ДИСТРАКЦИОННО-КОМПРЕССИОННЫЕ АППАРАТЫ
ДИСТРАКЦИОННО-КОМПРЕССИОННЫЕ АППАРАТЫ (син.: компрессионно-дистракционные аппараты, аппараты внеочаговой чрескостной фиксации) — аппараты, предназначенные для временной наружной чрескостной фиксации сегментов кости или суставных концов с целью репозиции и прочной стабилизации отломков при лечении свежих несросшихся переломов и ложных суставов, вправления вывихов, артродезирования, артропластики и устранения контрактур суставов, а также для удлинения конечностей при их врожденном или приобретенном укорочении. В зависимости от назначения и конструктивных особенностей аппараты подразделяются на четыре основные подгруппы: компрессионные, дистракционные, компрессионно-дистракционные и шарнирно-дистракционные.
Впервые наружную внеочаговую фиксацию отломков с помощью длинных винтов и двух металлических пластин осуществил в 1902 г. А. Ламботт. Позже Л. А. Розен (1917) для репозиции и фиксации отломков сконструировал специальный аппарат «остеостат». В последующем Кей (A. Key, 1931) и Чарнли (J. Charnley, 1948) применяли аппараты своей конструкции для компрессионного артродеза коленного и голеностопного суставов. Наиболее широко Д.-к. а. применяются в СССР. Благодаря работам отечественных авторов (К. М. Сиваш, М. В. Волков, В. К. Калнберз, О. Н. Гудушаури, В. Д. Дедова, Г. А. Илизаров, Г. И. Лаврищева, О. В. Оганесян, В. И. Стецула, С. С. Ткаченко и др.) разработан и внедрен в практику травматологии и ортопедии ряд совершенных Д.-к. а. для лечения различных повреждений и заболеваний опорно-двигательного аппарата. Изучены их преимущества и недостатки по сравнению с накостными и внутрикостными фиксаторами, выработаны показания и даны теоретические обоснования к применению их для лечения переломов (см. Остеосинтез), удлинения костей, артропластики суставов и т. д.
Установлено, что в условиях максимального сближения и стабильной фиксации отломков, т. е. при их компрессии, происходит первичное костное сращение и, наоборот, при подвижности отломков оно значительно задерживается и проходит через стадию фиброзно-хрящевой мозоли. Более того, при идеальной иммобилизации отломков оказалось возможным путем ритмичного механического воздействия на очаг повреждения (сближение или дистракция отломков) целенаправленно регулировать остеогенез. Экспериментальными исследованиями впервые доказана возможность регенерации и формирования нового гиалинового хряща при артропластике сустава в условиях постоянного диастаза и двигательной функции, обеспечиваемых шарнирно-дистракционными аппаратами.
Применение Дистракционно-компрессионных аппаратов особенно показано при осложненных переломах и ложных суставах, открытых переломах с обширной зоной повреждения мягких тканей, многооскольчатых переломах, больным с множественной и сочетанной травмой. Они дают возможность во многих случаях избежать оперативного вмешательства непосредственно в области перелома, ложного сустава или вывиха, избавить больного от наложения гипсовой повязки и повторной операции, предпринимаемой для удаления различных металлических конструкций (пластинок, стержней, винтов, проволоки и др.).
Недостатками при применении Дистракционно-компрессионных аппаратов являются: опасность развития инфекции в области входа и выхода спиц, необходимость многократных перевязок, большая дополнительная затрата времени медперсонала на сборку и уход за аппаратом и др.
Дистракция и компрессия в современных аппаратах осуществляются с помощью чрескостно проведенных выше и ниже перелома, ложного сустава или места остеотомии спиц, дуг или колец и стягивающих устройств. Среди многих аппаратов подобного типа наиболее широкое применение нашли аппараты Волкова и Оганесяна, Сиваша, Гудушаури, Гришина, Илизарова, Ашкинази и Антонова и др. Каждый из них имеет определенное назначение. Так, для фиксации суставных концов после резекции коленного сустава К. М. Сиваш в 1950 г. предложил простой аппарат, состоящий из двух стяжных винтов со специальными гайками, в зажимах которых крепятся стержни. Принцип действия этого аппарата основан на плотном сближении резецированных концов, что ускоряет формирование анкилоза. Позже он разработал компрессионно-дистракционный аппарат, используемый в основном для устойчивого остеосинтеза переломов трубчатых костей (рис. 1) и реже для удлинения конечностей. Конструктивная особенность аппарата — возможность не только устранить смещение отломков по длине и ширине, но и ротационные смещения. Последнее достигается благодаря шарнирным устройствам, вмонтированным в концах обеих дуг аппарата, через которые проходят стяжные винты.
Аппарат Гришина (рис. 2) предназначен для компрессионного артродеза голеностопного сустава. Аппарат дает возможность прочно фиксировать стопу под любым углом сгибания или разгибания по отношению к голени. Он состоит из двух одинаковых половин, содержащих две пары стяжных винтов, соединенных между собой шарнирной головкой, и элементов крепления стержней. При артродезе сустава один стержень проводят через пяточную кость, второй — через таранную и третий — через большеберцовую; если необходимо соединить и таранно-ладьевидный сустав, то стержень проводят не через таранную кость, а через ладьевидную. На выступающих концах стержней закрепляют аппарат и с помощью стяжных винтов достигают плотного контакта между поверхностями оперируемого сустава.
Для вправления застарелых вывихов костей запястья, пястных костей и других реконструктивно-восстановительных вмешательств на данной области применяют дистракционный аппарат Ашкинази—Антонова, особенно при открытом вправлении вывихов костей запястья, т. к. он дает свободный доступ к операционному полю, позволяет во время операции растянуть кистевой сустав и легко вправить вывих. Этот аппарат (рис. 3) состоит из трубчатого складного каркаса с откидной подставкой, двух вытяжных винтов, на крючки которых закрепляются дуги для скелетного вытяжения; в них крепятся спицы, одну из которых проводят через пястные кости, а вторую — через локтевой отросток. Путем раскручивания винтов осуществляется растяжение сустава и вправление вывиха.
Из компрессионно-дистракционных аппаратов применяют аппарат Илизарова (1952), предложившего впервые использовать принцип перекрещивающихся спиц, закрепленных в металлических кольцах. Последние соединяются между собой раздвижными штангами (рис. 4). Сближая или раздвигая закрепленные на спицах кольца аппарата, производят компрессию или дистракцию костных фрагментов.
Аппарат широко применяют для лечения переломов, удлинения конечностей путем остеотомии соответствующего участка кости или разрыва зон роста (у детей), для открытого и закрытого артродезирования суставов, низведения бедра при высоком вывихе его и т. д. Предложен ряд дополнений и модификаций аппарата Илизарова, улучшающих его технические и функциональные характеристики. Так, С. С. Ткаченко вместо колец применяет металлические рамки, а В.М. Демьянов в кольцах аппарата делает дугообразные пазы, что значительно упрощает наложение аппарата и обеспечивает большую маневренность при коррекции отломков. Оригинальные изменения основных элементов аппарата Илизарова внесены В. К. Калнберзом. Кольца в аппарате Калнберза соединены между собой не жесткими штангами, а спиральными пружинами, что создает постоянство компрессионного или дистракционного эффекта и обеспечивает упругую фиксацию отломков.
Распространены в клинической практике шарнирно-дистракционные аппараты Волкова и Оганесяна. Авторы в 1968 г. создали серию таких аппаратов для лечения повреждений и заболеваний суставов с учетом анатомических и биомеханических особенностей, каждого из них. Основными элементами аппаратов являются осевая и замыкающая скобы, две поворотные скобы, шарнир с подшипником, дистракторы и фиксаторы спиц (рис. 6). Вначале через центр вращения сустава проводят осевую спицу, а затем натяжные, на которых жестко фиксируют проксимальную часть сустава одной частью аппарата, а дистальную — другой. Компрессия костных фрагментов (при околосуставных и внутрисуставных переломах) и диастаз между суставными поверхностями осуществляются с помощью дистракторов, а движения в суставе обеспечиваются специальным шарниром. Благодаря конструкции аппарата вся статическая и динамическая нагрузка с сустава перенесена на аппарат, при этом создаются условия безболезненных движений, точной пространственной центрации суставных концов и постоянства заданной щели между ними. Полная разгрузка и сохранение щели нужной величины при движениях сустава после артропластики продолжаются до формирования суставных поверхностей, а при лечении околосуставных и внутрисуставных переломов — до их срастания и восстановления функции сустава. В этих случаях нет необходимости в применении различных прокладок при артропластике и можно осуществлять ранние движения в суставе. Такие аппараты с успехом используют и для бескровного устранения контрактур, артродезирования суставов, а в сочетании с репонирующим устройством — для вправления переломовывихов, застарелых вывихов и подвывихов в суставах.
Для репозиции и фиксации костных отломков при диафизарных переломах эти же авторы разработали универсальный репозиционный аппарат, позволяющий закрытым путем с помощью специального репонирующего устройства устранить любое смещение отломков и в случае необходимости создать взаимодавление их в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Основными элементами репозиционного аппарата Волкова-Оганесяна (рис. 7) являются внутренние и замыкающие скобы, два боковых и передний шарнирный дистракторы, репонирующие устройства. Угловое, ротационное и смещение отломков по длине устраняют с помощью боковых и шарнирного дистракторов аппарата, а по ширине — репонирующими устройствами.
Библиография: Гришин И. Г. Сравнительная оценка некоторых способов артродеза голеностопного сустава у взрослых, в кн.: Вопр. хир. и смежных областей, под ред. В. С. Дмитриевой, с. 95, М., 1966;
Илизаров Г. А. Основные принципы чрескостного компрессионного и дистракционного остеосинтеза, Ортоп, и травмат., № 11, с. 7, 1971; Оганесян О. В. Лечение заболеваний суставов с помощью шарнирно-дистракционных аппаратов, М., 1975, библиогр.; Третий Всесоюзный съезд травматологов-ортопедов, Доклады, М., 1976.
Горизонтальная дистракция челюстей с последующей ортогнатической хирургией
Микрогнатия челюстей является одной из частых патологий среди пациентов с дисгармонией лицевого скелета. Она выражается в трансверсальном недоразвитии челюстных костей в сочетании с неизбежной скученностью зубных рядов, аномалиями прикуса, сокращенным объемом полости рта, нарушением функций жевания и речи. Отдельный контингент составляют больные с обструктивным апноэ сна.
Эстетические пропорции лица при данной патологии нарушены, что часто приводит к выраженным нарушениям психоэмоционального статуса пациентов.
Общеизвестные методы лечения данной патологии, состоящие в билатеральном удалении премоляров с последующей ортодонтической коррекцией зубных рядов, не приводят к полноценному восстановлению сокращенных трансверсальных объемов челюстей и полости рта, а также соответствующих функциональных параметров зубочелюстной системы.
Ортопедические методы коррекции трансверсального дефицита тела верхней челюсти были описаны впервые в 1860 году, впоследствии многократно модифицировались и совершенствовались. Цель заключалась в быстром расширении верхней челюсти посредством активации внутриротового дистрактора, зафиксированного полукольцами и штангами в зоне зубного ряда. Скорость экспансии составляла 0,5 мм в день.
Подобное ортопедическое расширение верхней челюсти при помощи несъемных ортодонтических аппаратов имеет множество недостатков и осложнений. В мировой литературе и по нашим наблюдениям отмечаются нежелательные вторичные эффекты ортопедической экспансии, выражающиеся в резорбции кортикальных пластин челюстей и корней зубов, рецессий десны с возникновением патологии пародонта и частыми рецидивами деформаций. Метод также имеет ограниченные возрастные показания и применяется в юном возрасте в период активного роста костей лицевого черепа до 14 лет у девушек и до 17 у юношей.
В настоящей работе представляются методы хирургической остеотомии челюстей с последующим применением дистракционного метода при помощи фиксированных ортодонтических конструкций или челюстных дистракторов. Дистракционные аппараты устанавливаются за день до оперативного вмешательства или интраоперационно в зависимости от планируемой конструкции.
Рис. 6. Стандартный дистрактор верхней челюсти, зафиксированный в области зубного ряда.
Оперативное вмешательство проводится преимущественно под общей анестезией — назотрахеальная интубация с ИВЛ. После инфильтрации в области преддверия полости рта производится разрез по межзубным десневым сосочкам. Разрезы в преддверии полости рта практически исключены из ервопейских протоколов по ортогнатической хирургии.
Рис. 7. Этап горизонтальной остеотомии верхней челюсти.
Рис. 8. Рассечение срединного небного шва.
После контроля адекватной мобильности остеотомированных фрагментов челюстей лоскуты ушиваются.
Рис. 9. Разрез во фронтальном отделе по сосочкам зубов.
Рис. 10. Срединная симфизарная остеотомия.
После полной мобилизации фрагментов раны зашиваются наглухо. Период госпитализации составляет 24 часа.
Послеоперационное ведение больного включает прием нестероидных противовоспалительных, носовых сосудосуживающих препаратов и антисептического полоскания полости рта. Активация дистракторов начинается на 8-й день послеоперационного периода самим больным или персоной из его близкого окружения. Степень активации винта зависит от необходимого размера коррекции.
После завершения дистракции на запланированную ширину ретенционный период до 6 недель способствует оссификации зоны дистракции и консолидации фрагментов челюстей.
Послеоперационное ортодонтическое лечение завершает морфологическое формирование зубных рядов. В отдаленном послеоперационном периоде при необходимости некоторым больным со скелетической аномалией производится также ортогнатическая хирургия.
Клинический случай комбинированной патологии зубных рядов, окклюзии и костей лицевого черепа
Ортодонт фиксирует брекет-системы на зубные ряды с целью подготовки окклюзии ко второму этапу хирургической коррекции — ортогнатической хирургии.
Клинический осмотр больной до ортогнатической хирургии выявляет сочетанную патологию черепа — горизонтальную гипертрофию верхней челюсти в сочетании с микрогеней. Центральные резцы чрезмерно выступают из-под верхней губы, рот открыт, губы не смыкаются. Отмечается также заднее положение нижней челюсти, губо-подбородочная складка сглажена, ткани приротовой области напряжены.
Таким образом, методика хирургическо-ортодонтической экспансии челюстей позволяет исключить сопротивление челюстных костей латеральному перемещению остеотомированных фрагментов, резко сокращает сроки лечения и реабилитации больных, доводит до минимума количество рецидивов деформаций.
В оперированной группе больных наблюдается полное восстановление функции жевания и речи, гармонизация лицевых признаков и, как следствие, значительное улучшение эмоционального состояния пациентов.
Что такое дистракция в ортопедии
Открытие Г.А. Илизаровым свойства тканей отвечать на дозированное растяжение ростом и регенерацией (эффект Илизарова) произвело революционный переворот в подходах к лечению большой части больных с травмами и ортопедическими заболеваниями [6], что послужило основой целого направления в травматологии и ортопедии – компрессионно-дистракционного метода или метода Илизарова. Благодаря этому кардинально повысилась эффективность лечения сложных переломов, стало возможным управление новообразованием больших объемов костной ткани с целью удлинения и реконструкции конечностей. Метод Илизарова непрерывно совершенствуется: создаются новые аппараты внешней фиксации, разрабатываются разнообразные способы лечения травм и различной ортопедической патологии.
Успех лечения пациентов с использованием компрессионно-дистракционного метода, как показал Илизаров Г.А., зависит от выполнения основных условий: стабильная фиксация костных фрагментов в аппарате, точное управление ими в процессе репозиции при переломах и устранении деформации, выполнение малотравматичной кортикотомии, правильно дозированная дистракция/компрессия, восстановление и поддержание функции конечности с начала фиксации в аппарате [26, 27].
Лечение пациентов с использованием аппаратов внешней фиксации – длительный и трудоемкий процесс, требующий постоянного наблюдения за состоянием аппарата, грамотного управления им. Несмотря на постоянное развитие метода и совершенствование аппаратов внешней фиксации, количество осложнений, многие из которых связаны с недооценкой активности остеогенеза, остается большим. До сих пор встречаются случаи замедленной консолидации, развития несращений костных фрагментов с формированием ложных суставов при лечении переломов, нередко возникают рефрактуры, переломы дистракционного регенерата или его деформации при преждевременном снятии аппарата внешней фиксации [4, 24].
В практической ортопедии для контроля активности дистракционного остеогенеза, как правило, используется рентгенография, реже ультрасонография, еще реже биохимические исследования крови. Уровень минерализации оценивают с помощью количественной компьютерной томографии (QCT), однофотонной абсорбциометрии (SPA), двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DEXA) [29]. Указанные методы позволяют оценить осевые соотношения костных фрагментов, величину удлинения, структурность формирующегося регенерата и степень его минерализации. Они позволяют произвести косвенную, весьма приблизительную оценку итога длительного лечения – восстановления функции опороспособности, знаменующей возможность безопасного снятия аппарата внешней фиксации. Поэтому на протяжении последних десятилетий активно продолжаются биомеханические исследования по непосредственному изучению жесткости формирующейся костной мозоли, поиску наиболее оптимальных методик контроля за развитием механической прочности костной ткани при лечении переломов длинных трубчатых костей, удлинении конечностей.
Цель настоящей работы – анализ достижений в области изучения жесткости костного регенерата при лечении переломов длинных трубчатых костей и удлинении конечностей с использованием метода внешней фиксации на основании публикаций по данной тематике за период 1962–2013 гг.
С началом использования компрессионно-дистракционных аппаратов исследователей стал интересовать вопрос о контроле в клинической практике процессов уплотнения и упрочнения регенерата, влияния нагрузок на регенерат. Ряд отечественных авторов [1, 2, 7, 8, 13, 14] с целью изучения динамики нарастания жесткости регенерата исследовали перемещение костных фрагментов при осевых нагрузках в аппарате, измеряя прогиб спиц с помощью различных датчиков перемещений, помещенных между смежными к области костного регенерата спицами. Ими показано, что по мере сращения костных фрагментов при переломах повышалась жесткость костной мозоли, уменьшался прогиб спиц, а следовательно, и деформация регенерата при осевых нагрузках на конечность. Однако данные методики позволяли оценить только косвенный показатель жесткости регенерата (отношение текущего значения перемещения спиц к величине деформации в первые дни после операции), трудоемки, имели большую ошибку измерений, обусловленную многими допущениями. В частности, перемещения костных фрагментов признавались равными поперечному прогибу спиц во время осевой нагрузки, который во многом зависел от их натяжения, расстояния от места вхождения в кость. Данный показатель относительного перемещения косвенно характеризует механические свойства регенерата и не соответствует его истинной жесткости. С развитием измерительной и вычислительной техники исследователи перешли к непосредственному измерению жесткости регенерата. Одним из первых аппаратно-компьютерный комплекс для изучения жесткости регенерата в области перелома большеберцовой кости использовал J.L. Cunningham в 1987 году [36]. Он с помощью тензодатчиков, внедренных в конструкцию монолатерального аппарата внешней фиксации, регистрировал деформацию регенерата при дозированных осевых, изгибающих нагрузках на сегмент, фиксированный аппаратом. Известная жесткость самой конструкции аппарата позволяла рассчитать его жесткость как части единой системы «аппарат-сегмент».
В большинстве случаев при репозиции костных фрагментов достигается их противопоставление и взаимный упор, поэтому опорные пробы с осевой нагрузкой с целью изучения жесткости сращения оказываются малоинформативными и для определения прочности сращения костных фрагментов при переломах оценивают жесткость регенерата на изгиб. На большом клиническом материале [18, 19, 30, 31, 39] показано, что достижение жесткости на изгиб величины в 15 Нм/град свидетельствует о достаточно прочном сращении костных фрагментов, позволяющем снять аппарат внешней фиксации и разрешить полную опорную нагрузку на конечность. R.H. Wade с соавторами [39] подчеркивает необходимость изучения жесткости на изгиб обязательно в двух плоскостях, так как разница значений жесткости может достигать 9 Нм/град (меньшие значения жесткости на изгиб отмечаются при исследовании в сагиттальной плоскости). При принятии решения о демонтаже аппарата авторы рекомендуют ориентироваться на меньшее значение, полученное в исследовании. P.J. Ogrodnik с соавторами предлагают снимать аппарат, когда показатели жесткости превысят значение 15 Нм/град в обеих плоскостях – фронтальной и сагиттальной [32]. Проведенные исследования доказали, что жесткость на изгиб является достоверным критерием оценки прочности сращения переломов длинных трубчатых костей. Компанией Orthofix был разработан и применяется в практике прибор Orthometr для исследования жесткости сращения переломов [21], позволяющий достаточно точно измерять жесткость регенерата на изгиб. Однако отрицательной стороной данной технологии является то, что для выполнения исследования необходимо демонтировать аппарат, при этом дестабилизируется зона сращения, возникает риск деформации конечности, перелома регенерата. В настоящее время ведутся разработки по совершенствованию технологии, поиски возможности автоматизации измерения жесткости регенерата, проведения исследования без снижения стабильности системы «аппарат-сегмент» [22, 32].
В экспериментальных работах по изучению динамики нарастания жесткости регенерата, изменения его вязко-эластических свойств при лечении переломов с использованием метода внешней фиксации [15, 16, 25] подтверждена нелинейность нарастания жесткости регенерата, двухфазность этого процесса. В первой фазе регенерат в большей степени обладает вязкостью и способностью к пластическим деформациям. Во вторую фазу регенерат приобретает большую эластичность и упругость, способность аккумулировать энергию внешнего механического воздействия, что связано с естественной морфо-функциональной перестройкой формирующейся костной мозоли. Длительность фаз и их соотношение зависят от множества факторов, в большей степени от биомеханики системы «аппарат-сегмент».
Оценка механической жесткости дистракционного регенерата при удлинении конечности представляет более сложную задачу. Это обусловлено в первую очередь значительной длительностью самого процесса новообразования большого объема костной массы, привнесения в этот процесс множества факторов, определяющих активность дистракционного остеогенеза. Если сращение переломов представляет собой, образно выражаясь, с точки зрения механики, статический процесс, то удлинение конечности – динамический, так как в процессе дистракции происходит постепенное дозируемое разведение костных фрагментов. В первом случае область регенерата локализуется в точке контакта костных фрагментов, во втором – имеет значительную протяженность, отсутствует взаимный упор фрагментов. Поэтому если при изучении жесткости регенерата при сращении переломов наиболее целесообразно использовать пробы на изгиб, то при удлинении конечности – опорные пробы с осевой нагрузкой на дистракционный регенерат. При удлинении конечности от 3 до 10 см дистракционные усилия, по данным Введенского С.П., Попкова А.В., Younger A.S., могут достигать величин до 800 Н [3, 9, 40], поэтому при исследовании жесткости на изгиб напряжение мышц будет значительно увеличивать регистрируемое усилие, а рассчитываемый момент сил не будет отражать истинную жесткость регенерата. Целесообразность изучения именно осевой жесткости дистракционного регенерата обусловлена дальнейшим определением необходимой и достаточной тренирующей опорной нагрузки как во время дистракции, так и в период фиксации. Теоретическое обоснование методики определения жесткости дистракционного регенерата приведено в монографии Шевцова В.И., Немкова В.А., Скляра Л.В. «Аппарат Илизарова. Биомеханика» [12]. Авторами был разработан и сконструирован «очувствленный» аппарат Илизарова, в котором устанавливались датчики натяжения всех спиц, закрепленных в кольцах аппарата, и датчики сил компрессии-дистракции в соединительные стержни между кольцами. Зная показатели жесткости спиц на прогиб при различной степени их натяжения, геометрию системы «аппарат-кость», значения сил натяжения спиц и сил, возникающих между опорами аппарата, можно рассчитать жесткость фиксации свободных образцов костных фрагментов при осевых нагружениях. Таким образом, считывая показания датчиков натяжения всех спиц аппарата, датчиков силы дистракционных стержней с помощью последующего пересчета определяется зависимость осевого смещения костных фрагментов от приложенного усилия. При расположении упругого тела между костными фрагментами и приложении осевого компрессирующего усилия к ним часть данного усилия будет передаваться через упругое тело, часть будет «шунтироваться» аппаратом внешней фиксации. Изменение показаний датчиков натяжения спиц и датчиков дистракционных стержней при переходе системы «аппарат-сегмент» без нагрузки в состояние осевого нагружения позволяет рассчитать величину продольного смещения фрагментов, величину усилия, передаваемого упругим телом, иными словами, определить жесткость упругого тела, в нашем случае – дистракционного регенерата при выполнении опорных проб. В ходе экспериментальной апробации методики были подтверждены теоретические расчеты. Ошибка между расчетными и экспериментальными данными составила 4,4 %. К сожалению, данная методика не была использована в клинике для изучения жесткости дистракционных регенератов при удлинении конечностей. Вероятно, в клинических условиях большие трудности представляло снятие показаний с не менее чем с 11 датчиков, вмонтированных в аппарат, трех датчиков динамометрической платформы и их математическая обработка. Кроме того, очень сложно точно воспроизвести геометрию системы «аппарат-сегмент» в конкретной компоновке у пациента, участвующего в исследовании, что обусловливает большую погрешность в измерениях.
Подобный «очувствленный» аппарат Илизарова был разработан Голубевым Г.Ш. [4] и использовался для изучения напряженного состояния «аппарат-сегмент» в клинике при лечении переломов и удлинении конечностей, однако опорные пробы с определением жесткости дистракционного регенерата не проводились. Заслугой автора является то, что он рассматривал систему «аппарат-сегмент» и усилия, развиваемые в ней, в трехмерной системе координат, связанной с самим аппаратом.
В литературе удалось найти единственную публикацию о выполненном в клинических условиях исследовании по изучению жесткости дистракционного регенерата [28]. Работа Aarness G.T. с соавторами заключалась в проведении опорных проб пациентам, которым выполнялось удлинение голени с использованием аппарата Илизарова. На время проведения исследования обычные дистракционные стержни заменялись на соединительные штанги с вмонтированными датчиками усилий. При приложении к сегменту опорного усилия, величина которого регистрировалась с помощью напольных цифровых весов, одновременно снимались показания датчиков дистракционных усилий. Автор рассчитывал показатель отношения величины усилия, воспринимаемого аппаратом к величине опорного усилия на конечность, который косвенно характеризует жесткость дистракционного регенерата. Безопасным для демонтажа аппарата в плане возникновения рефрактур, деформации регенерата, автор считает величину этого показателя в 10 % и менее. Не имея возможности определить жесткость фиксации костных фрагментов аппаратом в клинических условиях, автор не ставил своей целью определение истинных значений жесткости регенерата. Используя полученные графики зависимости показателя отношения сил в аппарате к опорному усилию от времени, наименьший и наибольший показатели жесткости аппарата Илизарова (40 Н/мм и 115 Н/мм соответственно), автор теоретически рассчитал возможную динамику показателя осевой жесткости регенерата, диапазон которого варьировался от 0 до 10000 Н/м к моменту снятия аппарата. Активность формирования регенерата в значительной степени зависит от жесткости фиксации костных фрагментов, обеспечивающей тот или иной уровень их микроподвижности. Поэтому моделирование динамики жесткости регенерата в случае неизвестной жесткости фиксации аппарата является не вполне корректным. Кроме того, использовавшаяся методика измерения усилий имеет большую погрешность измерений, обусловленную неизбежным возникновением горизонтальной составляющей реакции опоры, развитием изгибающих моментов в дистракционных стержнях, в датчиках силы, что заметно искажает их показания.
По мнению Waanders N.A. и других исследователей, до настоящего времени глубинный механизм преобразования осуществляемого механического воздействия – дистракции в биологический ответ – новообразования костной ткани до конца не раскрыт [23]. В то же время вполне очевидно, что основным фактором, обеспечивающим активное течение дистракционного остеогенеза, является поддержание оптимальных показателей биомеханической системы «аппарат-сегмент». К этим показателям относятся в первую очередь жесткость фиксации костных фрагментов, определяющая уровень микроподвижности между ними, а также темп и ритм дистракции. Недостаточная стабильность фиксации обеспечивает избыточную подвижность костных фрагментов, что нарушает процесс регенерации костной ткани вплоть до его полной остановки. Особую важность имеет уровень жесткости фиксации при осуществлении функционального опорного режима конечности в процессе лечения переломов и удлинения нижних конечностей в аппарате внешней фиксации. Функциональная нагрузка конечности в процессе остеогенеза улучшает трофические процессы в тканях, препятствует развитию миогенных контрактур, выраженного остеопороза костных фрагментов, дозированные циклические нагрузки на регенерат оказывают стимулирующее воздействие на его формирование [5, 23, 34]. В экспериментальных работах показано, что деформация дистракционного регенерата при циклических нагрузках в пределах 14-15 % от его длины не нарушает активность его формирования при удлинении конечности [20, 23]. В практическом плане важно контролировать и дозировать опорно-функциональный режим конечности в некотором оптимальном диапазоне. Однако в настоящее время нет приемлемых методик определения напряженного состояния системы «аппарат-сегмент», а следовательно, и дозирования функционального опорного режима в практической ортопедии. Проблема в настоящее время состоит в том, что практически невозможно измерить жесткость фиксации костных фрагментов в уникальной компоновке системы «аппарат-сегмент» в каждом конкретном случае. Это обусловлено тем, что очень сложно точно воспроизвести геометрию этой системы: количество опор аппарата и их расположение относительно костных фрагментов, количество элементов чрескостной фиксации (спиц, стержней Шанца), их расположение относительно опор аппарата и костных фрагментов, степень натяжения спиц.
В настоящее время продолжаются теоретические разработки в построении более совершенной физической модели нагружения дистракционного регенерата [10, 11]. С.А. Русаков совершенствует методику построения математической модели «аппарат-сегмент» с целью изучения жесткости дистракционного регенерата в аппарате Илизарова, используя метод опорных проб. Однако реализация этой теоретической модели на практике опять же сдерживается невозможностью точного определения пространственной геометрии системы «аппарат-сегмент» в клинических условиях.
В последнее время в практической ортопедии получили распространение аппараты внешней фиксации, конструктивно основанные на платформе Гоха‒Стюарта [17, 33, 35]. Эти аппараты, имея гексаподную конструкцию, позволяют выполнять коррекцию положения костных фрагментов одновременно в трех плоскостях с шестью степенями свободы. При этом не требуется столь трудоемкий перемонтаж фиксаторов при выполнении поэтапной коррекции различных компонентов деформации, как это происходило при использовании аппарата Илизарова. Полный анализ деформации и расчет ее одноэтапного устранения выполняется с помощью компьютерных программ, необходимых для работы с аппаратом [37]. Данная конструкция также имеет принципиальное преимущество в плане измерения дистракционных усилий, расчета моментов сил, возникающих в аппарате. Дело в том, что в шести дистракционных стяжках аппарата (стратах) при его любых конфигурациях возникают усилия, направленные строго по их оси. Поэтому датчики, внедренные в них, ввиду отсутствия тангенциальных составляющих усилия будут регистрировать величину силы с наименьшей погрешностью. С помощью программного обеспечения производится расчет результирующего усилия в аппарате, его направление. Впервые исследования сил и их моментов, возникающих в аппарате при лечении переломов голени с использованием гексаподного аппарата, выполнил K. Seide в 2004 году [38]. В работе описывается методология и результаты изучения распределения сил между аппаратом и зоной костной мозоли при опорных пробах у 9 больных при лечении переломов и после выполнения корригирующих остеотомий. Та же компоновка аппарата позволяет выполнить измерения жесткости регенерата на изгиб и кручение. Автор убедительно показывает, что измерительный комплекс на основе аппарата гексаподной конструкции является наиболее точным и универсальным инструментом для проведения биомеханических исследований. Однако у данной методики, как признает сам автор, присутствует то же ограничение – невозможность определения осевой жесткости регенерата по той же причине – невозможности воспроизведения уникальной геометрии системы «аппарат-сегмент» в клинических условиях.
В настоящее время совершенствуются методы трехмерного моделирования системы «аппарат-сегмент» на основе рентгенографических изображений. Если программное обеспечение позволит точно воспроизводить пространственные взаимоотношения всех элементов системы «аппарат-сегмент» с их реальными размерами, то станет возможным изучение ее напряженного состояния в каждый конкретный момент. Представится возможность определения и контроля жесткости фиксации костных фрагментов и поддержание ее в оптимальном диапазоне. Станет возможным изучение жесткости формирующегося регенерата, его вязко-эластических характеристик на различных этапах лечения, что позволит определять и поддерживать оптимальный опорно-нагрузочный режим конечности в аппарате у каждого конкретного больного.
Иными словами, продолжение исследований в обозначенном направлении является, безусловно, перспективным, будет способствовать вскрытию глубинных закономерностей дистракционного остеогенеза и возможностью осознанного управления биомеханической системой «аппарат-сегмент» при лечении пациентов с использованием метода внешней фиксации.
Рецензенты:
Алейников А.В., д.м.н., профессор, руководитель Нижегородского регионального травматологического центра, ГБУЗ «Нижегородская областная клиническая больница имени Н.А. Семашко», г. Нижний Новгород;
Королев С.Б., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии, ГБОУ ВПО «Нижегородская медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Нижний Новгород.
