Биологический остеосинтез при переломах вертельной области бедренной кости
- Авторы: Рубленик И.М.1, Васюк В.Л.1, Шайко-Шайковский А.Г.2
-
Учреждения:
- Буковинская государственная медицинская академия
- Черновицкий национальный университет
- Выпуск: Том 10, № 1 (2003)
- Страницы: 38-41
- Раздел: Оригинальные исследования
- Статья получена: 20.10.2020
- Статья опубликована: 15.03.2003
- URL: https://journals.eco-vector.com/0869-8678/article/view/48254
- DOI: https://doi.org/10.17816/vto200310138-41
- ID: 48254
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Разработан и внедрен в практику новый блокирующий металлополимерный фиксатор седьмой модели для закрытого остеосинтеза переломов вертельной области бедренной кости. Проведен расчет прочности системы «кость—фиксатор» с использованием аппарата сопротивления материалов. Предложенный фиксатор и методика его применения соответствуют критериям биологического (малоинвазивного) остеосинтеза, обеспечивая возможность выполнения операции через проколы кожи, что сводит к минимуму опасность интра- и послеоперационных осложнений.
Ключевые слова
Полный текст
Лечение переломов вертельной области бедренной кости является не только хирургической, но и общемедицинской, реабилитационной, психологической и социально-экономической проблемой [15]. В 1990 г., по оценке специалистов, в мире было зарегистрировано около 1,7 млн подобных переломов [5]. Согласно прогнозу, в 2050 г. их число на планете достигнет 6,3 млн. Тенденция к росту частоты этих повреждений связана с постарением населения. Установлено, что число переломов вертельной области растет быстрее, чем переломов шейки бедра [7, 8]. После травмы около половины больных утрачивают способность к самообслуживанию и нуждаются в постороннем уходе [8]. В Швеции, например, четырехмесячное лечение вертельного перелома бедра обходится в 12 000 USD [3]. В свете сказанного совершенствование методов хирургического лечения переломов вертельной области бедра и реабилитации пострадавших приобретают первостепенное значение для ортопедов [4].
Жесткая конструкция, состоящая из гвоздя и диафизарной накладки, использовалась для лечения внесуставных переломов шейки бедра с 30-х годов прошлого столетия [13]. Никаких существенных изменений этот метод лечения не претерпевал до 1952 г., когда Е. Pohl изобрел пластину, обеспечивающую возможность динамической нагрузки вдоль оси шейки бедра (dynamic hip screw — DHS) [11]. (Ernst Pohl — инженер, работавший в одном госпитале с Gerhard Kuntscher, пионером интрамедуллярного остеосинтеза.) Для широкого внедрения DHS в практику потребовалось около 20 лет [14]. И хотя сегодня этот способ остеосинтеза наиболее распространен, при его применении наблюдается до 10% «технических» и других осложнений [6]. Одним из последних достижений в данной области стала разработка и внедрение в 1990 г. Medoff sliding plate (MSP), которая обеспечивает возможность динамических нагрузок вдоль осей шейки и диафиза бедренной кости одновременно [10].
Наряду с накостными фиксаторами разработан и ряд интрамедуллярных конструкций для остеосинтеза вертельных переломов. Наиболее удачные из них — гамма-гвоздь (gamma nail — GN), по сути являющийся модификацией гвоздя Zikel [2]. и проксимальный бедренный гвоздь (proximal femur nail — PFN), который некоторые хирурги называют «trouble-shooter», подчеркивая сложную технику его применения [12].
Цель настоящего сообщения — представить первый опыт применения, а также биомеханическое обоснование нового фиксатора для закрытого остеосинтеза вертельных переломов бедренной кости, который соответствует критериям биологического (малоинвазивного) остеосинтеза.
Материал и методы
Нами (И.М. Рубленик, В.Л. Васюк) разработан и внедрен в практику блокирующий металлополимерный фиксатор седьмой модели (БМПФ-7) [1] для остеосинтеза вертельных переломов бедренной кости (регистрационный номер заявки на патент Украины № 99063518).
Фиксатор (рис. 1) состоит из круглого полого стержня переменного диаметра 1, в котором имеются сквозные окна 2 и 3, заполненные полиамидом-12. На проксимальном конце фиксатора находятся лыски 4, отверстие 5, шлиц 6, внутренняя резьба 7.
Рис. 1. Блокирующий металлополимерный фиксатор седьмой модели и схема его применения.
Остеосинтез при помощи устройства осуществляют закрытым способом, без обнажения места перелома, под контролем электронно-оптического преобразователя. Больного укладывают на тракционный стол с упором в промежность и фиксацией обеих стоп. Вытяжением по длине, небольшим отведением бедра (до угла 15°) при, как правило, нулевой ротации устраняют все виды смещения. Через разрез кожи длиной 4-5 см трепанируют большой вертел, сверлом калибруют костномозговую полость. В подготовленную таким образом кость вводят фиксатор. Через отверстие 10 кондуктора 8 и отверстие 5 фиксатора в головку бедра вводят спицу 9, размещая полимерные участки фиксатора в одной плоскости с шейкой бедра. При помощи кондуктора 8 просверливают в полимерном участке 3, головке и шейке бедренной кости два канала под углом 130° к продольной оси бедра. Еще два канала просверливают в поперечном направлении через бедренную кость и полимерный участок 2. В сформированных каналах нарезают метчиком резьбу и вводят винты 11 и 12. Спицу 9 и кондуктор 8 удаляют, на кожу накладывают швы.
Расчет прочностных характеристик БМПФ-7
Для обеспечения стабильности остеосинтеза при использовании БМПФ-7 проведены биомеханическое исследование прочностных параметров этого типа фиксаторов, расчет необходимого числа винтов, а также их диаметра.
Сила Р (см. рис. 1) действует параллельно продольной оси фиксатора. Это означает, что мы имеем случай сложного сопротивления — внецентренного действия силы на стержень фиксатора. Для этого случая напряжения определяются по формуле:
где: Р=70-90 кг (масса тела пациента); F— площадь сечения фиксатора; Ми - изгибающий момент, действующий на стержень фиксатора; Wно — осевой момент сопротивления сечения стержня фиксатора.
Угол между продольной осью бедренной кости и осью шейки бедра составляет 130°; путем несложного пересчета с использованием тригонометрических функций получим, учитывая средний диаметр кости, что расстояние между осью фиксатора и линией действия силы Р составляет 4,5-5,0 см. Тогда:
Действующие в материале стержня статические напряжения:
Введя коэффициент запаса прочности к = 2,5, получим, что допустимые напряжения составляют:
[σ] = (2160÷3520) кг/см2 для стали 12Х18Н9Т и [σ] = (2360÷3320) кг/см2 для стали 12Х18Н10Т.
Расчетные напряжения σ< [σ], это означает, что прочность стержня фиксатора обеспечена.
Проверим прочность блокирующих винтов, используемых при проведении остеосинтеза с помощью фиксатора БМПФ-7. На винт действует усилие:
Плечо изгибающей силы составляет:
Согласно условию прочности напряжения изгиба, возникающие в материале блокирующих винтов, должны быть меньше допустимых:
где (d — диаметр блокирующего винта); п — число винтов, необходимых для обеспечения прочности. Подставляем эти значения в формулу:
откуда получаем выражение для определения необходимого числа блокирующих винтов:
Для материала винтов, согласно ГОСТ 18143-72, σв = 1080 МПа. Принимая к = 1,5, получаем [σ] = 7200 кг/см2. Определим необходимое число винтов при различных значениях диаметров (d):
d=4 мм
d=5 мм
d=6 мм
Проверим величину напряжений смятия σсм в месте контакта блокирующие винты — полимерная вставка в дистальном конце фиксатора:
где d — диаметр винтов, используемых для фиксации в дистальной части конструкции; h — толщина слоя полимерной вставки (11,5 мм); п - число винтов, необходимых для обеспечения прочности. Подставляя, получим:
откуда имеем выражение для определения необходимого числа винтов:
, отсюда:
- при d = 4 мм
- при d = 5 мм
- при d = 6 мм прочность будет обеспечена с еще большим запасом;
- при d = 3,5 мм
Таким образом, для обеспечения стабильности при статических нагрузках в дистальном конце фиксатора достаточно одного винта.
Проверим прочность кортикального слоя:
где ∆ — толщина кортикального слоя.
Таким образом, получаем:
отсюда:
- при d = 4 мм
- при d = 5 мм
- при d = 3,5 мм
Следовательно, для обеспечения стабильности в условиях статических нагрузок достаточно одного винта. Реальные нагрузки являются динамическими, что необходимо учитывать при оценке прочности рассматриваемых соединений.
Проверим величину напряжений смятия, возникающих в месте контакта винтов в верхней части кости — при фиксации БМПФ-7 в шейке бедра. Поскольку нагрузки, передаваемые соединением «кость—винты—фиксатор», относятся к виду сложного сопротивления — внецентренному сжатию, необходимо учесть влияние на материал полимерной части фиксатора как осевых, так и изгибающих усилий. Условие прочности в общем виде можно представить как:
Здесь
Будем считать, что в соединении используется п винтов. Полагая, что нагрузка равномерно распределяется на все винты, получим:
откуда:
Определим необходимое число винтов при различных значениях d:
- при d = 4 мм n ≥ 2,50 (n = 3);
- при d = 5 мм n ≥ 2,46 (n = 3);
- при d = 6 мм n ≥ 2,44 (n = 3).
Эти значения совпадают с соответствующими значениями числа винтов, полученными из условия прочности при работе на изгиб.
Клинический пример применения БМПФ-7
Больной Н ., 1920 года рождения, поступил в травматологическое отделение 22.05.99 с диагнозом: закрытый чрезвертельный перелом левой бедренной кости со смещением отломков — 3.1.А1/2 по классификации АО (рис. 2, а). Травму получил в результате падения на улице. 24.05.99 произведена операция — закрытый остеосинтез левой бедренной кости при помощи БМПФ-7 по разработанной методике. Послеоперационный период протекал без осложнений. Через 7 дней после операции пациент выписан на амбулаторное лечение. Частичная нагрузка оперированной конечности начата через 1 мес после операции, полная — через 2,5 мес. Осмотрен через 3,5 мес: двигательная и опорная функция конечности полностью восстановлены, рентгенологически — перелом сросся с полным восстановлением анатомии проксимального конца бедренной кости (рис. 2, б).
Рис. 2. Рентгенограммы больного Н. при поступлении (а) и через 3,5 мес после операции (б).
Обсуждение
Среди ортопедов-травматологов все еще бытует мнение, что переломы вертельной области бедренной кости прекрасно срастаются при лечении методом скелетного вытяжения на протяжении 2 мес и дальнейшей реабилитации в течение 2- 2,5 мес. При этом не существует риска интра- и послеоперационных осложнений, которые встречаются при оперативном методе лечения.
Однако лица пожилого возраста, которые составляют основной контингент травмированных, очень тяжело переносят вынужденное положение и длительный постельный режим. Вследствие обездвиживания у них обостряются хронические заболевания, возникают пролежни, пневмонии, что может приводить к фатальным последствиям.
Поэтому основным направлением в лечении данной группы больных является снижение риска оперативных вмешательств. Этой цели соответствует биологический остеосинтез, основные принципы которого были сформулированы в начале 90-х годов прошлого столетия. Биологический остеосинтез предполагает закрытую репозицию фрагментов под контролем рентгенотелевизионной аппаратуры, выполнение операции через проколы кожи. Для него характерно минимальное повреждение мягких тканей в зоне перелома, сохранение кровоснабжения фрагментов при обеспечении достаточно стабильной фиксации отломков и безиммобилизационного активного функционального режима [1].
Предложенный нами БМПФ-7 полностью отвечает указанным требованиям. Его металлическая основа обеспечивает достаточную жесткость, а наличие полимерных окон дает возможность быстро и атравматично проводить блокирующие и фиксирующие винты, которые позволяют системе «кость—фиксатор» противостоять дислоцирующим нагрузкам. На основе расчетов, проведенных с использованием аппарата сопротивления материалов, обоснованно определены минимально необходимое число блокирующих и фиксирующих винтов, а также их диаметр. Расчетным путем оценена прочность всех элементов биотехнической системы «кость—винты—фиксатор».
Разработанный фиксатор и методика его применения соответствуют критериям биологического остеосинтеза, что сводит к минимуму риск интра- и послеоперационных осложнений, оптимизирует реабилитацию пациентов.
Об авторах
И. М. Рубленик
Буковинская государственная медицинская академия
Email: info@eco-vector.com
Украина, Черновцы
В. Л. Васюк
Буковинская государственная медицинская академия
Email: info@eco-vector.com
Украина, Черновцы
А. Г. Шайко-Шайковский
Черновицкий национальный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: info@eco-vector.com
Украина, Черновцы
Список литературы
- Рубленик І.М., Васюк В.Л., Шайко-Шайковсъкий О.Г. //Буковинський мед. вісн. — 1999.— Т.3, N 1. — С. 100-106.
- Albareda J., Laderiga A., Palanca D. et al. //Int. Orthop. - 1996. — Vol. 20. — P. 47-50.
- Borgquist L., L.indelow G., Tborngren K-G. //Acta Orthop. Scand. — 1991. — Vol. 62. — P. 39-48.
- Ceder L., Lunsjo K., Ollson O. et al. //Orthop. Trans. — 1996.— Vol. 20.— P. 162-163.
- Cooper C., Campion G., Melton L. J. //Osteoporosis Int. - 1992. — Vol. 2. — P. 285-289.
- Gundle R., Garqan M.F., Simpson A. //Injury. — 1995. — Vol. 26. — P. 611-614.
- Kannus P., Parkkari J., Sievanen H. et al. //Bone. — 1996. — Vol. 18. — P. 576-635.
- Keene G.S., Parker M.J., Pryor G.A. //Brit. Med. J. — 1993. — Vol. 307. — P. 1248-1250.
- Kykla C., Heins T., Berger G. et al. //Acta Chir. Austriaca. - 1997. — Bd 5. — S. 290-293.
- Medoff R.J., Maes K. //J. Bone Jt Surg. — 1991. — Vol. 73A. — P. 1192-1199.
- Schumpelick W., Jantzen P.M. //J. Bone Jt Surg. — 1955. — Vol. 37A. — P. 693-698.
- Seibert F.G., Schippinger G., Szyszkowitz R. //Acta Chir. Austriaca. — 1997. — Bd 5. — S. 294-295.
- Thornton L. //Piedmont Hosp. Bull. — 1937. — Vol. 10.— P. 21-27.
- Treharne R.W. //Orthop. Rev. — 1982. — Vol. 11. — P. 45-52.
- Zuckerman J.D. //New Engl. J. Med. — 1996. — Vol. 334. — P. 1519-1525.
![](/img/style/loading.gif)