Автореферат и диссертация по медицине (14.00.22) на тему:Хирургическое лечение тяжелых повреждений костей стопы на основе биомеханической концепции фиксации отломков

При лечении тяжелых открытых повреждений костей стопы (колотые, рубленные, размозженные, раздавленные, рваные, огнестрельные раны) различными методами лечения учитывались многие факторы, за исключением биомеханических свойств отломков, что и является одной из причин нестабильности при их фиксации и осложнений. За прошедшие 4 десятилетия в области лечения переломов были достигнуты значительные успехи разработками ученых в России (А.В. Каплана, Г.А. Илизарова, К.М. Сиваша, И.Г. Гришина, О.Н. Гудушаури, В.П. Охотского, М.В. Волкова, О.В. Оганесяна, Н.Е. Махсон, Д.И. Черкес-Заде и многих других), а также AO/ASIF были выработаны новые принципы лечения переломов обосновывающих тактику лечения открытых повреждений (1,9,11,41,209,220,396). Появились новые методы накостного, внутрикостного и чрескостного остеосинтеза (76,115,227,232,257,266). Однако, согласно последним статистическим данным, процент тяжелых осложнений после проведенного лечения остается высоким 10,2 - 80.5% (43,160,195,196,208,209, 343,346,355).

В стопе 28 костей и 57 суставов (145,219,288). Переломы костей стопы встречаются часто и составляют 10 — 10.6 % от всех переломов. Из них 0,6% составляют тяжелые повреждения стопы (10,15,141,193,213). Частота переломов плюсневых костей достигает 2-2,7% от общего числа переломов и 2564,1% переломов костей стопы. На некоторых промышленных предприятиях эти переломы составляют от 25 до 30% травм, на них приходится более 1/3 дней нетрудоспособности в связи с производственной травмой. Переломы пяточной кости составляют до 4-5% от общего числа повреждений (16,134,194). Переломы таранной кости составляют около 1.5 % (292), переломы клиновидных, ладьевидной и кубовидной костей составляют около 1.2 % от общего числа повреждений костей стопы (178,123,221,230, 233, 59, 246,250,258,282,291).

Оптимальное лечение переломов остается предметом споров. Как консервативное, так и оперативное лечение часто приводят к серьезным осложнениям, причиной чему служит неадекватная репозиция и нестабильная фиксация (22,78,151,152,153,158,159,408,409,298).

Лечение тяжелых переломов костей стопы, не отвечающее требованиям биомеханической концепции фиксации отломков становится причиной неправильно сросшихся переломов, ложных суставов, болевого синдрома ограничения в движении в суставах стопы и голеностопного сустава, потери силы, и в результате инвалидность становится неизбежной. Нередко неправильное лечение тяжелых переломов костей стопы ведет к сосудистонервному поражению, ишемической контрактуре, к грубой деформации и к потере функций (7,34,44,67,154,156,157,217,390). Лечение несросшихся переломов и ложных суставов становится сложным и зачастую требует одного или более хирургических вмешательств с продолжительным периодом излечения и не исключают серьезных осложнений. Некоторые несросшиеся переломы не поддаются лечению и часто после многократных хирургических вмешательств все же не срастаются. Одна из главных хирургических проблем - это отсутствие адекватной стабильной фиксации (2,12,38, 106,153, 157,172,218,359).

Различные виды лечения переломов костей стопы, которые, довольно часто не обеспечивают стабильный остеосинтез, широко обсуждались на различных конференциях и в печати, где отмечалось сложность лечения обширных ран мягких тканей (175,17,37,97,246,307,420).

Повышение степени стабильности остеосинтеза на наш взгляд улучшает иммобилизацию поврежденной конечности, снижая при этом взаимную подвижность мягких тканей и отломков, что улучшает возможность регенерации.

Накостный остеосинтез требует значительного обнажения с возможным риском занесения инфекции и повреждения сосудов, нервов и надкостницы, что снижает жизнеспособность костного отломка (6, 58,181,158,239,348,391).

Учет вышеуказанных недостатков и усовершенствование различных аппаратов внешней фиксации дают уверенность в том, что можно провести успешное лечение с применением чрескостного остеосинтеза. Преимущество чрескостного остеосинтеза состоит в том, что он включает возможность достижения стабильной фиксации, прогрессивной репозиции в случае вторичного смещения и постепенной компрессии зоны перелома (4,18,73,143,158,159,223,400,408.409). Также не требуется обширного доступа к зоне перелома, вследствие чего значительно снижается риск поражения сосудов, нервов и повреждения мягких тканей, сохраняются функции суставов стопы и голеностопного сустава во время лечения (25,59,100,243).

Фиксация отломков костей стопы без учета биомеханической концепции фиксации отломков, в том числе и при чрескостном остеосинтезе не всегда бывает стабильной (23,57,149,151,153,158,205,233,402). Для того чтобы добиться стабильной фиксации, необходимо изучить биомеханические параметры каждого отломка у конкретного больного (31,121,278,408,408,409.).

В ходе научных исследований И.М. Пичхадзе была разработана биомеханическая концепция диагностики и лечения переломов костей скелета. Каждый перелом отдельно взятой кости состоит из 2-х, 3-х, или большего количества отломков. Согласно биомеханической теории, каждый отломок любой кости имеет определенные размеры и может обладать рычаговыми свойствами или не обладает таковыми.

Установить, имеет ли свойства рычага тот или иной отломок, можно с помощью следующей формулы: Q пред. (у) = (Р • d • L) / (2 (L - у) у).

Биомеханический подход к анализу характера переломов позволяет создать предпосылки к разработке метода, оценки критериев, анализа степени стабильности фиксации отломков любым способом лечения. Подобная оценка может явиться методом выбора при проведении сравнительного анализа по стабилизирующим возможностям различных фиксаторов по отношению к каждому конкретному случаю переломов костей стопы. В процессе использования различных сборок и компоновок аппаратов чрескостного остеосинтеза необходимо знать, каким образом взаимодействуют между собой отломки, а также отломки и фиксаторы.

В исследованиях других авторов, рычаговые свойства отломков при тяжелых переломах костей стопы не рассматривались, внимание уделялось лишь прочностным характеристикам фиксаторов, используемых при лечении переломов (63,93,163,202,250,306).

В настоящей работе планировалось исследование рычаговых свойств отломков на основе биомеханической теории фиксации отломков.

Главной задачей анализа тяжелых переломов костей стопы является изучение отрицательно воздействующих рычаговых свойств отломков на их неподвижность в зоне перелома, а также выявление и предупреждение связанных с этим последствий.

Экспериментальное исследование проводилось на Zwick аппарате.

Цель эксперимента заключалась в следующем:

1) Изучение степени стабильности отломков при тяжелых переломах костей стопы с биомеханической точки зрения. Эти данные математически обработаны и представлены в виде графиков.

2) Эксперименты проводились на свежевываренных костях стопы человека. Предполагалось построение создания моделей переломов с учетом биомеханической классификации переломов, а также выполнение фиксаций последних с помощью различных компоновок в аппарате Илизарова, который использован согласно биомеханическим требованиям, и без их учета.

3) Воздействие рычаговых свойств отломков на их неподвижности в зоне перелома после фиксации (экспериментально).

В зависимости от характера перелома используются различные компоновки элементов крепления (спиц, стержней, винтов и т.д.) для остеосинтеза. С учетом пространственной жесткости фиксации отломков отработаны наиболее эффективные варианты компоновок фиксации.

Проведено 19 серий экспериментальных исследований костей стопы, каждая из которых содержит испытаний и соответствовали изолированным и множественным повреждениям; монофокальным - безрычаговым, одно- и двухрычаговым и полифокальным переломам.

В данном исследовании проанализированы различные способы компо новки фиксации отломков различных видов чрескостного остеосинтеза на основе разработанной профессором И.М. Пичхадзе биомеханической концепции фиксации отломков.

Биомеханический подход позволяет разработать научно-обоснованные практические рекомендации для лечения переломов костей стопы.

Анализ характера переломов, согласованный с положениями биомеханической концепции, позволяет сформировать предпосылки к разработке метода определения степени стабильности фиксации отломков при любом способе лечения.

После сравнительного анализа стабилизирующих возможностей различных фиксаторов указанный метод позволяет выбрать наиболее подходящий фиксатор в каждом конкретном случае перелома костей стопы.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Целью данного исследования является экспериментальное и клиническое обоснование биомеханических принципов фиксации отломков при тяжелых переломах костей стопы.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1. Проанализировать различные виды переломов костей стопы и принципы фиксации отломков по данным литературы.

2 Изучить рентгенологическую характеристику тяжелых переломов костей стопы на основе биомеханической классификации.

3. Экспериментально обосновать особенности лечения переломов костей стопы с учетом биомеханических свойств отломков.

4. Разработать биомеханически обоснованные принципы фиксации отломков методом чрескостного остеосинтеза при переломах костей стопы на основе анализа лечения больных с различными видами переломов.

5. Изучить причины ошибок и осложнений на основе биомеханических принципов фиксации отломков.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Впервые в эксперименте на основе биомеханической концепции фиксации отломков разработаны и обоснованы принципы адекватного стабильного остеосинтеза при тяжелых переломах костей стопы. Анализ результатов лечения больных с различными тяжелыми переломами костей стопы методом чрескостного остеосинтеза позволил в клинических условиях подтвердить улучшение консолидации переломов при соблюдении принципов биомеханической концепции фиксации отломков. Впервые в данной работе представлен результат лечения больных аппаратами внешней фиксации, компоновка которых проводилось с учетом биомеханической концепции фиксации отломков.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Практическая значимость работы, прежде всего, определяется данными экспериментальных исследований, которые позволили уточнить биомеханические характеристики каждого отломка при переломах костей стопы.

Клиническое применение биомеханически обоснованных принципов лечения на значительном количестве наблюдений больных показало эффективность данного подхода к лечению больных с переломами костей стопы. Это позволило сохранить конечность при повреждениях стопы даже в условиях наличия гнойной' инфекции. Разработаны, биомеханически обоснованы принципы лечения больных с тяжелыми повреждениями костей стопы для практического здравоохранения. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Работа основана на наблюдении 45 больных с тяжелыми переломами костей стопы, лечившихся в ЦИТО им. Приорова. Были использованы следующие методы: математические моделирования, экспериментальные, клинические, КТ исследования, рентгенологические и биомеханические методы исследования.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 1. Экспериментально обоснованы особенности фиксации переломов костей стопы с учетом биомеханических свойств отломков.

2 Экспериментально определено воздействие рычаговых свойств отломков при тяжелых переломах костей стопы на их неподвижность в зоне перелома.

3. Математически выявлен предел прогиба (амортизационные свойства) стопы.

4. Применение в клинической практике биомеханически обоснованных принципов фиксации отломков, при переломах костей стопы методом чрескостного остеосинтеза доказало их эффективность.

5. Проведенный анализ причин ошибок и осложнений показал положительные и отрицательные стороны биомеханических принципов фиксации отломков костей стопы в каждом конкретном случае.

ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ. Диссертационная работа доложена на заседании, проблемной комиссии № 2, затем на заседании Ученого совета 24 09 2002 года. "Травматические проблемы спортивной и балетной травмы, научные основы организации травматологической помощи" ФГУ ЦИТО им. Н.Н. Приорова Росздрава.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация изложена на 199 страницах (текстовая часть 185 страниц), содержит введение, 5 главы, заключение, выводы и приложение. Список литературы состоит из 243 источника на русском и 108 на иностранном языке. Диссертация иллюстрирована 57 таблицами, 27 графиками и 42 рисунками.

ВЫВОДЫ

L Биомеханическая классификация тяжелых переломов костей стопы способствует выбору оптимального способа остеосинтеза и необходимое число, уровней фиксации отломков в каждом конкретном случае.

2 Теоретически, математически и на основе экспериментальных исследований определена зона «предел прогиба» от однорычагового перелома к двухрычаговому, с биомеханической точки зрения для костей заднего отдела стопы, которая располагается на расстоянии равном в среднем 46.2% от общей длины кости.

3. Краевые переломы костей стопы являются безрычаговыми, если линия излома не пересекает ось кости, отломки не обладают рычаговыми свойствами, поэтому для прочной фиксации достаточно создать компрессию между отломками и основной частью кости элементами фиксации (спицами, стержнями).

4. Все двухрычаговые переломы костей стопы должны фиксироваться на двух уровнях. При подобной фиксации отломок выдерживает нагрузку до 240Н. Надежная фиксация достигается в том случае, если расстояние между двумя уровнями фиксации равняется 50% и более от общей длины отломка. Угол перекреста спиц при фиксации одного отломка на двух уровнях не имеет принципиального значения в случае надежного их натягивания.

5. С биомеханической точки зрения костные фрагменты, размеры которых по ширине больше полуокружности кости в месте перелома; меньшие по размеру фрагменты можно отнести к осколкам. При переломах с наличием отломка по типу «бабочки» в плюсневых костей линия излома проходит на двух уровнях. Такие переломы с точки зрения биомеханики являются полифокальными. Как проксимальный, так и дистальный отломок должен фиксироваться на двух уровнях.

6. Один "уровень фиксации" обеспечивается двумя элементами фиксации, расположенных под углом 90°. Если же элементы фиксации невозможно провести под углом 90°, в этом случае необходимо создание дополнительной точки фиксации для обеспечения стабильности.

7. Основная причина ошибок и серьезных осложнений заключается в отступлении от биомеханических принципов фиксации отломков костей стопы. Постановка верного диагноза с учетом биомеханической классификации и определение количества уровней фиксации в каждом конкретном случае лежит в основе избежания ошибок и профилактики осложнений:

8. Ретроспективный анализ наблюдений застарелых повреждений костей стопы показал, что основной причиной осложнений было отсутствие адекватного, биомеханически обоснованного подхода в выборе фиксатора в каждом конкретном случае перелома.

9. Соблюдение принципов биомеханической концепции фиксации отломков позволило достигнуть благоприятных результатов лечения больных с повреждениями костей стопы в 97% случаев. публикации

1. «Аппарат И.М. Пичхадзе для монополярной и полиполярной фиксации костных фрагментов и его новые конструктивные особенности» // (Тезисы докладов, 13 научно-практическая конференция SICOT, стр. 112-114, Санкт-Петербург, 2002г.) (Пичхадзе И.М., Рахимов Д.С., Яковлев П.А.).

2. «Внедрение информационных технологий в сфере производства. Этапы жизненного цикла» и «Информационные технологии в сфере медицины, психологии и этики» // В рамках международной конференции "CAD/C AM/PDM-2003 "

Пичхадзе И.М., Яковлев П.А., Бардеев А.Ю., Рахимов Д.С., Раджабов Т.О.).

3.«Биомеханические основы остеосинтеза переломов костей и конечностей и компьютерные технологии» // Сборник научных докладов "Информационные технологии в производстве, медицине, психологии и этике", М., 2003 г. стр. 71-78 ( Пичхадзе И.М., Бардеев А.Ю., Раджабов Т.О., Рахимов Д.С., Яковлев ПЛ.).

4.«Новые конструкции для накостно-подкожного и чрескостного остеосинтеза». // Тезисы докладов международного конгресса. // «Современные технологии в травматологии и ортопедии: Ошибки и осложнения - профилактика, лечение», Москва,2004, стр. 129. (И.М. Пичхадзе., Д.С. Рахимов., А.В. Цискарашвили., К.А. Кузьменков).

5. «Биомеханическая концепция фиксации отломков как руководство к определению тактики остеосинтеза-компоновки фиксатора». // Сборник научных докладов// Центр управления полетами. Информационные технологии современного бизнеса//. Москва, 2004г.(Пичхадзе P.M., Рахимов Д.С., Цискарашвили А.В., Кузьменков К.А., Худалов Т.Т., Бутаев Б.Г.).

6. «Эффективность аппарата Пичхадзе для монополярной и полиполярной фиксации костных фрагментов длинных костей и костей таза». // Всероссийская научно-практическая конференция «Современные технологии в травматологии ортопедии», Москва, ЦИТО, 17 мая 2005г. (И.М. Пичхадзе., В.Г. Голубев., К.А. Кузьменков., А.В. Цискарашвили., Д.С. Рахимов.,, Ч.С. Доржиев.)

7.«Роль стабильного остеосинтеза (реостеосинтеза) при лечении гнойных осложнений опорно-двигательного аппарата на основе биомеханической концепции фиксации отломков». // Всероссийская научно-практическая конференция «Современные технологии в травматологии ортопедии», Москва, ЦИТО, 17 мая 2005г. (К.А. Кузьменков., И.М. Пичхадзе., З.И. Уразгильдеев., Д.С. Рахимов)

8.«Биомеханические аспекты остеосинтеза при тяжелых повреждениях костей стопы» // Сборник тезисов «Всероссийская научно-практическая конференция памяти Лауреата Государственной премии СССР, заслуженного изобретателя РСФСР, профессора К.М. СИВАША», М., 2005 г. стр. 298-299 (Д.С. Рахимов, P.M. Пичхадзе, О.В. Михайлова).

9.«Лечение тяжелых повреждений костей стопы на основе биомеханической концепции фиксации отломков» //Сборник тезисов «Всероссийская научно-практическая конференция памяти Лауреата Государственной премии СССР, ) заслуженного изобретателя РСФСР, профессора К.М. СИВАША», М., 2005 г. стр. 300-301 (

10.«Перспективы в лечении больных с тяжелыми повреждениями костей стопы» //Сборник тезисов «Всероссийская научно-практическая конференция памяти Лауреата Государственной премии СССР, заслуженного изобретателя

РСФСР, профессора К.М. СИВАША», М., 2005 г. стр. 301 (Д.С. Рахимов, P.M. Пичхадзе, А.В. Цискарашвили, К.А. Кузьменков).

11 .«Биомеханические аспекты остеосинтеза при тяжелых повреждениях костей стопы». // Сборник тезисов Всероссийской научно-практической конференции // «Современные технологии в травматологии ортопедии», Москва, 2005г., стр. 10. (Д.С. Рахимов., И.М. Пичхадзе .,О.В. Михайлова).

12. «Лечение тяжелых повреждений костей стопы на основе биомеханической концепции фиксации отломков». // Сборник тезисов Всероссийской научно-практической конференции // «Современные технологии в травматологии ортопедии», Москва, 2005г., стр. 300. (Д.С. Рахимов., И.М. Пичхадзе., А.В. Цискарашвили., К.А. Кузьменков).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тяжелые переломы костей стопы составляют 0,6 % от всех переломов костей конечности. Переломы костей стопы - частые повреждения, частота переломов плюсневых костей достигает 2-2,7% от общего числа переломов и 2564,1% от переломов костей стопы (Охотский В.П., 1991; Черкес-Заде Д.И., 1997; Quill-GE Jr, 1995). На некоторых промышленных предприятиях эти переломы приходится от 25 до 30% травм, из них более 1/3 дней нетрудоспособности в связи с производственной травмой (Меркулов И.М., Охотский В.П., 1991., Корышков Н.А., Зайцев О.В., - 2003). Переломы пяточной кости составляют до 4-5% от общего числа повреждений, переломы таранной кости примерно 1.5 %, а переломы клиновидных, ладьевидной и кубовидной костей около 1.2 % от общего числа повреждений костей стопы. До настоящего времени остается высоким процент неудовлетворительных результатов лечения: среди них несросшиеся и неправильно сросшиеся переломы, дефект мягких тканей, ложные суставы, в том числе ослоясненные хроническим остеомиелитом, и т.д. по прежнему трудно поддаются лечению переломы заднего отдела стопы, хотя их изучение и разработка альтернативных методов лечения продолжаются. Было предложено много способов оперативного лечения переломов костей стопы и уже налицо преимущества и недостатки различных методов.

Основываясь на данных литературы, мы пришли к выводу о том, что различные способы лечения переломов костей стопы были нацелены на то, чтобы обеспечить максимально точную репозицию и стабильную фиксацию отломков без учета биомеханических свойств отломков были учтены многие факторы, за исключением биомеханических свойств отломков, что и является одной из основных причин нестабильности и осложнений. Выбор оптимального лечения переломов зависит от четкого различия видов переломов с биомеханической точки зрения.

Для наружного чрескостного остеосинтеза характерны минимальная травматичность (нет необходимости скелетировать костные отломки для установки фиксатора), возможность достижения стабильной фиксации, постепенной репозиции и постепенной компрессии или дистракции в зоне перелома. Этот метод не требует доступа к зоне перелома, следовательно, снижается риск повреждения не только сосудов и нервов, но и мягких тканей.

Для определения степени устойчивости различных по длине отломков костей стопы были условно разделены на участки возможных отломков длиной по возрастающей на 5 мм. Затем была измерена ширина костей стопы в целом на каждом участке и высота стопы (от подошвенной поверхности до верхнего края таранной кости L). Полученные размеры с каждого возможного уровня перелома были подставлены в следующую формулу:

Qnped- (у) = Р ' (у)' L / 2 (L - у) у После обработки данных была составлена таблица (таблица 42) и с ее помощью построен график (рис 54) функции зависимости Q^ от длины отломка. С помощью полученных расчетов данных мы смогли определить переходную зону от однорычагового к двухрычаговому перелому.