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
.
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.
А 
Б 
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:
,
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 %.
А 
Б 
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.