigid fixation with functional dynamic intrafragmental compression. The clinical use of new double bolt tranosseousosteosynthesis units in the presence of malleoli fractures compared with pin units (Ilizarov frame) allowedto reduce patients’ rehabilitation period by 14,8 days with the increase of positive treatment results by 16 % and reduce of complications by 36 %.
fracture
functional treatment
mortise joint
fixation stiffness
tension modeling
treatment period

Частота встречаемости переломов лодыжек составляет в среднем 100–120 случаев на 200 тысяч населения в год. Анатомию области голеностопного сустава можно ассоциировать с кольцом, состоящим из трех костей и соединяющих их практически не растяжимых связок, поэтому повреждения элементов сустава более чем в двух местах являются нестабильными и составляют около 15 %. К данной группе относятся все двухлодыжечные переломы, переломы обеих лодыжек в сочетании с повреждениями переднего и/или заднего края большеберцовой кости, а также межберцового синдесмоза [6]. По классификации АО/ASIF эти повреждения относятся к сложным переломам [7].

По мере накопления опыта лечения переломов лодыжек были сформулированы показания к оперативному лечению:

1) неудавшаяся попытка закрытой ручной репозиции;

2) вторичное смещение костных отломков после наложения гипсовой повязки;

3) открытые переломы в области голеностопного сустава.

Применение погружных конструкций для фиксации отломков может приводить к травмированию мягких тканей с нарушением кровоснабжения кости в области перелома, несостоятельности фиксации со вторичным смещением костных отломков, несращению отломков, развитию крузартроза; при этом повышается опасность развития инфекционных осложнений.

По мнению ряда авторов [5, 1], аппараты внешней фиксации превосходят по эффективности погружной остеосинтез с использованием традиционных фиксаторов. Однако, подчеркивая положительные стороны, многие ученые отмечают негативные стороны применения данного метода, в частности, прорезывание кожи в местах входа спиц и воспаление (в 13,6–21,3 % случаев), развитие «спицевого» остеомиелита (в 2,7–6,4 % случаев), технические сложности наложения аппарата [2, 3, 4]. Поэтому определённые надежды в плане уменьшения частоты развития воспалительных явлений и профилактики нестабильной фиксации костных отломков возлагают на использование вместе со спицами стержней [8].

Цель: Разработка и экспериментально-клиническое обоснование нового варианта функционального лечения нестабильных переломов лодыжек на основе чрескостного остеосинтеза.

Материалы и методы исследования

Дизайн исследования состоит из двух частей. В экспериментальной части проводилась 3D реконструкция дистального отдела голени человека по КТ-срезам (10 человек) и трех систем чрескостной фиксации (спицевой, спице-стержневой и стержневой) с последующей оценкой перемещений и деформаций, возникающих в них [9].

В клинической части проведено сравнение результатов лечения 220 пациентов со сложными переломами лодыжек (средний возраст 54 ± 0,56), разделенных на группы в зависимости от применяемого метода лечения.

Напряжения, возникающие в кости при действии осевой растягивающей нагрузки на стержневой и спицевой фиксаторы, оценивались силой натяжения, разделенной на площадь поверхности контакта упора на спице и стержне (на каждом витке резьбы). Площадь соприкосновения чрескостного элемента с костной тканью вычисляли как площадь кольца

bar1.wmf.

Основу конструкций составляла полукольцевая опора (рис.1), к которой с натяжением 80Н крепили две спицы O1,8 мм, снабженные упорной площадкой и введенные в кость под углом 45 ?, и стержни, каждый их которых имел две разновидности резьбы: метрическую (для крепления к опоре через приставку) и упорную (для соединения с костью), закрепленные на разных уровнях (через 12 мм друг от друга – на 1 отверстие приставки) под углом 90 ?. Все элементы конструкции входят в комплект аппарата Илизарова.

bar3.tifА bar4.tif Б bar5.tif В

Рис. 1. Модели конструкций чрескостной фиксации: а) двухспицевая конструкция; б) спице-стержневая; в) двухстержневая

При оценке перемещений и деформаций в стержневых и спице–стержневых конструкциях использовали схемы расчета прогибов балок, основанные на гипотезе Бернулли. Деформации стержневых элементов конструкций оценивали с использованием модельных задач с помощью дифференциального уравнения упругой линии балки. После приложении осевой нагрузки на кость рассматривали нагружение консольной балки сосредоточенной силой, приложенной к свободному концу, и нагружение свободно опертой по краям балки сосредоточенной силой, приложенной в середине по дифференциальному уравнению упругой линии балки:

bar2.wmf,

которое дважды интегрируя, получали прогиб. Полученные данные вносили в таблицы.

Для объективной оценки исходов лечения все изученные клинические случаи были разделены по методу лечения и способу фиксации на три группы: 1-я группа (80 чел.) – остеосинтез переломов лодыжек проводился с помощью аппарата внешней фиксации стержневого типа; 2-я группа (80 чел.) – оперативное лечение было выполнено методикой чрескостного остеосинтеза голени аппаратом Илизарова с использованием спицевых фиксаторов по Г.А. Илизарову (1971); 3-я группа (60 чел) – погружной остеосинтез. По диагнозу больные распределялись следующим образом. У 41 пациента были переломы обеих лодыжек, у 145 – переломы лодыжек были с повреждением дистального межберцового синдесмоза, у 34 – переломы лодыжек с повреждением переднего или заднего края большеберцовой кости. Анатомо-функциональные результаты лечения были изучены в сроки от 6 месяцев до 3 лет у 60 больных, прооперированных с помощью стержневых аппаратов, у 72 больных, прооперированных с помощью спицевых аппаратов, и у 46 больных, остеосинтез которым был выполнен с помощью погружных конструкций. За основу оценки исходов лечения принимали упрощенную систему Э.Р. Маттиса – И.А. Любошица – И.Л. Шварцберга.

Результаты исследования и их обсуждение

С помощью метода математического моделирования рассматривали усилия, передаваемые на кость при помощи упоров на спицах и резьбовых соединений стержней, создаваемые в системах аппарата внешней фиксации.

При использовании спиц O1.8 мм с упорной площадкой до O4 мм и стержней с внешним диаметром 6 мм и внутренним (без резьбовой нарезки) – 4 мм вычисляли значения площадей контактных поверхностей, а также напряжения (и их отношения), возникающие в кости при приложении усилия величиной P (табл. 1).

В спицевой системе аппарата площадь контакта упора спицы с костью составляет 27.1 мм2. При приложении осевой силы, равной величиной P, возникает напряжение 0,037 Н/мм2. При использовании стержня, имеющего с костью резьбовое соединение, на одном витке получили площадь контакта в 15,7 мм2, а напряжения, возникающие в костной ткани, составили 0,064 P.

Увеличение количества витков резьбы стержня приводит к увеличению площади контакта (31,4 мм2 при двух витках), а следовательно, и снижению напряжения на кость до 0,032 H/мм2. с увеличением количества введенных в кость витков резьбы стержня (до семи) уменьшается и напряжение на кость.

Таким образом, уже при введении в кость двух витков резьбы стержня напряжения, возникающие в кости, меньше, чем при использовании спицы, в 1,16 раза. Если же резьбовая часть стержня будет закручена в кость на 7 витков резьбы, а при шаге резьбы 2 мм, это составит 14 мм, то в таком случае напряжения в месте контакта будут меньше в 5,8 раз, чем при использовании спицы с упором. Все сказанное выше справедливо при приложении осевой силы, равной величиной P.

Таблица 1

Значения площадей контактных поверхностей чрескостных фиксаторов и напряжений, возникающих в кости

Вид фиксатора

Площадь контакта, мм2

Напряжение, Н/мм2

Отношение напряжений спицы к стержню

Спица с упором

27,10

0,037

 

Стержень

1 виток резьбы

15,70

0,064

0,58

2 витка резьбы

31,40

0,032

1,16

3 витка резьбы

47,10

0,021

1,74

4 витка резьбы

62,80

0,016

2,32

5 витков резьбы

78,50

0,013

2,90

6 витков резьбы

141,30

0,007

5,21

7 витков резьбы

157,00

0,006

5,80

На втором этапе проведен сравнительный анализ прогибов, возникающих в системах фиксации (спицевой, спице-стержневой, стержневой) при приложении осевой нагрузки на кость. Задачи, решенные в данном разделе, рассматривают работу спицы как опертой на края балки, а стержень – как консольный.

В случае приложения одинаковой нагрузки P = 600 Н из интегрирования дифференциального уравнения упругой линии балки по трем системам аппарата внешней фиксации с ранее заданными параметрами чрескостных элементов получили прогиб спицевой системы – 8,60•10-6 м, спице-стержневой системы – 6,02•10-6 м, а стержневой системы – 3,45•10-6 м (табл. 2).

Результаты расчетов показывают, что при действии одинаковых сил прогибы двухспицевой конструкции в 1,43 раза больше, чем прогибы спице-стержневой, а прогибы последней, в свою очередь, в 1,75 раза больше прогибов двухстержневой конструкции. При этом прогиб стержневой конструкции в 2,49 раза меньше прогиба спицевой конструкции.

Учитывая вышеизложенные факты, мы предложили использовать в качестве стержневого фиксатора для фиксации отрывных переломов (внутренней лодыжки, наружной лодыжки, переднего края большеберцовой кости) и межберцового синдесмоза стержень (патент РФ № 130831), имеющий конусовидную округлую форму с нанесенной резьбой в количестве 7 витков, длина которой (14 мм) соответствует ширине наружной лодыжки или дистальной части малоберцовой кости, а также длине отломка внутренней лодыжки (что создает рассчитанную жесткость фиксации в кости), а затем и трехгранную форму, которая вводится в метафиз большеберцовой кости, оставляя возможность перемещения отломков только по оси введения стержня, что использовано для создания поддерживающей или динамической межотломковой компрессии (с помощью пружины), соответствующей физиологической в зоне синдесмоза берцовых костей.

Таблица 2

Прогибы консольного стержня и шарнирно-опертой по краям спицы в случае приложения одинаковой нагрузки P = 600 Н и отношения прогибов спицы и стержня, спицевой, спице-стержневой и стержневой систем фиксации кости

Прогиб стержня, м

1,73∙10-6

Прогиб спицы, м

4,30∙10-6

Отношение прогиба спицы к стержню

2,49

Прогиб спице-стержневой системы, м

6,02∙10-6

Прогиб стержневой системы, м

3,45∙10-6

Прогиб спицевой системы, м

8,60∙10-6

Отношение прогибов спицевой и спице-стержневой систем

1,43

Отношение прогибов спице-стержневой и стержневой систем

1,75

Отношение прогибов спицевой и стержневой систем

2,49

В основной клинической группе (стержневые аппараты внешней фиксации) операцию выполняли по методике, описанной в патенте РФ на изобретение № 2492832, учитывая безопасные места для введения чрескостных элементов с минимальной смещаемостью тканей по «Эсперанто…» [Барабаш А.П., Соломин Л.Н., 1997]. Фиксация стопы продолжалась в течение 3 недель с приданием диастаза в голеностопном суставе +2 мм. В дальнейшем подсистему со стопы снимали, после чего приступали к разработке пассивных и активных движений в суставе. Через 2–2,5 месяца с момента операции проводили клинико-рентгенологическую пробу и демонтаж АВФ.

Клинический пример. Больной К., 47 лет, поступил в травматологическое отделение городской клинической больницы № 9 г. Саратова с диагнозом: Закрытый перелом обеих лодыжек правой голени со смещением отломков, подвывих стопы кнаружи, разрыв межберцового синдесмоза. При поступлении выполнена закрытая ручная репозиция с иммобилизацией гипсовой трехлонгетной повязкой до средней трети бедра с приданием стопе репозиционного положения. Через 10 дней на контрольной рентгенограмме отмечено вторичное смещение. Выполнена операция: чрескостный остеосинтез АВФ стержневого типа. Через 3 недели подсистема со стопы демонтирована, начата ЛФК – в течение 1 недели пассивные движения, а затем с дозированной нагрузкой на конечность.

При достижении клинико-рентгенологических признаков сращения отломков с восстановлением взаимоотношений в голеностопном суставе аппарат демонтирован на 58 сутки. Достигнуто сращение костных фрагментов с восстановлением опоры и функции сустава (20\0\20?).

Хорошие результаты получены в 90 % случаев, удовлетворительные – в 10 %, в отдаленные сроки наблюдения хорошие результаты составили 85,8 %. Срок фиксации составил 57,8 ± 4,5 суток, срок нетрудоспособности – 115,2 ± 12 суток. Воспаления в местах введения стержней наблюдались в 2,5 % случаев, контрактуры в голеностопном суставе – в 3,75 %, атрофия мягких тканей – в 1,25 %, боль при ходьбе – в 16,25 %, деформация – в 1,25 %.

В результате проведенного математического моделирования способов закрепления костей стопы при чрескостном остеосинтезе из рассмотренных двухспицевой, двухстержневой и спице-стержневой конструкций максимальная жесткость фиксации достигается при использовании двухстержневой. При этом, чем больше площадь контакта резьбы стержня с костным фрагментом, тем меньше напряжение в кости и, соответственно, вероятность ее разрушения, что и было осуществлено при клиническом использовании результатов математического моделирования жесткости.

Сравнивая результаты лечения пациентов с использованием описанной технологии с ранее применявшимися (спицевыми компановками АВФ и погружным остеосинтезом), можно отметить сокращение неудовлетворительных результатов.

Так, по сравнения со второй группой (использование спицевых компановок АВФ), в которой наблюдали 82,5 % положительных ближайших исходов лечения, при этом доля хороших составила 65 % и удовлетворительных – 17,5 %, в первой (основной) клинической группе положительные результаты были на 17,5 % выше. Срок фиксации сократился на 14,8 суток, срок нетрудоспособности – на 8,9 суток. Частота развития воспалений в местах введения спиц уменьшилась на 6,3 %, контрактур в голеностопном суставе – на 21,1 %, атрофии мягких тканей – на 6,2 %, боль при ходьбе – на 2,4 %, деформации – на 6,2 %.

bar6.tifА bar7.tif Б bar8.tif В

Рис. 2. Рентгенограммы больного К., 47 лет, при поступлении (а), после операции (б) и после демонтажа аппарата (в)

К неудовлетворительным исходам лечения были причислены случаи, когда пациенты предъявляли жалобы на боли в области бывшего перелома при значительной физической нагрузке, атрофию мягких тканей травмированной голени до 2 см, сосудистые нарушения в виде гипостатического отека, более выраженного в области голеностопного сустава и тыла стопы.

В сравнении с погружным остеосинтезом (фиксация малоберцовой кости пластиной и берцовых костей винтом) предлагаемый способ позволил повысить положительные результаты на 25 % при сокращении сроков нетрудоспособности на 28,2 суток, что связано с полноценной более ранней реабилитацией пациента (через 3-4 недели после операции). Осложнения в виде воспаления в месте оперативного вмешательства наблюдались в 6,7 %, контрактуры в голеностопном суставе – в 18 %, атрофия мягких тканей – в 4,3 %, боль при ходьбе – в 30 %, деформация – в 6,5 %. Данные осложнения мы связываем с одномоментностью интраоперационной репозиции и невозможностью без повторных операций управлять отломками. Большинство осложнений можно отнести к методическим ошибкам, связанным с нарушением технологии лечения и необходимостью применения дополнительной иммобилизации в течение 2–2,5 месяцев.

Выводы

Таким образом, предложенный методологический подход к чрескостной фиксации сложных повреждений лодыжек стержневыми аппаратами внешней фиксации значительно превосходит наиболее часто используемые в клинической практике виды оперативного лечения. Возможно, с расширением влияния экономических факторов на здравоохранение, данный метод может стать альтернативой и консервативного лечения, т.к. по временным трудозатратам они примерно равнозначны.