Лікування діафізарних переломів стегнової кістки у дітей зовнішнім стержневим апаратом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державна установа «Інститут патології хребта та суглобів

імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України»

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового

ступеня кандидата медичних наук

ЛІКУВАННЯ ДІАФІЗАРНИХ ПЕРЕЛОМІВ СТЕГНОВОЇ КІСТКИ У ДІТЕЙ ЗОВНІШНІМ СТЕРЖНЕВИМ АПАРАТОМ

БОРОВИК ІГОР МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 616.718.4 - 001.5 - 089.2”465*09/*15”(043.3)(477)

14.01.21 - травматологія та ортопедія

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківській медичній академії післядипломної освіти МОЗ України.

Науковий керівник: доктор медичних наук професор

ПОПСУЙШАПКА Олексій Корнілієвич

Харківська медична академія післядипломної

освіти МОЗ України, професор кафедри

травматології та ортопедії

Офіційні опоненти: доктор медичних наук професор

ШЕВЧЕНКО Станіслав Дмитрович

Державна установа «Інститут патології хребта

та суглобів імені професора М.І. Ситенка

Академії медичних наук України», головний

науковий співробітник відділу патології хребта

та суглобів дитячого віку

доктор медичних наук професор

ЛЕВИЦЬКИЙ Анатолій Феодосійович

Національний медичний університет

імені О.О. Богомольця МОЗ України,

в.о. завідувача кафедри дитячої хірургії

Захист відбудеться « 22 » червня 2011 р. об 11.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.607.01 Державної установи «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України» (61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Державної установи «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України» (61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 80).

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради заслужений діяч науки і техніки України доктор медичних наук професор В.О. Радченко

Загальна характеристика роботи

діафізарний перелом стегно кістка

Актуальність теми. Переломи стегнової кістки у дітей і підлітків є частим та одним із найбільш тяжких ушкоджень (Корж А.А. и др., 1994; Соков Л.П., 1962; Greville N.R. et al., 1957; Griffin P.P. et al., 1972; Hutchins C.M. et al., 2000).

Останнім часом збільшується частота цих переломів у зв'язку з інтенсивним зростанням кількості автотранспорту, у тому числі і малого автотранспорту, яким користуються діти і підлітки. Ушкодження, які виникають у цих випадках, супроводжуються значним зміщенням відламків, великим ушкодженням м'яких тканин, часто ушкоджується декілька сегментів. За цих умов використання консервативних методів лікування виявляється неефективним, і все частіше доводиться ставити показання до хірургічних методів лікування.

Аналіз даних літератури свідчить, що у разі хірургічного лікування переломів стегнової кістки у дітей і підлітків використовують позаосередковий остеосинтез спицевими та стержневими апаратами, інтрамедулярний остеосинтез, а також накістковий остеосинтез пластинами (Исматуллаева М.Н. 1991; Розинов В.М. и др., 1999; Blasier J.G. et al., 2004; Domb B.G. et al., 2002; Kanlic E.M. et. al., 2004).

Позаосередкова фіксація відламків стегнової кістки використовується багатьма авторами (Ходжанов И.Ю., и др., 2001; Blasier J.G. et al., 1997; Domb B.G. et al., 2002; Wienberg P.M. et al., 1994). Проте їй віддають перевагу у випадку відкритих переломів і переломів з дефектами м'яких тканин. У цьому разі використовують апарати, які виробляють фірми «Wagner» та «Ortofix», під час лікування якими не передбачається ходьба з опорою на ушкоджену кінцівку.

Водночас лишається невирішеним і дискусійним питання щодо вибору фіксуючого пристрою. Усі публікації з цієї теми висвітлюють тільки клінічний досвід використання тієї чи іншої методики остеосинтезу і зовсім не порушують такі науково значущі питання, як механіка з'єднання відламків тим чи іншим фіксатором і особливості регенерації кістки за різних умов фіксації.

Незнання цих закономірностей породжує проблемну ситуацію в практичній діяльності, яка виявляється у відсутності чітких рекомендацій відносно, наприклад, схеми побудови системи «відламки - апарат» або режиму функціонального навантаження ушкодженої кінцівки у процесі лікування.

Використання апарата зовнішньої фіксації у випадку переломів як пристрою, що забезпечує можливість раннього функціонального навантаження ушкодженої кінцівки, у науковій літературі майже не розглядалося. Лишається не вивченим питання щодо міцності і надійності фіксації відламків стержневим апаратом, що часто спричиняє негативне ставлення до даного способу лікування через ризик одержати вторинне зміщення відламків або несправжній суглоб унаслідок нестабільності відламків.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано згідно з планом науково-дослідної роботи кафедри травматології та ортопедії Харківської медичної академії післядипломної освіти МОЗ України («Функціональне лікування переломів кінцівок з використанням пружно-напруженого динамічного з'єднання відламків зовнішніми і внутрішніми фіксаторами», держреєстрація № 0108U002118. Автор вивчив внутрішні напруження в біомеханічних системах «відламки стегнової кістки - апарат зовнішньої фіксації», їхню залежність і розподіл за різними фізико-механічними властивостями. Вивчив топографію розповсюдження напружень у м'якотканинному регенераті і клінічні прояви цього процесу, зв'язок вектора переміщень у пружних біомеханічних системах з формоутворенням кісткового регенерату. Визначив показання до використання позаосередкового остеосинтезу в разі діафізарних переломів стегнової кістки у дітей і підлітків і раціональний режим функціонального навантаження в процесі лікування стержневим апаратом зовнішньої фіксації).

Мета дослідження: Покращити результати лікування діафізарних переломів стегнової кістки у дітей і підлітків шляхом обґрунтування та розробки методики функціонального лікування з використанням стержневих апаратів зовнішньої фіксації.

Завдання дослідження:

1. Вивчити і проаналізувати результати лікування переломів стегнової кістки у дітей і підлітків за матеріалами міської дитячої лікарні м. Кременчук та обласної клінічної лікарні м. Харків. Визначити типи ушкоджень, у випадку яких доцільно використовувати методику позаосередкової фіксації відламків апаратами.

2. Вивчити методом кінцевих елементів на математичній моделі біомеханічної системи «відламки стегнової кістки - апарат зовнішньої фіксації» розподіл у ній внутрішніх напружень під час осьового та поперечного навантаження.

3. Вивчити на фізичній моделі системи «відламки стегнової кістки - апарат зовнішньої фіксації» її механічні властивості: деформівність, характер і величину переміщення відламків під час дії осьового та поперечного навантаження.

4. Розробити власну методику остеосинтезу діафізарних переломів стегнової кістки у дітей і підлітків стержневим апаратом та удосконалити його конструкцію.

5. Оцінити результати лікування з використанням розробленої методики.

Об'єкт дослідження - процес загоєння кістки та відновлення функції кінцівки постраждалих дітей і підлітків з діафізарними переломами стегнової кістки.

Предмет дослідження - біомеханічна система «відламки стегнової кістки - апарат зовнішньої фіксації», фізична модель «відламки ? фіксатор».

Методи дослідження: клінічний, рентгенологічний, математичне і фізичне моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше отримано знання щодо розподілу внутрішніх напружень і переміщень елементів системи «відламки стегнової кістки - апарат зовнішньої фіксації». Зокрема встановлено, що під час навантажень дана система працює у пружному режимі, з можливістю лінійних переміщень відламків відносно один одного до 15 мм. Від пружних властивостей системи залежить напруження в зоні тканин, які регенерують: чим більшою є пружна деформація, тим вищим є напруження в регенераті. У свою чергу, останнє визначає форму періостального регенерату.

Також уперше встановлено закономірності у величинах напружень у з'єднанні «стержень - кістка», що дозволило рекомендувати раціональні функціональні навантаження ушкодженої кінцівки. Виявлено місця найбільших напружень у системі «відламки - апарат» і найбільш уразливі вузли з'єднання в ній, що дозволило вдосконалити будову апарата і методику його використання.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі теоретичних, експериментальних і клініко-рентгенологічних досліджень розроблено методику лікування діафізарних переломів стегнової кістки у дітей і підлітків. Удосконалено стержневий апарат зовнішньої фіксації (патент України № 9372) і розроблено методику операції остеосинтезу з його використанням. Це дає змогу пропонувати дану технічну розробку до серійного виробництва в Україні, а розроблену методику - до широкого практичного впровадження в травматологічних та ортопедичних відділеннях лікарень.

Зазначену методику впроваджено в клінічну практику Комунального закладу охорони здоров'я «Харківська обласна травматологічна лікарня», дитячого травматологічного відділення Комунального закладу охорони здоров'я «Клінічна багатопрофільна лікарня № 17 заводу імені Малишева м. Харків», травматологічного відділення Чугуївської центральної районної лікарні Харківської області, міської дитячої лікарні м. Кременчук Полтавської області.

Основні положення роботи використовуються в навчальному процесі на кафедрі травматології та ортопедії Харківської медичної академії післядипломної освіти.

Особистий внесок автора. Автором самостійно обрана дана тема дослідження, почато впровадження стержневого апарата для лікування переломів у дітей; науково обґрунтована і вдосконалена методика лікування діафізарних переломів стегнової кістки. Автором дисертації запропоновано експериментальне біомеханічне дослідження на фізичній моделі та ним самостійно проведено. Біомеханічні дослідження методом кінцевих елементів проведено в Міжнародному науково-дослідному інституті нових технологій і матеріалів «ХАІ» за консультативною допомогою наукового співробітника О.В. Мананкова та в лабораторії біомеханіки Державної установи «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України» за консультативною допомогою молодшого наукового співробітника О.В. Яреська. Автор самостійно інтерпретував отримані результати і сформулював висновки дисертації. Участь авторів показано у відповідних спільних публікаціях.

Автором особисто виконані 25 хірургічних втручань, у 12 операціях брав участь як асистент; самостійно виконав аналіз усього клініко-рентгенологічного матеріалу, також спостерігав за віддаленими результатами лікування.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації оприлюднені на міжобласній науково-практичній конференції «Остеосинтез довгих кісток» (Кременчук, 2007). Міжнародній науково-практичній конференції «Реабілітація в ортопедії та травматології» (Євпаторія, 2008). Всеукраїнській науково-практичній конференції з міжнародною участю «Біоматеріали в ортопедії та травматології» (Харків, 2008), науково-практичній конференції з міжнародною участю «Сучасні теоретичні і практичні аспекти остеосинтезу» (Донецьк, 2009), науково-практичній конференції «Реконструктивно-відновлювальна хірургія в травматології та ортопедії» (Київ, 2009), науково-практичній конференції з міжнародною участю «Сучасні теоретичні та практичні аспекти остеосинтезу» (Донецьк ? Святогірськ, 2010), на XV з'їзді ортопедів - травматологів України (Дніпропетровськ, 2010).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 робіт, у тому числі 5 статей у наукових фахових виданнях, 1 Деклараційний патент України.

Обсяг і структура дисертації. Дисертацію викладено на 172 сторінках машинописного тексту, складається зі вступу, аналітичного огляду літератури, розділу, який присвячено аналізу властивостей біомеханічних систем, і п'яти розділів власних досліджень, висновків, практичних рекомендацій, списку літератури, що містить 121 джерело. Робота містить додатки, її ілюстровано 59 рисунками і 12 таблицями.

Зміст роботи

Наукову роботу засновано на досвіді лікування і дослідження 119 хворих дітей (88 хлопчиків і 31 дівчинка) з діафізарними переломами стегнової кістки. З них 87 пацієнтів перебували на лікуванні в міській дитячій лікарні м. Кременчук за період з 1994 до 2010 рр. і 32 пацієнти в Харківській обласній травматологічній лікарні за період з 2000 до 2010 рр., яка є клінічною базою кафедри ортопедії та травматології Харківської медичної академії післядипломної освіти МОЗ України.

Хворих було розподілено на дві групи. Першу (основну групу) склали постраждалі, яких лікували з використанням зовнішнього апарата (56 хворих). Другу (контрольну групу) ? діти, у яких застосовували постійне скелетне витягнення (63 постраждалих). Найбільш часто переломи стегнової кістки спостерігаються у дітей шкільного віку, особливо у віці 9-15 років. Найчастіше мали місце переломи середньої третини діафіза стегнової кістки ? 87 (69,6%), рідше верхньої третини ? 30 (24,0%) і ще більш рідкісними нижньої третини ? 8 (6,4%). За класифікацією M. Muller (АО АSIF), спіральні переломи (А1) відзначено у 19 (15,2%) постраждалих, косі (А2) - у 38 (30,4%), поперечні (А3) ? у 66 (52,8%), осколкові (клиноподібні) (В1) ? у 2 (1,6%).

Для лікування дітей і підлітків з діафізарними переломами стегнової кістки нами були використані такі методики: закрите вправлення та утримання відламків системою постійного скелетного витягнення; закрите вправлення та остеосинтез відламків стержневим апаратом; відкрите вправлення і остеосинтез відламків стержневим апаратом.

Дев'яти хворим операцію виконали під загальним ендотрахеальним наркозом, 27 ? під внутрішньовенним, у 20 дітей використовували спінальну, або провідникову анестезію в поєднанні з введенням седативних препаратів. У більшості випадків (33) нам вдалося закрито вправити відламки і зафіксувати їх апаратом. Відкрите співставлення відламків було виконано 24 постраждалим, з яких 18 попередньо перебували на системі постійного скелетного витягнення. Серед них були постраждалі з множинними та поєднаними ушкодженнями (13 осіб).

Перший стержень вводили в підвертлюгову ділянку проксимального відламка стегнової кістки, відступивши 2-3 см донизу від верхівки великого вертлюга. Перфорували шкіру скальпелем, трубчастим троакаром проходили до кістки та свердлили свердлом, що має діаметр 3,2 мм, потім угвинчували стержень. Другий стержень вводили в надвиросткову ділянку дистального відламка стегнової кістки. При виборі місця перфорації шкіри враховували особливості її переміщень під час згинання-розгинання колінного суглоба. Його найкраще розташувати на 1-1,5 см проксимальніше зони росту, де товщина компактної кістки складає 1,5-2 мм. На кінці стержнів, які вистоять, надягали стержневі затискачі і з'єднували їх зовнішньою опорою з двома вільними тримачами в середній її частині. Після цього вводили ще по одному стержню в кожен з відламків на відстані 5-7 см від лінії перелому. Усі чотири стержні розташовували у фронтальній площині або, точніше, були наближені до неї, оскільки стегнова кістка має фізіологічні вигини, і вони можуть у невеликих межах відхилятися від цієї площини. Після затягнення всіх гвинтових з'єднань проводили клінічну пробу на стійкість створеної конструкції шляхом здійснення згинальних і розгинальних рухів гомілкою і стегном. Після виконання остеосинтезу відламків стегнової кістки нашим апаратом, під час дослідження на операційному столі (під знеболенням), повинна зберігатися повна амплітуда пасивних рухів у колінному суглобі.

На другий-третій день хворі могли стояти з дозованим навантаженням на хвору ногу (частково спираючись на ушкоджену кінцівку), і з цієї миті їх починали навчати ходьби з милицями. Додатково навчали пацієнта лікувальній фізкультурі, яку спрямовано на відновлення функції колінного суглоба. Через 5-6 днів після засвоєння пацієнтом правильної ходьби і методик лікувальної фізкультури переводили його на амбулаторний режим спостереження. Перші півтора місяці після операції огляди проводили з частотою 1 раз на два тижні, потім рідше. Нами використані два типи апаратів: «Авторське свідоцтво СРСР 1611334», і «Деклараційний патент на корисну модель № 9372» (рис. 1). Він складається з трьох основних елементів: опори (1), стержневих затискачів (2) і стержнів (3).

Кожен з цих елементів сконструйовано відповідно до певних завдань, вирішення яких, у сукупності, дозволяє реалізувати концепцію функціонального лікування діафізарних переломів. Стержень для угвинчування в кісткові відламки виготовлено з титанових сплавів (ВТ 16 і ВТ 19), які мають підвищену міцність і високі пружні властивості. Його модуль пружності на вигин складає 1,8 х 105 МПа. Стержневий затискач складається з декількох частин, які можуть переміщуватися відносно одна одної та фіксувати стержень у різних положеннях відносно до тривимірного простору. Третім елементом апарата є пружна склопластикова опора. Її модуль пружності на вигин складає 0,5 х 105 МПа. Пружні властивості зовнішньої опори забезпечують можливість всієї конструкції реалізовувати її пружні деформації під час усіх функціональних навантажень.

Розподіл напружень у системі «відламки ? зовнішній апарат» було досліджено шляхом побудови методом кінцевих елементів математичної моделі. Її створювали разом з О.В. Мананковим, науковим співробітником Міжнародного науково-дослідного інституту нових технологій і матеріалів «ХАІ» та О.В. Яреськом, молодшим науковим співробітником лабораторії біомеханіки ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка АМН України».

Для цього анатомічний препарат стегнової кістки було розпилено у фронтальній і сагітальній площинах. Межі компактної і губчастої кістки перенесено на координатну сітку і за допомогою програми “Solid Work“ створено просторову модель стегнової кістки як твердого тіла, максимально наближену за формою до оригіналу. Прийнято, що компактна і губчаста кістка є ізотропними. З огляду на це використано усереднені показники щільності кісткової тканини: компактної Е ? 1,5 х 1010 Н/м3, губчастої Е ? 6,9 х 108 Н/м3, коефіцієнт Пуассона V ? 0,3 і 0,2 відповідно. На підставі побудованої кінцево-елементної моделі стегнової кістки було розроблено три основних варіанти біомеханічних систем «відламки стегнової кістки - зовнішній апарат» з такими розрізнювальними характеристиками:

I. Модель конструкції, в якій між відламками був діастаз 10 мм.

II. Модель конструкції, в якій відламки зберігали контакт по площині перелому.

III. Модель конструкції, в якій було передбачено діастаз між відламками величиною 10 мм і наявність м'якотканинного регенерату.

Останній мав такі характеристики: веретеноподібну форму і товщину 5 мм (рис. 2 а). За механічними властивостями він був нами представлений як колаген з модулем пружності Е 107- 108 Па.

Інші параметри в даних моделях були однаковими: площина перелому поперечна, розташована в середній третині стегнової кістки. Апарат зовнішньої фіксації розташовувався по зовнішній поверхні стегна. Кожен з відламків був фіксований двома паралельно розташованими стержнями. Зовнішня опора з затискачами-фіксаторами розташовувалася на відстані 50 мм від зовнішньої поверхні стегнової кістки. Відстань між стержнями, розташованими поблизу перелому, задано 100 мм, а між стержнями, які містяться в кожному з відламків, ? 100 мм.

Внутрішні напруження в означених біомеханічних системах досліджували під час дії двох видів навантаження.

Перше: поперечне навантаження величиною 100 Н, якому піддавали дистальний відділ стегнової кістки. У цьому випадку стегнова кістка розташовується горизонтально, проксимальний кінець її жорстко закріплено, вектор прикладеної до дистального кінця сили спрямовано униз.

Другий варіант навантаження моделі: дію сили, якій піддано головку, спрямовано по осі стегнової кістки. Величина сили 500 Н, стегнова кістка розташована вертикально, її дистальний кінець жорстко закріплено. Особливий інтерес для нас являв характер внутрішніх напружень у конструкціях залежно від пружних властивостей зовнішньої опори. Тому на всіх моделях проводили розрахунки за умови зовнішньої опори зі склопластикового прутка (модуль пружності 0,5 х 105 МПа) діаметром 10 мм і прутка з неіржавкої сталі (марка Х18Н9, модуль пружності 2,1 х 105 МПа) такого ж діаметра. Розрахунки проводили за допомогою комп'ютерної програми.

У випадку перелому та фіксації відламків зовнішнім апаратом відбувається різка концентрація внутрішніх напружень конструкції на окремих її ділянках і вузлах апарата. Перш за все, це стержні апарата, які угвинчено в кістку і, власне, обмежена зона кістки, яка є прилеглою до них, а також середня частина зовнішньої опори (рис. 2 б, в).

Насамперед нас цікавили напруження кісткової тканини в зонах, що оточують стержні (зовнішній кірковий шар). З практики відомо, що під навантаженнями кістка навколо стержня може руйнуватися, і це призводить до втрати стійкого стану конструкції з можливими її деформаціями. Інколи в результаті концентрації напруження в стержні є можливими його переломи.

Додатково визначали стан напружень у зоні колагенового регенерату. За основу брали його найбільше значення незалежно від місця розташування.

Розрахунки свідчать, що біомеханічні системи, в яких відсутній контакт відламків, працюють в режимі підвищеного напруження. У даній ситуації найбільший рівень напружень кістки навколо стержнів по зовнішньому кірковому шару складає від 100 до 400 МПа. Їхній максимум припадає на зовнішню опору, стержні, введені в діафіз і, відповідно, на компактну кістку (300-400 МПа). У даній системі особливо напруженою виявляється центральна частина зовнішньої опори, до того ж у разі застосування склопластикової опори напруження в ній є декілька нижчими, ніж у разі використання металевої.

У системі, де має місце торцевий контакт відламків, відзначено суттєве зниження напружень до 40-75 МПа у зазначених зонах. У цьому випадку чітко виявляється більш високий рівень напружень кістки навколо стержня, якій введено в дистальний метафізарний відділ стегнової кістки, у разі використання металевої опори (65 МПа), порівняно з склопластиковою (35 МПа). Тому використання пружної зовнішньої опори зі склопластику може бути доцільним, оскільки вона, як свідчать розрахунки, гасить напруження на дистальному стержні під час осьового навантаження, крім того, у конструкціях зі склопластиковою опорою розподіл напружень у критичних точках виявляється більш рівномірним.

У системі, в якій є діастаз між відламками, але вони зв'язані колагеновим регенератом, виявляється також суттєве зниження локальних напружень кістки (40-80 МПа) порівняно із системою, що має діастаз між відламками, що наближається до стану системи, в якій є торцевий упор відламків.

Під час поперечного навантажування системи в 100 Н з діастазом між відламками напруження кістки навколо стержнів також сягає високих меж 70 ? 325 МПа, що є сумірним з напруженнями під час дії осьового навантаження в 500 Н. Це свідчить про те, що поперечне навантаження є несприятливим у плані напружень кістки навколо стержнів і можливості їхнього розхитування.

Наявність м'якотканинного регенерату між відламками при діастазі сприяє зниженню рівня напружень кістки навколо стержнів до 100-200 МПа, що не є таким ефективним, як під час дії осьового навантаження.

Виявлено закономірність у проявах внутрішніх напружень на центральній частині опори залежно від матеріалу. У випадку металевої опори рівень її внутрішніх напружень у всіх ситуаціях був вищий, ніж у випадку склопластикової. У цьому разі, як показали дослідження, напруження в колагеновому регенераті залежать від напружень зовнішньої опори. У процесі визначення напружень м'якотканинного регенерату в системі, де було передбачено діастаз між відламками, було отримано такі результати: відзначається більш високий рівень напружень у м'якотканинному регенераті в системі зі склопластиковою опорою порівняно з системою, де використано металеву опору: 8,4 МПа і 6,2 МПа відповідно під час осьового навантаження та 5,6 МПа і 3,9 МПа під час поперечного (рис. 3 в).

У процесі більш детального вивчення навантажень у даній ділянці на поперечних зрізах було встановлено, що вони розподіляються нерівномірно, концентруючись у певних зонах (рис. 3 а,б). Під час осьового навантаження напруження переважно розподіляються по задній та внутрішній поверхні стегнової кістки. Під час поперечного навантаження зони напружень регенерату змінюють розташування, локалізуючись по передній і задній ділянках. До того ж, у випадку використання зовнішньої опори зі склопластику поширеність напружень по об'єму регенерату є значно більшою порівняно до умов використання в системі опори з неіржавкої сталі.

Яким чином відбувається розподіл внутрішніх напружень у періостальних тканинах, що оточують зону перелому, встановити складно, оскільки це залежить від механічних властивостей цих тканин, напрямку та величини дії сили на них. Можна лише стверджувати, що напруження в них залежить від властивостей біомеханічної системи «відламки ? зовнішній фіксатор».

Для визначення цієї залежності ми поставили такі завдання:

- вивчити на моделі конструкції «відламки стегнової кістки ? зовнішній апарат» напрямок і величину лінійних переміщень кінців відламків відносно один одного під час дії на неї тангенціального і осьового навантажень.

- вивчити розміри і геометричну форму періостального кісткового регенерату в сагітальній і фронтальній площинах у дітей і підлітків з діафізарними переломами стегнової кістки, яких лікували за допомогою зовнішнього стержневого апарата, і за умови функціонального навантаження ушкодженої кінцівки.

Дослідження проведено на фізичній моделі конструкції «зовнішній апарат ? відламки стегнової кістки», яка являє собою стегнову кістку людини (навчальний препарат), яку було пересічено в певному місці, а фрагменти, що утворилися, фіксували стержневим апаратом нашої конструкції.

Було виготовлено три варіанти фізичної моделі, на яких відтворено поперечні переломи на рівні верхньої третини, середньої третини і нижньої третини стегнової кістки. Перша серія експерименту передбачала дослідження переміщення кінців відламків відносно один одного під час дії тангенціальних навантажень. Друга частина експерименту передбачала дослідження переміщення відламків стегнової кістки під час дії на ту ж модель осьового навантаження.

У процесі поперечного навантаження всіх моделей встановлено, що система зберігала свій стійкий стан під час дії сили, що не перевищує 120-130 Н. Збільшення сили, яку зазначено вище, призводило до виникнення залишкової деформації конструкції (після припинення її дії) за рахунок переміщень у вузлах з'єднання «стержень - кістка» (відбувалося провертання стержня в кістці).

Під час осьового навантаження відзначали тільки кутові переміщення відламків, а загальний напрямок вектора кута б був орієнтований назовні та уперед, як зображено на рис. 4.

Під час зовнішнього навантаження Р = 100-150 Н поведінка системи підпорядковується певній закономірності - кут деформації б знаходиться в межах 3,5-4,5°. Це спричинене тим, що у випадку такого навантаження діастаз між відламками в 1 мм, що заздалегідь було закладено, повністю було вибрано. І надалі в процесі збільшення зовнішнього навантаження, внутрішнє напруження в зовнішній опорі апарата зовнішньої фіксації, яка пружно деформується, поступово зростала, що призводило до збільшення кута деформації до б = 5,2° на моделі 1, до 7,9° на моделі 2 і до 6,45°, на моделі 3 (рис. 4). Після усунення навантаження відламки повертали до вихідного положення.

Це свідчить про те, що у випадку такої побудови конструкції «відламки стегнової кістки ? зовнішній апарат» під дією знакозмінного навантаження 0-450-0 Н вона працює в пружно-деформівному режимі. Незначні переміщення (порівняно з дією тангенціальних навантажень), які виникають у цьому випадку, носять знакозмінний, однонапрямлений характер, що слід пояснити унілатеральним розташуванням апарата, а також наявністю фізіологічних скривлень стегнової кістки.

Для кількісного оцінювання регенерату в різних його зонах проводили підрахунок площі кісткового періостального регенерату. Розміри і форму періостального регенерату по різних поверхнях кістки вивчали за допомогою томографічних досліджень зони перелому стегнової кістки, що зростається, маючи на меті встановити залежність між переміщеннями відламків і формою періостальної мозолі (рис. 5).

У процесі рентгенометричного дослідження виявлено, що найбільших розмірів регенерат локалізується по внутрішній поверхні стегнової кістки (різниця є вірогідною, Р < 0,05), а найменших ? по передній. У процесі аналізу форми кісткового регенерату простежувалася така закономірність: по передній і зовнішній поверхні регенерат частіше мав більш пологу витягнуту форму, по задній і медіальній ? навпаки, більш опуклу.

Такі форма і розміри періостального кісткового регенерату, імовірніше за все, зумовлені характером переміщення відламків під час осьового навантаження біомеханічної конструкції «відламки стегнової кістки ? зовнішній апарат». Напрям вектора кута б уперед назовні призводить до того, що під час осьового навантаження в зоні регенерації по передньозовнішній поверхні діє переважно сила на розтягнення, а по задньовнутрішній ? на стискання, що позначається на його формі. Слід зазначити, що не стільки розміри, скільки саме форма періостального регенерату зумовлена характером переміщень відламків і локалізацією напружень у періостальних тканинах.

Результати лікування. Аналіз «поведінки» відламків у разі фіксації апаратом виявив, що в переважній більшості випадків, у 48 хворих (87,3%) зберігалося їх вихідне положення, якого було досягнуто в процесі хірургічного втручання. Виключення становив один пацієнт, у якого в процесі функціонального навантаження виникла кутова деформація сегмента. У дітей, яких лікували методикою постійного скелетного витягнення, на первинних рентгенограмах відзначено кутову деформацію сегмента у межах 5-45°. На 2-3-му тижні витягнення деформація у всіх хворих суттєво зменшилась або була повністю усунена. Водночас у 40 дітей (93%) зберігалось остаточне зміщення за шириною у межах 25-80% поперечного розміру стегнової кістки. Пізніше, на заключних етапах скелетного витягнення (5-7 тиждень) або вже на етапі фіксації гіпсовою пов'язкою у більшості ? 33 хворих (77%) ? відзначено частковий рецидив кутової деформації, який складав у середньому від 8 до 18 градусів. Головним чином, це була варусна деформація або антекурвація, або їх поєднання (95,4%), рідше рекурвація (4,6%). Ці деформації зберігалися і на заключних етапах лікування, у тому числі і після закінчення іммобілізації гіпсовою пов'язкою. Як ми бачимо, деформація носила однонапрямлений характер з верхівкою, зверненою назовні та вперед.

У разі застосування позаосередкового остеосинтезу у 17 (29,8%) хворих було повністю усунуто всі види зміщень відламків. У 33 хворих (57,9%) зберігалися незначні кутові деформації, які не перевищували 5%, а також остаточне зміщення за шириною не більше 30% поперечнику кістки. У 6 постраждалих (10,5%) залишкова кутова деформація склала до 12°, в одному випадку ? до 18°. У процесі подальшого лікування, яке супроводжувалося дозованими функціональними навантаженнями, у переважної кількості пацієнтів (96,5%) зберігався усталений стан конструкції «відламки ? фіксатор» і відламки залишалися у вихідному положенні.

Важливим питанням, на яке ми звертаємо особливу увагу, є стан функції колінного суглоба в період фіксації відламків апаратом. Упродовж перших двох тижнів зберігалося обмеження рухомості в колінному суглобі у зв'язку з больовими відчуттями шкіри поблизу стержнів. На цьому етапі у більшості дітей рухи здійснювалися до 30-40° згинання. Проте надалі в міру підвищення загальної рухової активності дитини амплітуда рухів у колінному суглобі швидко зростала.

Повне навантаження на оперовану кінцівку досягається дитиною через (28±7) днів після операції остеосинтезу.

Зрощення кісток було досягнуто у всіх пацієнтів в оптимальні терміни (96±9) днів після операції остеосинтезу. Хворі зберігали активний руховий режим.

ВИСНОВКИ

1. Переломи стегнової кістки у дітей молодших вікових груп (4-6 років) зазвичай виникали під час падіння на “рівному місці” або з невеликої висоти. Їм притаманна скошена плоскість зламу на великій площі та невелике зміщення відламків за шириною. У цієї групи хворих використовували консервативне лікування на системі постійного скелетного витягнення, яке дозволяло усунути зміщення відламків за довжиною та утримати їх в коректних осьових співвідношеннях до зрощення.

У дітей старшої вікової групи та підлітків зазвичай мали місце переломи з поперечною або наближеною до неї площиною, які виникали від дії великої сили та часто супроводжувались великим ушкодженням м'яких тканин.

Під час визначення показань до хірургічного лікування перелому стегнової кістки необхідно орієнтуватися на величину первинного зміщення відламків, обсягу руйнування навколишніх тканин, яке визначає ступінь фіксованості відламків. Виконання позаосередкового остеосинтезу відламків апаратом в ургентному порядку є показаним у разі значного зміщення відламків за шириною з відсутністю симптому «крепітації» (переломи з III ступенем фіксованості відламків), відкритого перелому стегна, що сполучається з переломами інших сегментів.

У решті випадків переломів II-III ступеня фіксованості відламків є можливим первинне використання постійного скелетного витягнення і відстрочене прийняття рішення про виконання хірургічного втручання на 2-3-тю добу. Відкрите вправлення та позаосередкова фіксація апаратом є показаними у випадку зміщення відламків за довжиною, яке зберігається, та у випадках неможливої закритої мануальної дії на відламки, коли є наявним значний масив м'яких тканин.

2. Розподіл напружень у кістці при створенні конструкції «відламки стегнової кістки - зовнішній апарат» суттєво відрізняється від тих, що мають місце в умовах фізіологічного функціонування цього кісткового сегмента.

За наявності перелому відбувається концентрація напружень на окремих вузлах апарата і місцях контакту апарата з кісткою. Тому, кісткова речовина, яка є прилеглою до металевого стержня, піддається значному напруженню. Величини напружень кістки в цих зонах залежать від умов контакту відламків і фізико-механічних властивостей зовнішньої опори апарата.

За інших рівних умов найбільші напруження елементів апарата і кістки навколо стержня відзначено в системах, коли між відламками зберігається діастаз. За наявності контактного упору відламків напруження у вказаних зонах зменшуються у 3-8 разів.

Наявність у біомеханічній системі «відламки стегнової кістки - апарат зовнішньої фіксації» м'якотканинного періостального регенерату з фізико-хімічними властивостями колагену (за наявності діастазу між відламками) забезпечує зменшення напружень у цих самих зонах в 1,5-6 разів.

Під час осьового навантаження біомеханічної конструкції «відламки стегнової кістки ? апарат зовнішньої фіксації» переважно напруженню піддаються стержні, які розташовано в діафізарній частині, і, відповідно, кістка навколо них. Під час поперечного навантаження, навпаки, напруження концентрується на крайніх стержнях, які введено в метафізарні відділи стегнової кістки.

Встановлено, що за інших рівних умов поперечне навантаження спричиняє більш виражені (у 3-5 разів) напруження в місцях з'єднання «стержень - кістка» порівняно з осьовим.

Ці дані слід враховувати в процесі визначення режиму лікувальних вправ і режиму функціональних навантажень, з метою зниження напружень у конструкції.

Величина напружень зовнішньої опори (її центральної частини) залежить від матеріалу, з якого її виготовлено. У металевій вони в 1,8-5 разів вище, ніж у склопластиковій, що пов'язано з їх різними пружними властивостями. В опорі зі склопластику, яка більше деформується, напруження є нижчими порівняно з більш жорсткою металевою.

За наявності в конструкції опори зі склопластику в м'якотканинному регенераті під час навантажень реалізується більш високий рівень, за величиною та об'ємному розповсюдженню, напружень порівняно до конструкції, яка містить металеву опору.

3. Утворювана біомеханічна конструкція «відламки стегнової кістки ? зовнішній апарат» під дією поперечного навантаження до 130 Н на її дистальний відділ є підданою пружним деформаціям, які супроводжуються переміщенням відламків у місці перелому за шириною та під кутом або за довжиною та під кутом. Водночас максимальні лінійні переміщення кінців відламків у зоні перелому досягають 14-16 мм.

У біомеханічній конструкції «відламки стегнової кістки ? зовнішній апарат» усі три варіанти моделі під час осьового знакозмінного навантаження 0-450-0 Н працюють у пружно-деформівному режимі з незначною кутовою деформацією, вектор якої спрямовано уперед і назовні.

Періостальні тканини, що мають невелику відносну поздовжню деформацію, здатні обмежувати поперечні та поздовжні переміщення кінців відламків під час дії на конструкцію поперечних навантажень. Імовірно, за умов такого режиму функціонування біомеханічної конструкції «відламки стегнової кістки - зовнішній апарат» за рахунок напружень у періостальних тканинах відбувається формування періостального кісткового регенерату.

Існує закономірність між вектором переміщень відламків і формою періостального регенерату. З увігнутого боку, що утворений пружною кутовою деформацією, формується періостальна мозоля значно більших розмірів, ніж з опуклого боку.

4. Удосконалена конструкція апарата та розроблена нами методика остеосинтезу діафізрних переломів стегнової кістки у дітей та підлітків базуються на знаннях, які отримано в результаті теоретичних розрахунків, біомеханічних досліджень і клінічних спостережень.

Конструкція апарата (патент на корисну модель № 9372) і методика його використання забезпечують міцне з'єднання його вузлів між собою, включно з'єднання стержнів з кісткою. Через це створюється пружно-стійка система ''відламки ? апарат'', що дає змогу ходьби з частковою, а потім повною опорою на ушкоджену кінцівку. Методика остеосинтезу передбачає введення стержнів у відламки з урахуванням переміщення м'яких тканин під час рухів у колінному суглобі, що запобігає утворенню розгинальної контрактури гомілки.

5. На відміну від скелетного витягнення, використання апарата зовнішньої фіксації для лікування діафізарних переломів стегнової кістки забезпечує усталене положення відламків за умов дії функціональних навантажень кінцівки та дозволяє відновити анатомічну форму стегна та функцію кінцівки у 98,2% хворих.

Окремі випадки виникнення вторинної кутової деформації пов'язано з переміщенням у з'єднаннях конструкції у процесі дії форсованих випадкових навантажень. Запропонована конструкція апарата передбачає можливість усунення деформації, що виникла.

Повне навантаження на ушкоджену кінцівку досягається дитиною через (28 ± 7) діб після операції остеосинтезу. Зрощення переломів було досягнуто у всіх пацієнтів в оптимальні (96 ± 9 діб) терміни та за відсутності ускладнень. Хворі зберігали активний руховий режим.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Боровик И. Н. Лечение детей с переломами бедренной кости / И.Н. Боровик, А.К. Попсуйшапка, С.Б. Довгань // Ортопедия травматология и протезирование. -- 2006. -- № 1. -- С. 14-19.

Особистий внесок автора полягає в аналізі всього клінічного матеріалу та порівняльній оцінці результатів консервативного та хірургічного лікування.

2. Попсуйшапка А. К. Свойства биомеханической конструкции «фрагменты бедренной кости - аппарат внешней фиксации» и особенности периостальной регенерации при ее использовании у детей / А.К. Попсуйшапка, И.Н. Боровик // Ортопедия, травматология и протезирование. -- 2007. -- № 1. -- С. 44-50.

Особистий внесок автора полягає в проведенні експерименту на фізичній моделі та вивченні формування періостального регенерату за допомогою рентгенівського томографічного обстеження.

3. Попсуйшапка А. К. Внутренние напряжения при нагрузках биомеханических конструкций «отломки бедренной кости - аппарат внешней фиксации», «отломки бедренной кости - накостный фиксатор» и клинические аспекты их проявления / А.К. Попсуйшапка, И.Н. Боровик, А.И. Белостоцкий, О.В. Мананков // Ортопедия, травматология и протезирование. -- 2008. -- № 2. -- С. 56-62.

Особистий внесок автора полягає в дослідженні розповсюдження напружень у різних біомеханічних конструкціях.

4. Попсуйшапка А. К. Остеосинтез: определение понятий, терминология, классификация, направление исследований / А.К. Попсуйшапка, В.А. Литвишко, И.Н. Боровик // Ортопедия, травматология и протезирование. --2008. -- № 3. ? С. 98-101.

Особистий внесок автора полягає в аналізі літератури з визначеного питання.

5. Боровик И.Н. Внутренние напряжения и перемещения в биомеханической конструкции «отломки бедренной кости - апарат внешней фиксации» при нагрузках и их влияние на форму регенерата кости / И.Н.Боровик, А.К.Попсуйшапка //Літопис травматології та ортопедії. - 2009. ? №№ 1 -2. ? С. 29-32.

Особистий внесок автора полягає в аналізі розповсюдження напружень у регенераті та факторів, що є визначальними.

6. Деклараційний патент на корисну модель № 9372 Україна МКИ7 А61В17/56. Пристрій для лікування діафізарних переломів кінцівок за О.К. Попсуйшапкою / Попсуйшапка О.К., Попсуйшапка К.О., Боровик І.М.; заявник та патентовласник Попсуйшапка Олексій Корнілійович. -- № u2005 02844; заявл. 28.03.2005; опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9.

АНОТАЦІЯ

Боровик І.М. Лікування діафізарних переломів стегнової кістки у дітей зовнішнім стержневим апаратом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.01.21. - травматологія та ортопедія. ? Державна установа «Інститут патології хребта та суглобів імені професора М.І. Ситенка Академії медичних наук України», Харків, 2011.

На підставі експериментально-математичного дослідження переломів діафіза стегнової кістки в умовах остеосинтезу зовнішнім стержневим апаратом з пружною опорою доведено його перевагу перед використанням ригідних металевих опор на процес формування періостального регенерату.

Завдяки комп'ютерним технологіям методом кінцевих елементів були змодельовані три моделі варіантів діафізарних переломів стегнової кістки, які були фіксовані стержневим апаратом з різними пружними властивостями зовнішньої опори. Було вивчено та систематизовано внутрішні напруження в біомеханічних системах ''відламки стегнової кістки - зовнішній апарат''. Нами доведено, що більш рівномірний розподіл напружень відбувається в системах з наявними пружними властивостями. Величини напружень кістки в місцях з'єднання зі стержнем залежать від умов контакту відламків та фізико-механічних властивостей зовнішньої опори апарата.

Виявлено, що за інших рівних умов поперечне навантаження спричиняє більш виражені (у 3-5 разів) напруження в місцях з'єднання «стержень - кістка» порівняно з осьовим.

Уперше проведено вивчення залежності та впливу наявності в конструкції опори з склопластику на рівень величини та об'ємного розповсюдження напружень у м'якотканинному регенераті та проведено порівняння з конструкцією, яка має металеву опору. Виявлено залежність між вектором переміщень відламків у системі ''відламки стегнової кістки - зовнішній апарат'' та формою періостального регенерату.

Розроблено методику остеосинтезу у випадках переломів діафіза стегнової кістки у дітей з використанням фіксуючого стержневого апарата та післяопераційне ведення хворих. Визначено оптимальний режим функціональних навантажень на підставі отриманих знань.

Ключові слова: позаосередковий остеосинтез, стержневий зовнішній апарат, стабільно - функціональний остеосинтез, діафіз стегнової кістки.

АННОТАЦИЯ

Боровик И.Н. Лечение диафизарных переломов бедренной кости у детей внешним стержневым аппаратом. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.01.21. - травматология и ортопедия. ? Государственное учреждение «Институт патологии позвоночника и суставов имени профессора М.И. Ситенко Академии медицинских наук Украины», Харьков, 2011.

Проведено математическое и биомеханическое моделирование переломов диафиза бедренной кости. На основании исследования и полученных результатов о влиянии физико-механических свойств внешней опоры стержневых аппаратов на процесс формирования периостального регенерата доказано преимущество стеклопластиковой внешней опоры с повышенными упругими свойствами перед использованием ригидных металлических опор.

Благодаря компьютерным технологиям методом конечных элементов были смоделированы три модели вариантов диафизарных переломов бедренной кости, фиксированных стержневым аппаратом с различными упругими свойствами внешней опоры. Были изучены и систематизированы внутренние напряжения в биомеханических системах ''отломки бедренной кости - внешний аппарат''. Нами доказано, что наиболее равномерное распределение напряжений происходит в системах с выраженными упругими свойствами. Величины напряжений кости в местах соединения со стержнем зависят от условий контакта отломков и физико-механических свойств внешней опоры аппарата.

Впервые проведено изучение зависимости и влияния наличия в конструкции опоры из стеклопластика на уровень величины и объемного распространения напряжений в мягкотканном регенерате и проведено сравнение с конструкцией, содержащей металлическую опору.

При прочих равных условиях наибольшие напряжения элементов аппарата и кости вокруг стержня имеют место в системах, когда между отломками сохраняется диастаз. При наличии контактного упора отломков напряжения в указанных зонах уменьшаются в 3-8 раз. При осевой нагрузке биомеханической конструкции «отломки бедренной кости - аппарат внешней фиксации» преимущественно напряжению подвергаются стержни, расположенные в диафизарной части и, соответственно, кость вокруг них. При поперечной нагрузке, наоборот, напряжение концентрируется на крайних стержнях, введенных в метафизарные отделы бедра.

Установлено, что при прочих равных условиях поперечная нагрузка вызывает более выраженные (в 3-5 раз) напряжения в местах соединения «стержень - кость» по сравнению с осевой.

Выявлено, что биомеханическая конструкция «отломки бедренной кости - внешний аппарат» под действием поперечной нагрузки до 130 Н на ее дистальный отдел испытывает упругие деформации, сопровождающиеся перемещением отломков в месте перелома по ширине и под углом или по длине и под углом. При этом максимальные линейные перемещения концов отломков в зоне перелома достигают 14-16 мм.

В биомеханической конструкции «отломки бедренной кости - внешний аппарат» все три варианта модели при осевой знакопеременной нагрузке 0-450-0 Н работают в упруго-деформирующемся режиме с незначительной угловой деформацией, вектор которой направлен кпереди и кнаружи.

В биомеханическом эксперименте выявлена зависимость между вектором перемещений отломков и формой периостального регенерата. На вогнутой стороне образуемой упругой угловой деформации, где выражены силы сжатия, формируется периостальная мозоль значимо больших размеров, чем на выпуклой стороне, где превалирует растяжение.

Разработана методика остеосинтеза при переломах диафиза бедренной кости у детей с использованием фиксирующего стержневого аппарата и послеоперационное ведение больных. Определен оптимальный режим функциональных нагрузок на основе полученных знаний.

Клиническая часть работы представлена 56 больными с дифизарными переломами бедренной кости, которым применяли внеочаговый остеосинтез стержневым аппаратом.

Результаты лечения прослежены от одного года и более лет (как отдаленные). Применение нашего аппарата и предложенной методики позволило восстановить анатомическую форму бедра и функцию конечности у 98,2 % больных. Полная нагрузка на поврежденную конечность достигается через (28 ± 7) дней после операции остеосинтеза. Сращение переломов было достигнуто у всех пациентов в оптимальные (96 ± 9 дней) сроки и при отсутствии осложнений.

Предложенная методика остеосинтеза диафизарных переломов бедренной кости у детей с применением внешнего стержневого аппарата с упругой стеклопластиковой опорой показала высокую эффективность, функциональность, возможность ранней нагрузки поврежденной конечности, о чем свидетельствует высокий процент положительных результатов и отсутствие неудовлетворительных результатов лечения.

Ключевые слова: внеочаговый остеосинтез, стержневой внешний аппарат, стабильно - функциональный остеосинтез, диафиз бедренной кости.

ANNOTATION

Borovik I.M. The treatment of femur diaphyseal fractures in children with the usage of external fixation. ? Manuscript.

Dissertation work for the appropriation of the candidate of medical sciences on specialty 14.01.21 ? Traumatology and Orthopaedics. - State Institution “Sytenko Institute of Spine and Joint Pathology of Ukrainian Academy of Medical Sciences” Kharkiv, 2011.

On the base of experimental and mathematical investigation of femur fractures which were treated by external fixation with elastic stanchion we have proved its advantages on the periostal process of regeneration above rigid metal stanchions.

Due to computer technologies and the method of finite elements three models of femur diaphyseal fractures were designed. These models were fixed by an apparatus of external fixation with the stanchions with different elastic properties. Internal tensions in biomechanical systems “femur fragments ? apparatus of external fixation” were studied and systematized. We have proved that distribution of tensions was more equal in the system with evident elastic properties. The magnitude of tensions of the bone in the points of connection with the rod depends on the contact conditions and physical and mechanical properties of external stanchion.

We have determined that transverse loading produces more expressed tensions (in 3?5 times) in the points of “rod ? bone” connection compare with the axial loading.

For the first time we have studied the dependence and the influence of fiberglass plastic stanchion on the degree and tension distribution in the soft tissue callous comparing with the metal stanchion. The relation between vector of fragments displacement and the shape of periostal callous was revealed.

...