Comparative mechanical strength of quadriceps tendon grafts

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Выбор оптимального аутотрансплантата при реконструкции передней крестообразной связки (ПКС) остаётся одной из наиболее обсуждаемых и клинически значимых проблем современной ортопедии. Несмотря на накопленный опыт и большое количество исследований, единая стратегия подбора трансплантата, обладающего оптимальным сочетанием прочности, биомеханической стабильности и минимальной донорской морбидности, до настоящего времени не сформирована [1–3]. В клинической практике на протяжении последних десятилетий традиционно применяются аутотрансплантаты из сухожилия надколенника с костными блоками (BPTB) и сухожилий подколенных мышц (HT), однако изменение предпочтений хирургов и стремление к снижению послеоперационных осложнений способствовали активному поиску альтернативных источников трансплантатов [4, 5].

Современные тенденции в хирургии ПКС характеризуются постепенным смещением интереса в сторону трансплантатов, позволяющих сохранить функциональность донорской зоны при сохранении достаточных механических характеристик. В этом контексте всё большее внимание уделяется сухожилию четырёхглавой мышцы бедра (QT) и сухожилию длинной малоберцовой мышцы (PLT), которые демонстрируют благоприятные клинические результаты и сопоставимую выживаемость трансплантата по сравнению с традиционными вариантами [6–8]. По данным систематических обзоров, биомеханические свойства распространённых аутотрансплантатов в большинстве случаев сопоставимы с характеристиками нативной ПКС или превосходят их, однако между различными типами сухожилий сохраняются значительные различия по показателям прочности, жёсткости и деформационных свойств [8–10].

Важным фактором, определяющим выбор трансплантата, является морбидность донорского участка. Данные литературы показывают, что использование трансплантатов из сухожилий подколенных мышц и сухожилия четырёхглавой мышцы сопровождается более низкой частотой передней боли в колене и функциональных ограничений по сравнению с BPTB-аутотрансплантатом [11–13]. В связи с этим сухожилие четырёхглавой мышцы бедра в последние годы рассматривается как перспективная альтернатива, обладающая значительным поперечным сечением, вариативностью забора и благоприятными клиническими исходами [14–16].

Особый интерес представляет анатомическая слоистая структура сухожилия четырёхглавой мышцы бедра. Морфологические и анатомические исследования показывают, что оно состоит из нескольких функционально различимых слоёв, каждый из которых имеет собственные структурные особенности и потенциально может использоваться в качестве самостоятельного трансплантата [17, 18]. В частности, поверхностный слой, формируемый сухожилием прямой мышцы бедра, обладает чёткими анатомическими границами и достаточными размерами для выделения, что открывает новые возможности для менее травматичного забора ткани при сохранении глубжележащих структур.

В то же время сухожилие длинной малоберцовой мышцы рассматривается как ещё один перспективный источник аутотрансплантата благодаря достаточной длине, однородности структуры и хорошим клиническим результатам применения, особенно в ситуациях повторных реконструкций [6, 19]. Однако данные о его биомеханических характеристиках в сравнении с различными вариантами трансплантатов из сухожилия четырёхглавой мышцы бедра остаются ограниченными.

Несмотря на значительное количество работ, посвящённых биомеханике традиционных трансплантатов, большинство исследований рассматривают полнослойный трансплантат сухожилия четырёхглавой мышцы как единый анатомический комплекс. При этом сравнительная оценка механических свойств его отдельных слоёв, в частности поверхностного слоя, остаётся недостаточно изученной. Отсутствие прямых экспериментальных сопоставлений между сухожилием длинной малоберцовой мышцы, поверхностным слоем сухожилия четырёхглавой мышцы бедра и полнослойным сухожилием четырёхглавой мышцы бедра ограничивает объективную оценку их биомеханического потенциала и клинической целесообразности применения.

Учитывая растущий интерес к менее инвазивным методам забора трансплантата и стремление к снижению донорской морбидности при сохранении высокой первичной механической стабильности реконструкции, представляется актуальным изучение прочностных и упруго-деформационных характеристик различных вариантов сухожильных трансплантатов с позиций их возможного применения.

ЦЕЛЬ

Впервые провести сравнительную оценку механической прочности и упруго-деформационных характеристик трансплантатов из сухожилия длинной малоберцовой мышцы, поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра и полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра в условиях экспериментального контролируемого биомеханического тестирования при одноосном квазистатическом растяжении до момента разрушения.

Задачи исследования: определить биомеханические характеристики трансплантатов из различных анатомических источников в условиях стандартизированного тестирования; выявить статистически значимые различия в механических свойствах между исследуемыми типами трансплантатов; оценить клиническую применимость поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра как альтернативного источника аутотрансплантата.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Проведено экспериментальное контролируемое нерандомизированное лабораторное сравнительное исследование кадаверных материалов, направленных на оценку биомеханических свойств сухожильных образцов при одноосном растяжении.

Условия проведения и продолжительность

Исследование выполнено на базе Лаборатории разработки и испытаний медицинских изделий и материалов Федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова» Министерства здравоохранения Российской Федерации (г. Москва, Россия) в период с 20 января по 5 февраля 2026 года.

Получение биологического материала и подготовка образцов проводились на кафедре травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России (Пироговский университет).

Критерии соответствия (отбора)

Критерии включения кадаверного материала:

• кадаверный материал, полученный от доноров в возрасте 40–55 лет;
• отсутствие документированных дегенеративных заболеваний опорно-двигательного аппарата;
• отсутствие перенесённых травм и оперативных вмешательств в области коленного и голеностопного суставов;
• анатомическая целостность исследуемых сухожилий.

Критерии невключения:

• наличие макроскопических признаков дегенеративных изменений сухожилий;
• травматические повреждения исследуемых анатомических структур;
• признаки инфекционного поражения тканей;
• недостаточная длина или диаметр сухожилия для формирования стандартизированного образца.

Критерии исключения:

• выявление дефектов образца в процессе подготовки к испытаниям;
• технические погрешности при проведении механических испытаний;
• разрушение образца в зоне фиксации.

Описание критериев соответствия

Возрастной диапазон доноров (40–55 лет) был выбран с учётом наиболее распространённой возрастной группы пациентов, подвергающихся реконструкции ПКС, и необходимости исключения выраженных возраст-ассоциированных дегенеративных изменений сухожильной ткани.

Подбор участников в группы

Все образцы были распределены на три группы в зависимости от анатомического источника трансплантата:

• группа 1 — сухожилие длинной малоберцовой мышцы (8 образцов);
• группа 2 — поверхностный слой сухожилия четырёхглавой мышцы бедра (8 образцов);
• группа 3 — полнослойное сухожилие четырёхглавой мышцы бедра (8 образцов).

Для минимизации влияния индивидуальных особенностей при парном заборе материала образцы от одного донора распределялись в разные группы.

Описание вмешательства

Подготовка образцов

Забор сухожильного материала выполнялся в стандартизированных условиях.

Забор сухожилия длинной малоберцовой мышцы (PLT)

Забор сухожилия длинной малоберцовой мышцы выполняли через линейный разрез длиной 3 см по латеральной поверхности нижней трети голени. После послойного рассечения мягких тканей сухожилие идентифицировали, выделяли из окружающих тканей, мобилизовали на необходимом протяжении и проксимально извлекали при помощи сухожильного стриппера [19–21] (рис. 1).

 

Рис. 1. Внешний вид трансплантатов длинной малоберцовой мышцы.

Fig. 1. Appearance of peroneus longus tendon grafts.

 

Забор поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра (sQT) (патент Российской Федерации на изобретение № 2857437. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 03 марта 2026 г.)

Забор выполнялся по оригинальной методике, разработанной авторами, после выполнения продольного доступа длиной 2–3 см по передней поверхности бедра, от верхнего полюса надколенника в проксимальном направлении. После рассечения кожи и подкожной клетчатки идентифицировался поверхностный слой сухожилия четырёхглавой мышцы, формируемый сухожилием прямой мышцы бедра. Поверхностный слой сухожилия выделялся от места его прикрепления к верхнему полюсу надколенника проксимально до мышечно-сухожильного перехода. На сухожилии производили два продольных разреза глубиной не более 3 мм и длиной 2–3 см. Через сформированные разрезы проводили диссектор, отделяли поверхностный слой от среднего слоя и затем прошивали и отрезали конец сухожилия на участке между диссектором и верхним полюсом надколенника. И далее, после предварительной мобилизации отсечённого участка поверхностного слоя сухожилия, производили забор при помощи закрытого тендионного стриппера [17, 22, 23] (рис. 2–4).

 

Рис. 2. Этапность забора поверхностного слоя четырёхглавой мышцы бедра (первый этап).

Fig. 2. Staging for harvesting the superficial layer of the quadriceps tendon (Stage 1).

 

Рис. 3. Этапность забора поверхностного слоя четырёхглавой мышцы бедра (второй этап).

Fig. 3. Staging for harvesting the superficial layer of the quadriceps tendon (Stage 2).

 

Рис. 4. Внешний вид трансплантатов поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра.

Fig. 4. Appearance of grafts from the superficial layer of the quadriceps tendon.

 

Забор полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра (fQT)

Через тот же доступ, что и для забора поверхностного слоя, выполнялось выделение полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы, включающего все четыре слоя: поверхностный (сухожилие прямой мышцы бедра), средний (сухожилия медиальной и латеральной широких мышц), средне-глубокий (промежуточная часть латеральной широкой мышцы) и глубокий (сухожилие промежуточной широкой мышцы). Сухожилие забиралось шириной 8 мм из центральной части без сохранения костного блока от верхнего полюса надколенника, для того чтобы обеспечить адекватное укрепление на испытательной машине [24] (рис. 5).

 

Рис. 5. Внешний вид трансплантатов полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра.

Fig. 5. Appearance of full-thickness quadriceps tendon grafts.

 

После забора все образцы немедленно помещались в стерильные марлевые салфетки, пропитанные 0,9% раствором NaCl, для предотвращения дегидратации тканей. Экспериментальные испытания проводились не позднее 30 минут после изъятия трансплантатов. Сухожильные образцы формировались в стандартные ленты, измерялись их длина, ширина и толщина, после чего рассчитывалась площадь поперечного сечения. Концы сухожилий фиксировались с использованием нерассасывающегося шовного материала по типу Krackow для обеспечения равномерного распределения нагрузки при испытании [25].

Исходы исследования

Основной исход исследования

Максимальная нагрузка до разрыва трансплантата (F_max, Н) — показатель, отражающий абсолютную механическую прочность трансплантата и наиболее непосредственно связанный с клинической несостоятельностью трансплантата при реконструкции ПКС.

Дополнительные исходы исследования

В ходе исследования анализировались следующие механические характеристики:

• площадь поперечного сечения (S, мм²);
• абсолютная деформация (ΔL, мм);
• жёсткость сухожильного образца (k, Н/мм);
• модуль упругости (E, МПа), рассчитанный по линейному участку кривой «нагрузка — деформация»;
• относительное удлинение при разрыве (ε, %) — показатель упруго-деформационных свойств;
• характер разрушения сухожилия.

Выбор указанных параметров обусловлен их клинической значимостью и широким применением в биомеханических исследованиях трансплантатов для реконструкции связок.

Методы регистрации исходов

Биомеханическое исследование проводилось на универсальной испытательной машине Walter+Bai AG LFM-50 (Швейцария) с возможностью регистрации нагрузки и деформации в режиме реального времени (рис. 6).

 

Рис. 6. Внешний вид испытательной машины Walter+Bai AG LFM-50.

Fig. 6. External view of testing machine Walter+Bai AG LFM-50.

 

При испытании на растяжение скорость перемещения нагружающего штока V составляла 0,17 мм/с. Таким образом, в процессе испытания осуществлялся режим квазистатического нагружения исследуемых образцов.

В рамках настоящего исследования абсолютная длина исходных забранных сухожильных трансплантатов не являлась предметом анализа. С целью стандартизации условий биомеханического тестирования и исключения влияния геометрических параметров трансплантата на результаты исследования все образцы приводились к одинаковой рабочей длине.

В зависимости от исходной длины сухожилия трансплантаты складывались вдвое или втрое, после чего формировались в виде стандартизированных пучков. Диаметр всех сформированных трансплантатов был унифицирован и составлял 8 мм.

Фиксация сухожильных образцов при проведении механических испытаний осуществлялась одинаковым способом во всех группах с использованием волнообразных зажимов (рис. 7), закреплённых в цанговых зажимах. Трансплантаты закреплялись между двумя волнообразными зажимами (рис. 8–10) с рабочей длиной образца 30 ± 2 мм, что обеспечивало воспроизводимость условий нагружения и минимизацию скольжения образца в зоне фиксации.

 

Рис. 7. Фиксация сухожильных образцов в испытательной машине (внешний вид).

Fig. 7. Fixation of tendon specimens in the testing machine (external view).

 

Рис. 8. Макросъёмка фиксации трансплантата полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра в зажимах.

Fig. 8. Macroscopic view of fixation of a full-thickness quadriceps tendon graft in the clamps.

 

Рис. 9. Макросъёмка фиксации трансплантата поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра в зажимах.

Fig. 9. Macroscopic view of fixation of a superficial-layer quadriceps tendon graft in the clamps.

 

Рис. 10. Макросъёмка фиксации трансплантата сухожилия длинной малоберцовой мышцы в зажимах.

Fig. 10. Macroscopic view of fixation of a peroneus longus tendon graft in the clamps.

 

Нагрузка прикладывалась до полного разрушения образца. В процессе испытания регистрировались параметры нагрузки и удлинения, на основании которых строились кривые «нагрузка — деформация».

Максимальная нагрузка до разрыва трансплантата (F_max, Н) определялась как пиковое значение силы на кривой «нагрузка — деформация», зарегистрированное непосредственно перед разрушением образца.

Абсолютная деформация — абсолютное удлинение образца в момент разрыва.

Для расчёта показателей жёсткости использовалась формула:

$k=F_{max}/\Delta L$,

где F_max — максимальная нагрузка до разрыва, ΔL — абсолютная деформация (мм).

Для расчёта площади поперечного сечения сухожильных трансплантатов использовалась формула:

$S=\frac{\pi \times d^2}{4}$,

где S — площадь поперечного сечения сухожилия; π ≈ 3,14159; d — диаметр трансплантата.

Для расчёта модуля упругости сухожилия, если известны максимальная сила разрушения (Fmax), абсолютная деформация (ΔL) и исходная длина образца (L0), используется классическая инженерная формула:

$E=\frac{\sigma }{\epsilon }$,

где σ — напряжение (stress), рассчитывается как $\epsilon =\frac{F_{max}}{S}$, где S — площадь поперечного сечения сухожилия; ε — относительная деформация (strain), рассчитывается как $\epsilon =\frac{\Delta L}{L_0}$.

Для измерения относительного удлинения при разрыве (ε) была применена формула относительной деформации:

$\epsilon =\frac{\Delta L}{L_0}\times 100$,

где ΔL — абсолютная деформация; L₀ — исходная длина образца.

Характер разрушения образцов документировался визуально в момент испытания и фотографически сразу после разрушения. Классификация типа разрушения проводилась согласно общепринятым критериям:

• разрыв в средней трети рабочей зоны — разрушение в пределах центральной трети образца между захватами;
• разрыв у места фиксации — разрушение в зоне контакта образца с захватами испытательной машины;
• комбинированный характер разрушения — сочетание обоих механизмов.

В анализ включались только образцы с разрушением в средней трети рабочей зоны. Образцы с разрушением в зоне фиксации исключались, поскольку зарегистрированные параметры в таких случаях не отражают истинные механические свойства ткани.

Анализ в подгруппах

Анализ в подгруппах не проводился. Все образцы анализировались как единая выборка в рамках каждой группы трансплантатов независимо от пола и возраста доноров, поскольку основной целью исследования являлась сравнительная оценка биомеханических характеристик различных типов трансплантатов в стандартизированных условиях. Изучение влияния демографических факторов (пол, возраст) на механические свойства сухожильной ткани не входило в задачи настоящего исследования и может стать предметом отдельных работ с большим размером выборки.

Этическая экспертиза

Исследование одобрено Локальным этическим комитетом ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России (протокол № 257 от 19 января 2026 г.). Использование кадаверного материала выполнено в соответствии с Федеральным законом № 8-ФЗ от 12.01.1996 г. «О погребении и похоронном деле», Приказом Минздрава России № 354н от 06.06.2013 г. «О порядке проведения патолого-анатомических вскрытий» и Приказом Минздрава России № 246н «Об утверждении Порядка обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения при обращении с трупами людей».

Статистические процедуры

Запланированный размер выборки

Предварительный расчёт размера выборки в рамках настоящего экспериментального исследования не проводился. Объём выборки был обусловлен количеством доступного кадаверного материала, соответствовавшего критериям включения, и составил 24 сухожильных образца, распределённых на три группы по 8 трансплантатов. Условий досрочного прекращения эксперимента (по достижении статистически значимого результата или по безопасности) не планировалось.

Статистические методы

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программного пакета IBM SPSS Statistics (IBM Corp., США). Дополнительно контроль корректности вычислений осуществлялся в статистической среде R (R Foundation for Statistical Computing, Австрия).

Количественные показатели описывались с использованием среднего арифметического значения (M) и стандартного отклонения (SD). Такой формат представления был выбран в связи с непрерывным характером исследуемых переменных и сопоставимостью объёмов групп. Для описания вариабельности значений стандартная ошибка среднего и 95% доверительные интервалы не использовались.

Анализ включал оценку следующих параметров: максимальная сила разрушения, жёсткость, модуль упругости и относительное удлинение трансплантатов.

Многофакторный регрессионный анализ в настоящем исследовании не применялся, поскольку дизайн работы не предусматривал оценку влияния нескольких независимых факторов на клинические исходы, а основной задачей являлось сравнение биомеханических характеристик трансплантатов в трёх независимых группах.

Пропущенные данные в исследовании отсутствовали, так как все образцы прошли полный цикл механического тестирования, и все измеряемые параметры были зарегистрированы в полном объёме. Методы замены пропущенных значений не применялись.

Трансформация данных не проводилась ввиду отсутствия выраженной асимметрии распределения. Расчёт атрибутивного риска, анализ чувствительности и методы иммутации не применялись, поскольку исследование носило лабораторный биомеханический характер и не включало клинические исходы.

Применённые методы являются стандартными для экспериментальных биомеханических исследований и не требуют дополнительного обоснования их валидности.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Объекты (участники) исследования

Формирование выборки

Формирование выборки производилось по блок-схеме представленной на рис. 11.

 

Рис. 11. Формирование выборки.

Fig. 11. Sample formation flowchart.

 

Характеристики выборки

В исследование включены образцы, полученные от доноров в возрасте 40–55 лет, что соответствует наиболее типичной возрастной группе пациентов, подвергающихся реконструкции передней крестообразной связки. Во всех группах обеспечена сопоставимость по ключевым морфометрическим параметрам сухожилий (длина, ширина, толщина), что позволило минимизировать влияние геометрических различий на результаты биомеханического тестирования.

Клинические данные о донорах (пол, сопутствующая патология) в рамках настоящей работы не анализировались, поскольку основное внимание уделялось сравнительной оценке механических свойств различных типов трансплантатов в стандартизированных экспериментальных условиях.

Основные результаты исследования

Биомеханические характеристики

Результаты максимальной нагрузки до разрыва трансплантата и абсолютная деформация представлены в табл. 1, а также на рис. 12–20.

 

Таблица 1. Максимальная сила разрушения и расстояние между зажимами

Table 1. Ultimate failure load and clamp-to-clamp distance

Образец	Максимальная сила разрушения, кН	Расстояние между зажимами, мм	Образец	Максимальная сила разрушения, кН	Расстояние между зажимами, мм
№ 1	1,039	30	№ 13	1,008	30
№ 2	0,838	32	№ 14	1,070	32
№ 3	0,849	30	№ 15	1,057	30
№ 4	0,932	32	№ 16	1,045	32
№ 5	0,850	32	№ 17	0,683	32
№ 6	0,956	30	№ 18	0,697	30
№ 7	0,873	30	№ 19	0,779	30
№ 8	0,924	32	№ 20	0,757	32
№ 9	1,061	32	№ 21	0,686	30
№ 10	1,006	32	№ 22	0,765	30
№ 11	1,059	30	№ 23	0,772	32
№ 12	1,040	30	№ 24	0,684	30

 

Рис. 12. Испытание сухожилия длинной малоберцовой мышцы. Образец 1.

Fig. 12. Testing of the peroneus longus tendon. Specimen 1.

 

Рис. 13. Испытание сухожилия длинной малоберцовой мышцы. Образец 2.

Fig. 13. Testing of the peroneus longus tendon. Specimen 2.

 

Рис. 14. Испытание сухожилия длинной малоберцовой мышцы. Образец 3.

Fig. 14. Testing of the peroneus longus tendon. Specimen 3.

 

Рис. 15. Испытание поверхностного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра. Образец 9.

Fig. 15. Testing of the superficial-layer quadriceps tendon. Specimen 9.

 

Рис. 16. Испытание поверхностного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра. Образец 10.

Fig. 16. Testing of the superficial-layer quadriceps tendon. Specimen 10.

 

Рис. 17. Испытание поверхностного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра. Образец 11.

Fig. 17. Testing of the superficial-layer quadriceps tendon. Specimen 11.

 

Рис. 18. Испытание полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра. Образец 17.

Fig. 18. Testing of the full-thickness quadriceps tendon. Specimen 17.

 

Рис. 19. Испытание полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра. Образец 18.

Fig. 19. Testing of the full-thickness quadriceps tendon. Specimen 18.

 

Рис. 20. Испытание полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра. Образец 19.

Fig. 20. Testing of the full-thickness quadriceps tendon. Specimen 19.

 

Максимальная нагрузка до разрыва в группе sQT составила 1043,2 ± 24,2 Н, что статистически значимо превосходило показатели группы PLT (908 ± 4 Н; p < 0,001) и группы fQT (728 ± 39 Н; p < 0,001).

Дополнительные результаты исследования

Результаты всех биомеханических исследований представлены в табл. 2, 3.

 

Таблица 2. Показатели жёсткости и модулей упругости образцов

Table 2. Stiffness and elastic modulus of the specimens

Образец	Жёсткость, Н/мм	Модуль упругости, МПа	Образец	Жёсткость, Н/мм	Модуль упругости, МПа
№ 1	77	76,4	№ 13	157	90,6
№ 2	99	72,9	№ 14	178	100,4
№ 3	106	73,3	№ 15	152	98,3
№ 4	116	76,5	№ 16	153	99,4
№ 5	106	80,1	№ 17	98	58,3
№ 6	95	71,5	№ 18	58	36,9
№ 7	102	76,4	№ 19	97	66,5
№ 8	108	98,4	№ 20	92	56,4
№ 9	133	104,4	№ 21	78	49,4
№ 10	167	86,8	№ 22	93	56,7
№ 11	151	90,4	№ 23	87	54,2
№ 12	156	85,7	№ 24	65	43,6

 

Таблица 3. Относительное удлинение образцов трансплантатов

Table 3. Relative elongation of tendon graft specimens

Образец	Относительное удлинение, %	Образец	Относительное удлинение, %
№ 1	45	№ 13	27
№ 2	26	№ 14	20
№ 3	27	№ 15	26
№ 4	46	№ 16	24
№ 5	34	№ 17	23
№ 6	47	№ 18	37
№ 7	32	№ 19	23
№ 8	30	№ 20	26
№ 9	25	№ 21	31
№ 10	19	№ 22	24
№ 11	23	№ 23	22
№ 12	24	№ 24	27

 

Модуль упругости в группе sQT (94,5 ± 8,6 МПа) был статистически значимо выше по сравнению с группами PLT (78,2 ± 9,2 МПа; p < 0,001) и fQT (52,8 ± 9,4 МПа; p < 0,001). Группы PLT и fQT не различались между собой (p = 0,14).

Жёсткость образцов группы sQT (155,9 ± 13,0 Н/мм) превосходила показатели групп PLT (101,1 ± 11,7 Н/мм; p < 0,001) и fQT (83,5 ± 15,4 Н/мм; p < 0,001). Различия между PLT и fQT были незначимыми (p = 0,31).

Относительное удлинение при разрыве было наибольшим в группе PLT (35,9 ± 8,8%), статистически значимо превосходя группы sQT (23,5 ± 2,7%; p < 0,001) и fQT (26,6 ± 4,4%; p < 0,01). Различия между группами sQT и fQT были статистически незначимыми (p = 0,16).

Характер разрушения сухожильных образцов: все образцы (24/24, 100%) разрушались по типу разрыва в средней трети рабочей зоны (рис. 21–26).

 

Рис. 21. Процесс разрушения сухожилия длинной малоберцовой мышцы.

Fig. 21. Failure of the peroneus longus tendon.

 

Рис. 22. Процесс разрушения сухожилия из поверхностного слоя четырёхглавой мышцы бедра.

Fig. 22. Failure of the superficial-layer quadriceps tendon.

 

Рис. 23. Процесс разрушения полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра.

Fig. 23. Failure of the full-thickness quadriceps tendon.

 

Рис. 24. Внешний вид разрушенных трансплантатов из сухожилий длинной малоберцовой мышцы.

Fig. 24. Appearance of failed peroneus longus tendon grafts.

 

Рис. 25. Внешний вид разрушенных трансплантатов из сухожилий поверхностного слоя четырёхглавой мышцы бедра.

Fig. 25. Appearance of failed superficial-layer quadriceps tendon grafts.

 

Рис. 26. Внешний вид разрушенных трансплантатов из полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра.

Fig. 26. Appearance of failed full-thickness quadriceps tendon grafts.

 

Нежелательные явления

Нежелательные явления отсутствовали. Все образцы успешно прошли биомеханическое тестирование без технических осложнений. Разрушение в зоне фиксации, которое могло бы указывать на методологические погрешности, не зарегистрировано ни в одном случае.

ОБСУЖДЕНИЕ

Резюме результатов исследования

Настоящее исследование впервые проводит прямое сравнение биомеханических характеристик поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра с полнослойным сухожилием четырёхглавой мышцы и сухожилием длинной малоберцовой мышцы в идентичных экспериментальных условиях.

Основной результат исследования заключается в выявлении статистически значимого превосходства трансплантатов из поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра по показателям максимальной нагрузки до разрыва (1043,2 ± 24,2 Н), жёсткости (155,9 ± 13,0 Н/ мм) и модуля упругости (94,5 ± 7,0 МПа) в сравнении как с полнослойным вариантом забора, так и с сухожилием длинной малоберцовой мышцы.

Интерпретация результатов исследования

В настоящем исследовании проведена сравнительная оценка механических характеристик трансплантатов из сухожилия длинной малоберцовой мышцы, поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра и полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра в условиях одноосного квазистатического растяжения. Полученные результаты позволяют по-новому рассмотреть потенциал различных вариантов аутотрансплантатов с позиции их первичной механической стабильности и расширяют представления о функциональной роли послойной структуры сухожилия четырёхглавой мышцы.

Наиболее значимым результатом исследования стало выявление того факта, что трансплантаты из поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра продемонстрировали наибольшие показатели предела прочности, жёсткости и модуля упругости среди всех исследуемых образцов. Это наблюдение имеет принципиальное значение, поскольку в большинстве ранее опубликованных биомеханических работ сухожилие четырёхглавой мышцы рассматривалось как единый полнослойный трансплантат, без анализа механических свойств отдельных анатомических компонентов [14–16]. Полученные данные позволяют предположить, что именно поверхностный слой, формируемый сухожилием прямой мышцы бедра, вносит существенный вклад в общую прочность комплекса и может рассматриваться как самостоятельный функционально значимый источник трансплантата.

Результаты исследования в отношении трансплантатов из полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра согласуются с данными литературы, исходя из которых данный трансплантат обладает высокими прочностными характеристиками и может рассматриваться как надёжная альтернатива традиционным вариантам, включая BPTB и HT [14, 15, 26]. В ранее опубликованных работах отмечалось, что трансплантат из сухожилия четырёхглавой мышцы демонстрирует достаточную жёсткость и устойчивость к нагрузкам, что обеспечивает хорошую первичную стабильность реконструкции ПКС. В настоящем исследовании полнослойный трансплантат также продемонстрировал удовлетворительные механические показатели, однако уступал по прочности и жёсткости поверхностному слою, что указывает на неоднородность распределения механических свойств внутри самого сухожильного комплекса.

Особого внимания заслуживают данные, полученные при анализе трансплантатов из сухожилия длинной малоберцовой мышцы. Данный трансплантат продемонстрировал адекватные показатели прочности при наибольших значениях относительного удлинения при разрыве. Эти результаты согласуются с опубликованными данными, где подчёркивается высокая эластичность и однородность структуры данного сухожилия, а также его способность выдерживать значительные деформационные нагрузки без резкого разрушения [19, 27, 28]. Подобные механические свойства могут иметь клиническое значение, поскольку большая деформационная способность трансплантата потенциально способствует лучшей адаптации к динамическим нагрузкам в раннем послеоперационном периоде.

Сравнительный анализ показал, что поверхностный слой сухожилия четырёхглавой мышцы бедра сочетает в себе высокую прочность и значительную жёсткость, что является важным фактором обеспечения первичной стабильности коленного сустава после реконструкции ПКС. Известно, что именно начальная механическая устойчивость трансплантата играет ключевую роль в ранние сроки после операции, когда процессы биологической интеграции ещё не завершены [2, 8]. С этой точки зрения выявленные преимущества поверхностного слоя могут иметь прямое практическое значение при выборе типа трансплантата, особенно у пациентов с высокими функциональными требованиями.

Дополнительный интерес представляет тот факт, что использование поверхностного слоя потенциально может сопровождаться меньшей травматизацией донорской зоны по сравнению с полнослойным забором сухожилия четырёхглавой мышцы. Учитывая данные о более низкой донорской морбидности при применении QT-аутотрансплантатов по сравнению с BPTB, а также тенденцию к снижению инвазивности вмешательств, возможность изолированного использования поверхностного слоя представляется перспективным направлением развития реконструктивной хирургии связочного аппарата [11–13].

Следует отметить, что выявленные различия в механических характеристиках между исследуемыми сухожилиями отражают их анатомические и структурные особенности. Сухожилие четырёхглавой мышцы имеет сложную многослойную организацию, при которой отдельные слои могут обладать различной плотностью коллагеновых волокон и различной ориентацией структурных элементов [17, 18]. Это может объяснять более высокие показатели прочности и жёсткости поверхностного слоя по сравнению с полнослойным трансплантатом, в котором объединяются ткани с неоднородными механическими свойствами.

С клинической точки зрения полученные результаты позволяют рассматривать поверхностный слой сухожилия четырёхглавой мышцы бедра как потенциально самостоятельный и биомеханически обоснованный вариант аутотрансплантата. Его высокая прочность и жёсткость могут обеспечивать достаточную первичную фиксацию, тогда как меньший объём забираемой ткани теоретически способствует снижению риска функциональных нарушений в донорской зоне.

Таким образом, проведённое исследование не только дополняет существующие понятия о биомеханике сухожильных трансплантатов, но и открывает новые представления о механической прочности поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра.

Ограничения исследования

Настоящее исследование имеет ряд ограничений, которые необходимо учитывать при интерпретации полученных результатов.

Во-первых, работа выполнена на кадаверном материале, что исключает возможность оценки биологических процессов ремоделирования, реваскуляризации и интеграции трансплантата в костных каналах. Полученные механические характеристики отражают только первичную прочность тканей и не могут в полной мере моделировать поведение трансплантата in vivo в послеоперационном периоде.

Во-вторых, эксперимент проводился в условиях одноосного квазистатического растяжения до момента разрушения, что не полностью соответствует реальным биомеханическим условиям функционирования передней крестообразной связки. В клинической практике трансплантат подвергается многократным циклическим нагрузкам, а также сложным комбинированным воздействиям, включающим растяжение, скручивание и сдвиг.

В-третьих, в исследовании не проводилась оценка влияния возраста, пола и индивидуальных морфометрических особенностей доноров на механические свойства сухожильной ткани, что потенциально способно влиять на вариабельность полученных значений. Кроме того, размер выборки, характерный для кадаверных биомеханических исследований, остаётся ограниченным и может снижать статистическую мощность отдельных сравнений.

Дополнительным ограничением является моделирование трансплантатов путём стандартизации длины и ширины образцов, включая их сложение вдвое или втрое для достижения сопоставимых параметров. Несмотря на то, что данный подход позволил минимизировать влияние геометрических различий, он может не полностью отражать клинические условия формирования трансплантата во время операции.

Также следует отметить, что в рамках работы не оценивались процессы фиксации трансплантата в костных каналах и влияние различных способов крепления на общую прочность реконструкции. Измерялись исключительно собственные механические характеристики сухожильной ткани до момента разрыва.

Наконец, исследование не включало клиническое наблюдение и функциональные исходы, поэтому полученные данные следует рассматривать как экспериментальное обоснование потенциальной применимости различных типов трансплантатов, требующее дальнейшего подтверждения в клинических исследованиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Трансплантаты из поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра обладают наилучшими показателями механической прочности, жёсткости и модуля упругости среди исследованных вариантов аутотрансплантатов для реконструкции передней крестообразной связки. Максимальная нагрузка до разрыва (1043,2 ± 24,2 Н), жёсткость (155,9 ± 13,0 Н/мм) и модуль упругости (94,5 ± 8,6 МПа) статистически значимо превосходят показатели трансплантатов из сухожилия длинной малоберцовой мышцы и полнослойного сухожилия четырёхглавой мышцы бедра.

С биомеханической точки зрения трансплантаты из поверхностного слоя сухожилия четырёхглавой мышцы бедра могут рассматриваться как перспективный вариант для первичной реконструкции ПКС, сочетающий достаточную первичную механическую стабильность и потенциально меньшую донорскую морбидность по сравнению с полнослойным забором.

Трансплантаты из сухожилия длинной малоберцовой мышцы демонстрируют высокие упруго-деформационные свойства (относительное удлинение 35,9 ± 8,8%), что может быть предпочтительным в клинических ситуациях, требующих повышенной эластичности трансплантата.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. К.А. Егиазарян — концепция и дизайн исследования,

редактирование текста; В.И. Силин, И.С. Шорин, Р.Ш. Акчурин — сбор и обработка материала; Н.С. Гаврюшенко — проведение биомеханических испытаний; В.О. Тамазян — анализ и интерпретация данных; Д.А. Мартынов — проведение биомеханических испытаний, статистический анализ, написание текста статьи. Все авторы одобрили рукопись (версию для публикации), а также согласились нести ответственность за все аспекты настоящей работы, гарантируя надлежащее рассмотрение и решение вопросов, связанных с точностью и добросовестностью любой её части.

Благодарности. Авторы выражают благодарность сотрудникам кафедры травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии РНИМУ им. Н.И. Пирогова и Лаборатории разработки и испытаний медицинских изделий НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова за помощь в проведении исследования.

Этическая экспертиза. Исследование одобрено Локальным этическим комитетом ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России (протокол № 257 от 19 января 2026 г.). Использование кадаверного материала выполнено в соответствии с Федеральным законом № 8-ФЗ от 12.01.1996 г. «О погребении и похоронном деле», Приказом Минздрава России № 354н от 06.06.2013 г. «О порядке проведения патолого-анатомических вскрытий» и Приказом Минздрава России № 246н «Об утверждении Порядка обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения при обращении с трупами людей».

Согласие на публикацию. Информированное согласие на использование анатомического материала для научных целей было получено от законных представителей доноров при госпитализации либо задокументировано в рамках донорской программы медицинских учреждений — поставщиков кадаверного материала.

Источники финансирования. Отсутствуют.

Раскрытие интересов. Авторами получен патент Российской Федерации на изобретение № 2857437 (зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 03 марта 2026 г.). Авторы заявляют об отсутствии других отношений, деятельности и интересов (личных, профессиональных или финансовых), связанных с третьими лицами (коммерческими, некоммерческими, частными), интересы которых могут быть затронуты содержанием статьи, а также иных отношений, деятельности и интересов за последние три года, о которых необходимо сообщить.

Заявление об оригинальности. В настоящей статье представлены результаты оригинального исследования, основанного на впервые собранных авторами экспериментальных данных биомеханических испытаний сухожильных трансплантатов. Для подготовки рукописи не использовались ранее опубликованные авторами или третьими лицами данные, таблицы, иллюстрации, программный код или фрагменты текста, за исключением литературных источников, корректно процитированных в разделе «Список литературы». Все экспериментальные сведения (первичные биомеханические измерения, расчётные показатели прочности, жёсткости, модуля упругости и относительного удлинения) получены и проанализированы в рамках настоящей работы и ранее не публиковались ни в печатных, ни в электронных изданиях. Тем самым авторы подтверждают оригинальность представленного материала и отсутствие недекларированного повторного использования ранее опубликованных результатов.

Доступ к данным. Авторы предоставляют полный открытый (неограниченный) доступ к данным, размещённым на внешнем ресурсе (репозитории).

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовались.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали два внешних рецензента, член редакционной коллегии и научный редактор издания.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contributions: K.A. Egiazaryan: conceptualization, methodology, writing — review & editing; V.I. Silin, I.S. Shorin, R.Sh. Akchurin: investigation, data curation; N.S. Gavryushenko: investigation (biomechanical studies); V.O. Tamazyan: formal analysis; D.A. Martynov: investigation (biomechanical studies), formal analysis, writing — original draft. All the authors approved the version of the manuscript to be published and agreed to be accountable for all aspects of the work, ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

Acknowledgments: The authors express their gratitude to the staff of the Department of Traumatology, Orthopedics, and Military Field Surgery of Pirogov Russian National Research Medical University and to the Laboratory for Development and Testing of Medical Devices of the Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics for their assistance in conducting the study.

Ethics approval: The study was approved by the Local Ethics Committee of Pirogov Russian National Research Medical University (Minutes No. 257 dated January 19, 2026). The use of cadaveric material was conducted in accordance with Federal Law No. 8-FZ On Burial and Funeral Affairs, dated January 12, 1996, Order of the Ministry of Health of the Russian Federation No. 354n On the Procedure for Conducting Pathological Autopsies, dated June 6, 2013, and Order of the Ministry of Health of the Russian Federation No. 246n On Approval of the Procedure for Ensuring Sanitary and Epidemiological Welfare of the Population in Handling Human Dead Bodies.

Consent for publication: Informed consent for the use of anatomical material for research purposes was obtained from the legal representatives of donors at the time of hospitalization or was documented within institutional donor programs of the medical facilities supplying the cadaveric material.

Funding sources: No funding.

Disclosure of interests: The authors have received a Russian Federation patent for invention No. 2857437 (registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on March 3, 2026). The authors have no other relationships, activities, or interests (personal, professional, or financial) for the last three years related to for-profit, not-for-profit, or private third parties whose interests may be affected by the content of the article, as well as no other relationships, activities, or interests to disclose.

Statement of originality: This manuscript presents the results of an original study based on experimental biomechanical data from tendon graft testing collected by the authors for the first time. No previously published data, tables, figures, software code, or text fragments authored by the investigators or by third parties were used in the preparation of this manuscript, except for properly cited references listed in the References section. All experimental data (including primary biomechanical measurements and calculated parameters such as ultimate load, stiffness, elastic modulus, and elongation at failure) were obtained and analyzed as part of the study and have not been previously published in either print or electronic form. The authors therefore confirm the originality of the submitted work and the absence of undeclared reuse of previously published results.

Data availability statement: The authors provide full open (unrestricted) access to the data deposited in an external repository.

Generative AI: No generative artificial intelligence technologies were used to prepare this article.

Provenance and peer-review: This article was submitted unsolicited and reviewed following the standard procedure. The peer-review process involved two external reviewers, a member of the Editorial Board, and the in-house science editor.

About the authors

Karen A. Egiazaryan

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: egkar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6680-9334
SPIN-code: 5488-5307

MD, Dr. Sci (Medicine), Professor of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Moscow

Vladimir I. Silin

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: Silafon@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-4062-9625
Russian Federation, Moscow

Ivan S. Shorin

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: Vrachmed@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5379-5044

MD, Cand. Sci (Medicine)

Russian Federation, Moscow

Rafael S. Akchurin

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: rafaelakchurin@rambler.ru
ORCID iD: 0009-0009-5576-0545
Russian Federation, Moscow

Vartan O. Tamazyan

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: vartantamazyan@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3499-3875

MD, Cand. Sci (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

Nikolay S. Gavryushenko

Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: testlabcito@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7198-433X
SPIN-code: 3335-6472

Dr. Sci. (Engineering), Professor

Russian Federation, Moscow

Dmitry A. Martynov

Pirogov Russian National Research Medical University

Author for correspondence.
Email: ale7938146@icloud.com
ORCID iD: 0009-0002-3600-5690
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files