Гвоздь интрамедуллярный для высоких и низких переломов бедренной кости
- Авторы
- Резюме
- Файлы
- Ключевые слова
- Литература
Кауц О.А. 1 Барабаш А.П. 1 Иванов Д.В. 2 Барабаш Ю.А. 1 Гражданов К.А. 1 Русанов А.Г. 1
1 ФГБУ «СарНИИТО» Минздрава России
2 СГУ им. Н.Г.Чернышевского
Работа посвящена разработанному нами интрамедуллярному стержню для остеосинтеза внесуставных переломов верхней трети бедренной кости (патент РФ №146659), освещению конструктивных особенностей и эффективности его применения в травматологии и ортопедии. Для обьективного доказательства эффективности разработанного интрамедуллярного стержня была построена трехмерная модель стержня в системе автоматизированного проектирования SolidWorks и произведено изучение жёсткости и стабильности фиксации перелома в зависимости от разных типов нагрузок: осевой (700 Н), поперечной (100 Н) и скручивающей (10 Н) при подвертельном переломе бедренной кости (тип 32-1А). При исследовании стабильности системы «кость-фиксатор» выявлено, что при рассчитанных нагрузках разработанный интрамедуллярный стержень имеет достаточную жесткость и стабильность фиксации переломов проксимальной трети бедренной кости.
моделирование
бедренная кость
перелом
остеосинтез
интрамедуллярный стержень
1. Загородний Н. В., Жармухамбетов Е. А. Хирургическое лечение вертельных переломов бедренной кости // Рос. мед. журнал. – 2006. – № 2. – С. 18-19.
2. Интрамедуллярный стержень нового типа для остеосинтеза диафизарных переломов бедра / Д. В. Иванов, А. П. Барабаш, Ю. А. Барабаш // Российский журнал биомеханики. – 2015. – Т. 19, № 1. – С. 52-64.
3. Исходы интрамедуллярного остеосинтеза околосуставных переломов проксимального отдела бедренной кости / О. А. Кауц, Ю. А. Барабаш, А. П. Барабаш [и др.] // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 10 (3). – С. 484-487.
4. Котельников Г. П. Новое в хирургическом лечении переломов вертельной области у лиц пожилого и старческого возраста / Г. П. Котельников, А. Е. Безруков, А. Г. Нагота // Вестник травматологии и ортопедии им. H. H. Приорова. – 2000. – № 4. – С. 13-17.
5. Лечение больных пожилого и старческого возраста с вертельными переломами проксимального отдела бедренной кости / А. Г. Русанов, А. П. Барабаш, О. А. Кауц [и др.]. // Медицинский альманах. – 2012. – № 5 (24). – С.157-160.
6. Лечение переломов проксимального отдела бедренной кости на фоне остеопороза / А. Ф. Лазарев, Э. И. Солод, А. О. Рагозин, М. Г. Какабадзе // Вестник травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. – 2004. – № 1. – С. 27-31.
7. Современное состояние проблемы лечения больных с внесуставными переломами проксимального отдела бедренной кости (обзор литературы) / Р. М. Тихилов, А. Ю. Кочин, А. Н. Мироненко [и др.] // Травматология и ортопедия России. – 2009. – № 4 (54). – С. 113.
8. Сравнительный анализ различных методов лечения больных с переломами вертельной области бедренной кости / В. М. Шаповалов [и др.] // Травматология и ортопедия России. – 2006. – № 2 (40). – С. 326.
9. Чрескостный остеосинтез переломов вертельной области бедренной кости у пациентов пожилого и старческого возраста. / А. И. Городниченко, В. Н. Боровков, О. Н. Усков, Г. В. Сорокин // Травматология и ортопедия России. – 2006. – № 2. – С. 83.
10. Proximal fracture of the femur in elderly patients. The influence of surgical care and patient characteristics on post-operative mortality / F. Geiger, K. Schreiner, S. Schneider et al. // Der Orthopede. 2006. №35 (6). Р. 651-657.
Проблема хирургического лечения внесуставных (околосуставных) переломов проксимальной трети бедренной кости продолжает оставаться актуальной для травматологов-ортопедов. Это обусловлено, прежде всего, тем, что по данным разных авторов, частота их в настоящее время составляет от 9 % до 45 % в структуре повреждений опорно-двигательного аппарата и от 20 до 38 % от всех переломов бедра [1,7]. Остеопоретические изменения костей скелета после 60-ти лет достигают 72 %, что обуславливает истончение кортикального слоя костей и приводит к хрупкости кости и переломам даже при незначительной травме [6]. Консервативное лечение утратило свою актуальность в связи с неудовлетворительными результатами в 70-75 % наблюдений [4,5]. Однако, несмотря на использование активной хирургической тактики, неудовлетворительные исходы лечения наблюдаются у 16-40,1 % больных [8]. Улучшение исходов лечения больных, повышение социальной адаптации и качества их жизни являются основной задачей, стоящей перед хирургами.
Каждый вид остеосинтеза (чрескостный, накостный и интрамедуллярный) активно применяется в клинике, и у каждого имеются как преимущества, так и недостатки перед другими. Оптимальной выбор вида остеосинтеза и типа фиксатора определяет не только исходы лечения пациентов, но и качество их жизни [9,10].
В настоящее время наибольшую популярность среди хирургов приобрёл интрамедуллярный остеосинтез с блокированием. Известны различные конструкции интрамедуллярных устройств для остеосинтеза проксимального отдела бедренной кости (авторские свидетельства SU на изобретения №662082, №405543, 1595494, патент RU на изобретение №2289351), а также интрамедуллярных устройств, широко используемых в нашей стране, выпускаемых зарубежными производителями (PFN, PFN-A, Gamma Nail, Affixus). Все они имеют схожую конструкцию, включающую протяженный цилиндрообразный корпус и блокирующие элементы фиксации. Среди преимуществ выделяют малоинвазивность метода, возможность осуществления остеосинтеза закрыто, возможность применения при многооскольчатых переломах подвертельной области, при застарелых переломах и псевдоартрозах, высокую прочность фиксации, обеспечивающую раннюю мобильность пациентов [2,3].
Решение проблемы видится нам в совершенствовании конструкций для остеосинтеза, использовании малоинвазивных методик, сокращении времени операции за счёт упрощения и уменьшения её этапов, а при наличии застарелых или несросшихся переломов использование методов стимуляции остеогенеза.
Цель исследования. Улучшение лечения пациентов с околосуставными переломами верхней трети бедренной кости за счёт использования разработанного интрамедуллярного стержня.
Материалы и методы
При разработке нового интрамедуллярного устройства ставились задачи избежать неудобства укладки пациента и трудоёмкости репозиции перелома, упростить подходы к введению стержня, исключить внутрисуставное введение блокирующих элементов, уменьшить число этапов оперативного вмешательства и тем самым сократить время пребывания пациента на операционном столе.
Рис. 1. А – общий вид интрамедуллярного устройства, Б – вид устройства, установленного в бедренную кость
Разработанное интрамедуллярное устройство для остеосинтеза околосуставных переломов верхней трети бедренной кости состоит из протяженного цилиндрообразного корпуса. Проксимальный конец корпуса выполнен изогнутым под углом порядка 20-30° к продольной оси устройства. Корпус выполнен с плавно увеличивающимся до 1,5-2 раз диаметром в сторону проксимального конца на протяжении 1/3 длины устройства. Со стороны проксимального конца расположен сквозной косопоперечный канал, через который вводится стержень-шило для проксимальной блокировки устройства. Сквозной косопоперечный канал расположен под углом 40-45° к продольной оси корпуса и соединен с его центральным каналом. В дистальном конце стержня предусмотрены поперечные каналы для обеспечения дистального блокирования устройства.
Возможность смещения точки введения устройства на область большого вертела за счет изгиба проксимального конца корпуса и выполнения косопоперечного канала под определенными углами к продольной оси устройства упрощает процесс установки стержня-шила и устройства в костномозговой канал бедренной кости. Стержень-шило выполняет роль проксимального блокирующего элемента и одновременно винта-заглушки, что уменьшает число разборных деталей устройства и снижает трудоемкость хирургического вмешательства, а также экономит время его проведения. Конструктивные особенности выполнения блокирующего элемента в виде стержня-шила позволяет осуществить дополнительную компрессию по линии перелома при его упоре на дугу Адамса, являющейся наиболее прочной зоной бедренной кости, за счет перемещения корпуса устройства в краниальном направлении, что способствует уменьшению диастаза между фрагментами перелома, и ускорению сроков формирования костного регенерата.
Для подтверждения жёсткости и стабильности фиксации перелома разработанным интрамедуллярным фиксатором было проведено исследование напряженно-деформированного состояния системы кость-фиксатор при разных типах нагружений.
При моделировании предполагалось, что имплантаты изготовлены из нержавеющей стали с модулем Юнга 1.93∙1011 Па и коэффициентом Пуассона 0.33. Разброс модулей упругости костной ткани достаточно велик. Это объясняется различием в методах исследования, способом подготовки образцов и т.п. Тем не менее большинство исследователей приходят к выводу, что модуль упругости трабекулярной кости на 20-30 % ниже модуля упругости кортикальной кости. Механические параметры трабекулярного и кортикального слоев были взяты из литературы. Считалось, что материалы фиксаторов и костной ткани являлись изотропными идеально-упругими. Такое предположение оправдано и используется другими авторами, когда проводится сравнительный анализ различных имплантатов с точки зрения механики. При расчетах учитывались большие деформации, которые могут возникать как в костной ткани, так и в фиксаторах, то есть постановка задачи включала геометрическую нелинейность.
Численные расчеты проводились в системе Ansys (ANSYS, Inc.) 15.0 с использованием среды Workbench. Решались статические задачи о нагружении систем кость-фиксатор тремя типами нагрузок, прикладываемых к головке кости. Дистальный конец кости жестко закреплялся. При постановке и решении задач о взаимодействии костных отломков и фиксаторов между ними учитывалось контактное взаимодействием без трения. Резьба винтов не моделировалась. Между блокирующими винтами и костными отломками задавался контакт типа «bonded», исключающий их взаимное перемещение и скольжение.
Трехмерная модель стержня с проксимальным блокирующим винтом-шилом была построена на основе чертежей и текстового описания патента РФ №146659 «Интрамедуллярное устройство для остеосинтеза переломов верхней трети бедренной кости» в системе автоматизированного проектирования SolidWorks.
Основные размеры стержня, его внешний вид показаны на рисунке 2.
Рис. 2. А – линейные размеры и углы модели предлагаемого стержня, Б – трехмерное изображение проксимальной части модели стержня
Длина стержня составила 170 мм, диаметр в дистальном отделе 9 мм, диаметр проксимального торца равнялся 16 мм.
Этот стержень применим для остеосинтеза следующих типов переломов по классификации АО: межвертельные переломы (31-А3), высокие подвертельные переломы (32-А1).
Результаты и их обсуждение. Произведён расчет статических задач теории упругости, описывающих контактное взаимодействие систем кость-фиксатор при трех видах нагрузок: осевая (700 Н), поперечная (100 Н) и скручивающая (10 Н) при подвертельном переломе (тип 32-1А). Приведем результаты для напряженно-деформированного состояния системы кость-стержень разработанного интрамедуллярного фиксатора при трех исследованных нагрузках (рисунок 3).
Рис. 3. Поля перемещений для разработанного интрамедуллярного стержня трех рассмотренных нагрузок (слева-направо: осевая, поперечная сила и скручивающий момент)
При анализе максимального перемещения костных отломков для каждого вида нагрузки можно отметить достаточную стабильность перелома при осевой и поперечной нагрузках (1,4 и 2,3 мм соответственно). В случае скручивающего момента максимальные перемещения головки бедра для нового стержня составляют 1,1 мм.
Далее были проанализированы эффективные напряжения, возникающие в анализируемом интрамедуллярном стержне (рисунок 4).
Рис. 4. Эффективные напряжения в интрамедуллярном стержне с проксимальным винтом-шилом (слева-направо: осевая сила, поперечная сила, скручивающий момент)
При анализе эффективных напряжений можно отметить следующие закономерности. Для исследуемого нового интрамедуллярного стержня наибольшие напряжения обнаруживаются на блокирующих винтах, а также в теле стержня. Максимальные эффективные напряжения выявлены при скручивающей нагрузке и составили 557 Мпа. При осевой и поперечной нагрузке максимальные напряжения составили 443 Мпа и 295 Мпа соответственно.
Выводы
1. Компьютерное трёхмерное моделирование с использованием специализированных программных продуктов оказывает значительную помощь в определении стабильности и жёсткости фиксации вновь предлагаемых металлоконструкций для остеосинтеза переломов.
2. При анализе цифровых данных, полученных в результате компьютерного трёхмерного моделирования и исследования стабильности системы «кость-фиксатор», выявлено, что при рассчитанных нагрузках разработанный интрамедуллярный стержень имеет достаточную жесткость и стабильность фиксации переломов проксимальной трети бедренной кости и после прохождения сертификации может быть рекомендован для использования к клинической практике.
Библиографическая ссылка
Кауц О.А., Барабаш А.П., Иванов Д.В., Барабаш Ю.А., Гражданов К.А., Русанов А.Г. ИНТРАМЕДУЛЛЯРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ ДЛЯ ОСТЕОСИНТЕЗА ВНЕСУСТАВНЫХ ПЕРЕЛОМОВ ВЕРХНЕЙ ТРЕТИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 2.;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=24390 (дата обращения: 28.05.2021).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)
Источник
Переломы проксимального отдела бедренной кости являются одними из наиболее часто встречающихся переломов в пожилом и старческом возрасте. Согласно прогнозам, к 2025 г. в мире ежегодное количество наблюдений переломов проксимального отдела бедренной кости составит 2,6-3,94 млн, а к 2050 г. увеличится до 4,5-6,3 млн [4, 7]. За более чем 20-летний период с момента внедрения в широкую хирургическую практику для лечения перелома вертельной области бедренной кости коротких интрамедуллярных фиксаторов последние претерпели множество усовершенствований. Первым фиксатором, состоящим из короткого интрамедуллярного гвоздя и проксимального блокирующего винта большого диаметра, введенного ретроградно в шейку бедренной кости, был Гамма-гвоздь фирмы «Howmedica» (сейчас «Stryker») [5, 9]. Преимуществами перед скользящим бедренным винтом являлись минимально инвазивный доступ и лучшая биомеханическая фиксация перелома [1, 2]. В 2005 г. фирмой «Smith&Nephew» был предложен фиксатор TRIGEN INTERTAN (рис. 1),
Рисунок 1. Фиксатор TRIGEN INTERTAN («Smith&Nephew»). в конструкции которого нашли отражение современные требования к интрамедуллярным гвоздям для лечения перелома проксимального отдела бедренной кости [13, 15]. Основными отличиями нового фиксатора являлись два интегрированных винта, введенных в шейку и головку бедренной кости, которые уменьшали неконтролируемое послеоперационное укорочение шейки бедренной кости и ее прорезывание одним шеечным элементом с развитием варус-коллапса (рис. 2, а), Рисунок 2. Осложнения интрамедуллярного остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости. а – прорезывание винта. предотвращали ротационные смещения головки (рис. 2, б) Рисунок 2. Осложнения интрамедуллярного остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости. б – ротационное смещение. или возможного при введении двух раздельных шеечных элементов Z-эффекта (рис. 2, в). Рисунок 2. Осложнения интрамедуллярного остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости. в – Z-эффект. Трапециевидная форма проксимального отдела гвоздя обеспечивала дополнительную стабильность и устойчивость к варус-коллапсу, а расщепленная форма дистального конца помогала предотвратить околопротезные переломы бедренной кости и уменьшить болевой синдром, вызванный избыточным давлением на стенку костномозгового канала со стороны дистального конца гвоздя [3, 10].
Цель настоящего исследования – анализ результатов лечения перелома вертельной области бедренной кости у больных старшей возрастной группы, которым была выполнена операция интрамедуллярного остеосинтеза перелома фиксатором фирмы «Smith&Nephew».
За период с 2010 по 2012 г. в Центральной клинической больнице с поликлиникой Управления делами Президента РФ были оперированы 45 больных старшей возрастной группы с переломом вертельной области бедренной кости, которым был выполнен интрамедуллярный остеосинтез перелома фиксатором фирмы «Smith&Nephew», из них у 34 (75,6%) на фоне сопутствующего остеопороза. Показаниями к остеосинтезу являлись переломы вертельной области бедренной кости типов 31 А1, А2 и А3 по классификации АО/ASIF (Ассоциация остеосинтеза, Швейцария) [12]. Средний возраст больных с переломом вертельной области бедренной кости составил 87,6 года.
Фиксатор обладает необходимой стабильностью и способен обеспечить достаточную жесткость остеосинтеза на весь период лечения. Также следует отметить, что интрамедуллярный гвоздь позволяет использовать преимущества закрытой методики внутрикостного остеосинтеза, заключающиеся в отсутствии необходимости обнажения места перелома, безопасности, а также в минимальной травматизации мягких тканей и кости, что предотвращает дополнительное нарушение кровообращения и развитие инфекционных осложнений [6, 8, 14].
Применение интрамедуллярного остеосинтеза позволяло осуществлять оперативное вмешательство в максимально ранние сроки после поступления больных в стационар, что значительно улучшало результаты лечения и снижало возможные послеоперационные осложнения. В пред- и послеоперационном периоде с целью профилактики тромбоэмболических осложнений всем больным назначали низкомолекулярные гепарины и эластичное бинтование нижних конечностей. Кроме того, всем больным выполняли цветовое дуплексное сканирование глубоких вен нижних конечностей для выявления тромбов. В нашей клинике распространены методы эпи- и перидуральной анестезии, что позволило у больных старшей возрастной группы избежать гиповентиляционных осложнений и психических нарушений в раннем послеоперационном периоде. Комплексное лечение больных старшей возрастной группы с сопутствующим остеопорозом включало применение препаратов кальция, витамина D3 и группы бисфосфанатов, что способствовало не только ускорению реабилитации, но и профилактике новых переломов другой локализации [11]. В послеоперационном периоде для достижения благоприятного результата лечения основное внимание уделяли лечебной физкультуре и реабилитационным мероприятиям. С первого дня после операции проводили упражнения по изометрическому напряжению четырехглавой мышцы бедра оперированной конечности, начинали пассивные движения в тазобедренном и коленном суставах с увеличением их амплитуды в последующие дни по мере снижения интенсивности болевого синдрома. Все больные старшей возрастной группы занимались по разработанной в клинике специальной программе физических упражнений, направленной на ускоренное восстановление, что позволило сократить сроки реабилитации и улучшить качество жизни больных в послеоперационном периоде.
Интраоперационная летальность и послеоперационные осложнения у наблюдавшихся нами больных отсутствовали. Средняя продолжительность операции составила 30 мин, средняя кровопотеря – 80 мл. В связи с минимальной кровопотерей во время операции не было необходимости в переливании препаратов крови и кровезаменителей. Дополнительной внешней иммобилизации после операции не требовалось. Большинство оперированных пациентов отмечали исчезновение или значительное уменьшение болевого синдрома, что дало им возможность в ближайшие дни после операции самостоятельно себя обслуживать и восстановить опороспособность конечности. Больных выписывали на амбулаторное лечение через 10-12 дней после операции.
Для оценки исходов лечения мы использовали клинические и рентгенологические данные обследования больных до и после операции. Сроки наблюдения составили от 6 мес до 3 лет с момента операции. Отдаленные результаты изучены у 35 (77,8%) человек. При анализе результатов мы использовали шкалу Харриса, по которой отличный результат (более 90 баллов) получен у 12 (34,3%), хороший (80-89 баллов) – у 14 (40%) и удовлетворительный (70-79 баллов) – у 9 (25,7%) человек. Неудовлетворительных результатов не было.
Применение при переломах вертельной области бедренной кости интрамедуллярного фиксатора обеспечило сокращение продолжительности оперативного вмешательства и интраоперационной кровопотери и дало возможность начать раннюю активизацию больных в послеоперационном периоде с восстановлением опороспособности поврежденной конечности. Фиксатор позволил в максимально короткое время после травмы создать стабильный остеосинтез перелома, что способствовало предотвращению развития шока и снижению числа тромбоэмболических осложнений. На основании нашего опыта лечения больных старшей возрастной группы с переломом вертельной области бедренной кости можно утверждать, что метод интрамедуллярного остеосинтеза может быть применен у пострадавших с чрез-, меж- и подвертельными переломами бедренной кости, но особенно показан больным пожилого и старческого возраста, а также долгожителям с тяжелыми сопутствующими заболеваниями и выраженным остеопорозом. Стабильный остеосинтез вертельных переломов бедренной кости позволил сократить сроки пребывания больных в стационаре, уменьшить период реабилитации и повысить качество жизни больных в послеоперационном периоде.
Для иллюстрации полученных результатов приводим клиническое наблюдение.
Больная Н., 90 лет, была доставлена в стационар через 1 ч после травмы. После клинического и рентгенологического обследования установлен диагноз: чрезвертельный перелом правой бедренной кости со смещением отломков или по классификации АО/ASIF – 31А2 (рис. 3, а).
Рисунок 3. Рентгенограммы левого тазобедренного сустава больной Н., 90 лет, до операции (а). Через 2 дня после поступления произведен интрамедуллярный остеосинтез перелома (рис. 3, б). Рисунок 3. Рентгенограммы левого тазобедренного сустава больной Н., 90 лет, после интрамедуллярного остеосинтеза (б). Пациентка выписана на амбулаторное лечение через 10 дней после операции с дозированной опорой на правую ногу (рис. 3, в). Рисунок 3. Рентгенограммы левого тазобедренного сустава больной Н., 90 лет, также внешний вид больной через 9 дней после операции (в).
Таким образом, на основании нашего опыта хирургического лечения переломов вертельной области бедренной кости в старшей возрастной группе можно сделать заключение, что применение интрамедуллярного фиксатора дает возможность избавить больных от боли, вернуть опороспособность, и полностью восстановить функцию оперированной конечности. При переломе вертельной области бедренной кости оперативное вмешательство следует проводить в экстренном порядке и создавать стабильный остеосинтез костных отломков в анатомически правильном положении. Применение интрамедуллярного остеосинтеза при вертельных переломах бедренной кости позволяет получить у большинства больных (74,3%) отличные и хорошие результаты при неукоснительном соблюдении методики операции и проведении восстановительного лечения. Использование современных малотравматичных фиксаторов сокращает сроки стационарного лечения, период реабилитации, улучшая качество жизни больных и возвращая их к активной жизнедеятельности. Результаты исследования позволяют рекомендовать современный фиксатор фирмы «Smith&Nephew» для лечения больных с переломом вертельной области бедренной кости, особенно пострадавших старшей возрастной группы с сопутствующим остеопорозом.
Разработанная в клинике специальная программа физических упражнений, направленная на ускоренную реабилитацию больных старшей возрастной группы, позволила сократить сроки восстановления, улучшить качество жизни больных в послеоперационном периоде и вернуть их к прежней жизнедеятельности.
Источник