Medline.ru - Некоторые вопросы биомеханики зио с запорами

С целью расширения возможности интрамедуллярной стабилизации переломов Кюнчер в 1968 году предложил устройство, состоящее из гвоздя и штифтов (шурупов), которые вводят через костные стенки и предварительно просверленные в гвозде отверстия (по Klemm K., 1983). Эта идея была реализована в 1972 году и получила название остеосинтеза с запорами (Verriegelungnagelung). В русскоязычной литературе чаще употребляется название "блокирующий остеосинтез". Благодаря введению запора (-ов) гвоздю передаются действующие на отломок крутящие моменты, продольные силы растяжения-сжатия, более эффективно переносятся на гвоздь изгибающие и срезывающие нагрузки. Введение запоров в один из отломков называется динамической фиксацией, введение одновременно в оба отломка - статической фиксацией. Положительной стороной, а в определенном смысле, недостатком последней является исключение возможностей продольного перемещения, т.е. взаимосближения отломков. С целью преодоления этого недостатка через некоторое время запоры из одного отломка удаляются (динамизация). Принципиальные условия динамической фиксации - плотный задел гвоздя с одним из отломков; в этом случае запор (-ы) вводится (-ятся) во второй отломок, подвижный на гвозде.

За последние годы блокирующий остеосинтез во многих странах стал "рутинным" методом лечения переломов голени, бедра, в меньшей мере плечевой кости (Muller M.E. et al., 1996). Литература по этой модификации ЗИО огромна. Вместе с тем, в вопросе о показаниях к остеосинтезу с запорами, статической и динамической фиксации до настоящего времени нет единого мнения. Щвейцарская школа отдает предпочтение динамической фиксации при большей части переломов, разработаны различные устройства для последней, адаптированы форма, материал и конструктивные особенности гвоздей.

Нами блокирующий остеосинтез стал применяться с 1977г. В порядке биомеханического обоснования метода были проведены следующие исследования:

Изгиб гвоздя в костно-мозговом канале и его значение при ЗИО с запорами

При введении в костно-мозговой канал гвоздь изгибается под воздействием анатомической кривизны кости, либо, при переломе на уровне кривизны, выпрямляет кость. За счет продольного изгиба гвоздя происходит его защемление в костно-мозговом канале. Кюнчер рассматривал изгиб гвоздя как дополнительный фактор стабильности фиксации (Kuntsсher G., 1962).

С целью исследования упругих сил трения, возникающих при изгибе гвоздя, нами проведен эксперимент на 12 бедренных костях, взятых от человеческих трупов в возрасте от 27 до 49 лет. После рассверливания костно-мозгового канала гибкими фрезами по проводнику, вводили в него прямой гвоздь на 1 мм меньшего калибра, чем диаметр последней фрезы. Величину и форму изгиба гвоздя определяли по рентгенограммам в двух проекциях. Препараты - бедренные кости - фиксировали на испытательном стенде. Между крюком, введенным в ушко гвоздя и натяжным винтом располагали динамометр ПДУ-2-02. Величину усилия при трогании с места гвоздя считывали со шкалы динамометра. Применяли два типа гвоздей: гвозди типа Кюнчера нашей конструкции из стали марки 1Х18Н9Т и полые титановые гвозди нашей конструкции закрытого профиля. При извлечении гвоздя сила трения F_{0 тр}., противодействующая экстракции в момент трогания с места гвоздя, варьировала от 350.0 Н до 960.0 Н.

Анализ условий нагружения прямого гвоздя при его введении в непрямой костномозговой канал с применением расчетов по сопромату показал, что сила трения, возникающая при изгибе, связана прямой пропорциональной зависимостью с линейной величиной максимального прогиба гвоздя, с жесткостью гвоздя. Полученные из опытов значения силы трения сопоставимы с продольной нагрузкой на конечность при ходьбе на костылях и двухопорном стоянии. Следовательно, при дистальных переломах, при которых значение анатомической кривизны кости реализуется в наибольшей мере, с целью профилактики укорочения достаточно фиксировать запором только дистальный отломок (динамическая фиксация), при условии ограничения нагрузок двухопорным стоянием и ходьбой на костылях с частичной опорой. С другой стороны, и при статической фиксации больным рекомендуется воздерживаться от полной опоры на конечность до рентгенологических признаков формирования мозоли, после чего запоры из одного фрагмента удаляют.

Следовательно, при "высоких" и особенно "низких" метадиафизарных переломах, при которых прямой интрамедуллярный гвоздь испытывает изгиб и защемление в длинном отломке, статический остеосинтез не дает существенных преимуществ перед динамическим. С другой стороны, представляется рациональным индивидуальное моделирование кривизны гвоздя, рекомендованное и технически разработанное Кюнчером (Kuntsсher G., 1962). Целесообразность предварительного изгиба гвоздя соответственно анатомической кривизне костномозгового канала не вызывает сомнений только при локализации перелома на уровне наибольшей выпуклости анатомического изгиба.

С целью измерения момента трения, противодействующего кручению гвоздя в кости, пробивали гвоздь через поперечный опил дистального метафиза бедра, произведенный тотчас ниже надмыщелков. На диафизе бедра в плоскости поперечного сечения монтировали шкалу, выполненную в виде дуги окружности радиусом R=400 мм, цена деления составляла 0.1⁰. На выступающих концах гвоздя укрепляли стрелки-указатели. Диафиз жестко закрепляли в зажиме, вращающее усилие осуществлялось с помощью пружинного динамометра с ценой деления, равной 1 Н, и передавалось на гвоздь с помощью рычага длиной 10 см. Максимальный угол закручивания к моменту трогания гвоздя с места в препаратах с гвоздями, имеющими продольный шлиц, варьировал от 12⁰ до 32⁰, в препаратах с полыми титановыми гвоздями без шлица - от 2⁰ до 6⁰. Критический крутящий момент, при котором прокручиваются в кости гвозди со шлицем, значительно превосходит их несущую способность на кручение. Для титановых же гвоздей этот момент лежит в пределах их упругих возможностей. Полученные данные имеют определенное практическое значение для практики остеосинтеза с запорами. Очевидно, что для этой модификации остеосинтеза преимущество имеют гвозди закрытого профиля, обладающие более высокими характеристиками применительно к крутящим нагрузкам, чем гвозди с продольным шлицем.

Ориентируясь на известные данные о величине крутящих моментов, действующих на голень при ходьбе на измерительном протезе (Рощин Г.И., 1956), можно полагать, что продольный изгиб гвоздя в длинном отломке и запор в коротком метафизарном отломке обеспечивают равновесное состояние системы "фиксатор-сломанная кость", устойчивое к крутящим моментам при ранних активных движениях, двухопорном стоянии и ходьбе на костылях с дозированной нагрузкой. Стабилизации перелома способствуют при статической фиксации также сцепление отломков по плоскости излома под действием продольных сил сжатия. При отсутствии же такого сцепления (винтообразные и оскольчатые переломы) осевые нагрузки в ранние сроки нежелательны.

Внедрение гвоздя в надхрящевой слой дистального эпифиза как фактор стабильности при остеосинтезе гвоздем с проксимальным запором В свежие бедренные и большеберцовые кости, опиленные на границе средней и верхней трети, вводили гвозди типа Кюнчера, либо титановые закрытого профиля, таким образом, чтобы верхушка гвоздя на 10-12 мм не доходила до суставного хряща. Препараты закрепляли между опорной гильзой испытательного стенда и динамометром часового типа. Выступающий конец гвоздя упирался в цилиндрический датчик динамометра. Продольная нагрузка осуществлялась путем винтового перемещения траверсы. Величину усилия на сжатие считывали со шкалы динамометра. Степень внедрения гвоздя в губчатую кость эпифиза под возрастающей нагрузкой определяли путем серийной рентгенографии препарата в процессе испытаний с помощью рентгенаппарата "Арман".

Как показали испытания, для внедрения гвоздей на глубину 5 мм в эпифиз бедренных костей требовалась статическая нагрузка от 350.0 Н до 680.0 Н, в среднем 480.5+/-15.0 Н. В препаратах большеберцовых костей эта нагрузка вариировала от 220.0 Н до 460.0 Н, в среднем 360.0+/-12.0 Н. При усилии, превышавшем отмеченные пределы, из эпифиза выкалывался неправильной формы фрагмент, включавший часть суставной поверхности с надхрящевым слоем губчатой кости.

Следовательно, при внедрении гвоздя в надхрящевой слой эпифиза дальнейшая миграция его практически исключается при статических нагрузках, превосходящих нагрузки при двухопорном стоянии.

Полученные данные дают основание полагать, что при длинных косых и оскольчатых переломах в проксимальной трети бедренной и большеберцовой костей сила трения при упругом защемлении гвоздя и пробивание гвоздя до надхрящевого слоя эпифиза являются достаточной профилактикой продольных смещений при условии проксимальной динамической фиксации, при этом следует ограничиться двухопорным стоянием и минимальными осевыми нагрузками при ходьбе на костылях.

Таким образом, на основании вышеизложенного, мы пришли к следующим выводам:

- При изгибе гвоздя в костномозговом канале возникают силы трения, противодействующие продольному смещению и кручению гвоздя в кости. Эти силы связаны прямой пропорциональной зависимостью с линейной величиной прогиба гвоздя и его жесткостью на изгиб (при экстракции) и кручение (при крутящих нагрузках).

- С целью восстановления исходной продольной оси сломанной кости моделирование гвоздя соответственно анатомической кривизне гвоздя целесообразно при переломах бедра - на уровне наибольшей кривизны, при переломах большеберцовой кости - в верхней трети. При прочих переломах бедренной и большеберцовой костей прогиб гвоздя в костномозговом канале при введении способствует стабилизации переломов.

- Изгиб гвоздя в костномозговом канале и упор его в надхрящевой губчатый слой дистального эпифиза являются дополнительными факторами стабильности, которые следует учитывать при постановке показаний к блокирующей фиксации и выборе характера фиксации.