Автореферат и диссертация по медицине (14.01.15) на тему:Особенности хирургической тактики при переломах шейки бедра в разные возрастные периоды (экспериментально-клиническое исследование)

На правах рукописи

005055405

АКУЛИЧ АНТОН ЮРЬЕВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ТАКТИКИ ПРИ ПЕРЕЛОМАХ ШЕЙКИ БЕДРА В РАЗНЫЕ ВОЗРАСТНЫЕ ПЕРИОДЫ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО КЛИНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

14.01.15 - травматология и ортопедия

2 2 НОЯ 2012

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Пермь 2012

005055405

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е.А.Вагнера» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Научный руководитель:

Денисов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: Токарев Александр Емельянович

Лауреат Государственной премии Российской Федерации, доктор медицинских наук, профессор

Ефимов Анатолий Петрович

доктор медицинских наук, профессор кафедры госпитальной хирургии ГБОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е.А. Вагнера» Минздравсоцразвития России доктор медицинских наук, профессор заведующий кафедрой медицинской биомеханики и семейной реабилитации Российской академии медико-социальной реабилитации (Москва)

Ведущая организация:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития РФ

Защита состоится 30 ноября 2012 года в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.067.03 при ГБОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Минздравсоцразвития России (614000, г. Пермь, ул. Петропавловская, 26).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии (г. Пермь, ул. Петропавловская, 26), с авторефератом - на сайте www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан ^^ 20

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор медицинских наук,

профессор

Малютина Наталья Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Переломы проксимального отдела бедра составляют до 70% всех переломов бедра (Каплан А. В., 1983, Озеров А. X., 1976). Конечно, подавляющее большинство таких повреждений падает на пожилой и старческий возраст, когда снижается минерализация костной ткани, особенно тех структур, где биомеханическая нагрузка происходит под значительным углом. Вместе с тем, в пожилом и старческом возрасте сформировалось практически единое мнение большинства крупных клиник относительно хирургической тактики при переломах шейки бедра. У пожилых от 60 до 75 лет выгоднее тотальное эндопротезирование проксимального отдела бедра, а в старческом возрасте возможно однополюсное, но лучше биполярное протезирование, хотя в каждом конкретном случае допускается индивидуальное решение. Возможные сроки сращения и жизнедеятельность эндопротезов заставляют пристально взглянуть на молодой и средний возраст. Вот где нет единого мнения, поэтому мы и попытались аргументировано отнестись именно к этой возрастной группе. Она не так малочисленна - 15-20% всех переломов шейки бедра происходят до 60-летнего возраста. Несмотря на активную хирургическую тактику, частота неудовлетворительных исходов в данной возрастной группе, по данным различных авторов, достигает 23% (Ломтатидзе Е. Ш., 2005; Мурзабеков И. А., 2006; Е§о1 К.А., 1997; Шегтагк I, 2002).

Эндопротезирование тазобедренного сустава при переломах шейки бедра позволяет избежать таких осложнений, как несращение перелома, ложный сустав шейки бедра, асептический некроз головки бедра. Действительно, результаты тотального эндопротезирования тазобедренного сустава по поводу перелома шейки бедра в первые два года отличные или хорошие (Ломтатидзе Е. Ш., 2005). Однако, с течением времени картина меняется. При анализе отдалённых результатов бесцементного тотального эндопротезирования тазобедренного сустава лицам в среднем возрасте частота возникновения только асептической нестабильности компонентов имплантата в сроки свыше 7 лет, требующая ревизионного хирургического вмешательства, составила 43,4% (Нуждин В. И., 2009). Анализ исходов однополюсного эндопротезирования тазобедренного сустава по поводу перелома шейки бедра у лиц старческого возраста так же показал невысокий уровень отличных и хороших результатов — 53-55% (Ключевский В. В., 2009). Таким образом, лечение больных с переломами шейки бедра остается одной из актуальных проблем современной травматологии.

Цель исследования

Повышение эффективности хирургического лечения переломов шейки бедра преимущественно в молодом и среднем возрасте при использовании резьбовых фиксаторов с учетом индивидуальных механических свойств губчатой костной ткани головки и шейки бедра.

Задачи исследования

1. Разработать математическую модель биомеханических параметров проксимального отдела бедра. Оценить механические свойства различных отделов головки и шейки.

2. Разработать в эксперименте и в клинике методику количественной оценки индивидуальных значений механических свойств костной ткани у пострадавших с переломами проксимального отдела бедра.

3. Рассчитать рациональное расположение резьбовых фиксаторов и установить адекватное механическое усилие их закручивания.

4. Сравнить эффективность аргументированного закручивания фиксаторов с вариантом произвольных неконтролируемых усилий.

Положения, выносимые на защиту

1. Математическое моделирование механических свойств и структуры костной ткани проксимального отдела бедра позволяет достоверно изучить указанные свойства у пострадавших с переломами шейки бедра.

2. Предложенная методика цифрового анализа рентгенограмм тазобедренного сустава с тарированным клином-эталоном даёт возможность определить оптическую плотность костной ткани проксимального отдела бедра и по ней рассчитать оптимальные возможности механических усилий, прилагаемых к проксимальному отделу бедра.

3. Учёт индивидуальных значений прочности и структуры губчатой кости проксимального отдела бедра является одним из решающих аргументов предоперационного планирования расположения, количества и усилия закручивания резьбовых фиксаторов при остеосинтезе шейки бедра.

4. Применение резьбовых имплантатов со строго дозированным усилием закручивания фиксаторов специальным инструментарием измерительного и предельного типов при остеосинтезе переломов шейки бедра позволяет снизить количество неблагоприятных исходов данного повреждения.

Научная новизна

Разработана математическая модель механических параметров костных структур проксимального отдела бедра.

Предложена методика цифрового анализа рентгенограмм тазобедренного сустава с тарированным клином-эталоном, позволяющая определить индивидуальные механические свойства костной ткани у пострадавших с переломами шейки бедра.

Разработан способ определения рационального расположения и усилия закручивания фиксаторов в зависимости от механических свойств костной ткани при остеосинтезе шейки бедра.

Разработано устройство для остеосинтеза переломов шейки бедра резьбовыми фиксаторами (патент Российской Федерации № 2231990 от 10 07 2004 г. на изобретение «Устройство для остеосинтеза»)

Предложена полезная модель устройства для остеосинтеза шейки бедра резьбовыми фиксаторами (патент Российской Федерации № 58335 от 27 11 06 г. на полезную модель «Устройство для остеосинтеза»).

Результаты работы удостоены диплома и серебряной медали У1-го Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 7-10 февраля 2006 г).

Практическая значимость

Исследование механических свойств и параметров структуры губчатой кости проксимального отдела бедра позволяет аргументировано, просто и быстро выбрать способ хирургического пособия при переломе шейки бедра. Разработанная методика остеосинтеза переломов шейки бедра с использованием жёстких резьбовых имплантатов дозированного момента закручивания с учетом индивидуальных значений механических свойств и структуры губчатой костной ткани проксимального отдела бедра позволяет снизить количество неблагоприятных исходов данных повреждений в молодом и среднем возрасте.

Внедрение результатов работы

Разработанные методики внедрены в практику работы клиники травматологии и ортопедии ПГМА на базе ГБУЗ ПК «МСЧ № 9 им. М.А.Тверье», полученные результаты исследований используются в учебных программах для студентов старших курсов, клинических интернов, ординаторов, аспирантов и на циклах усовершенствования врачей кафедры травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии ГБОУ ВПО ««Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е.А. Вагнера» Минздравсоцразвития России

Апробация работы

Материалы работы доложены на Российской конференции по биомеханике (г. Пермь, 1999), Международном симпозиуме «Эндопротезирование крупных суставов» (Москва, 2000), 8 Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (г. Пермь, 2001), VII Всероссийской конференции по биомеханике (г. Нижний Новгород, 2004), УШ Всероссийской конференции по биомеханике (г. Нижний Новгород, 2006), Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине-2006» (Саратов, 2006), IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (г. Нижний Новгород, 2006), IX Всероссийской конференции по биомеханике (г. Нижний Новгород, 2008), научной сессии Пермской государственной медицинской академии (г.Пермь, 2011), Междисциплинарном симпозиуме Пермской государственной медицинской академии и Пермского национального исследовательского политехнического университета (г.Пермь, 2011), краевой конференции травматологов-ортопедов «Принципы лечения метафизарных переломов длинных трубчатых костей» (г. Пермь, 2011).

Связь работы с научными программами

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР ГБОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Минзравсоцразвития РФ. Работе присвоен номер государственной регистрации темы 0120.0800815.

Личное участие автора

Проведён обзор литературы по теме исследования, определены цель и задачи исследования. Выполнено обследование больных с переломами шейки бедра, обобщены результаты лечения. Самостоятельно выполнил экспериментальные исследования, обобщил и статистически обработал полученные экспериментальные данные, участвовал в моделировании механических свойств и структуры губчатой кости проксимального отдела бедра, определении расположения и усилия закручивания фиксаторов при переломах шейки бедра, самостоятельно оперировал и ассистировал на операциях, проведённых больным с переломами шейки бедра. Доля участия автора в сборе информации - до 100 %, в статистической обработке материала - до 90%, в обобщении и анализе материала - до 95%.

Публикации

По теме диссертации опубликовано в восемнадцати печатных работах, семь из которых — изданы в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов исследований, выполненных на соискание ученой степени кандидата медицинских наук.

Объём работы

Работа состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, представлена 49 рисунками и схемами, 21 таблицей. Список изученной литературы по теме диссертации включает 126 источников, из них: 82 - отечественных авторов, 42 -иностранных, 2 - электронных ресурса.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования

Изучено 439 пострадавших с переломами шейки бедра. Женщин было 308 человек (70,2%), мужчин - 131 (29,8%). Больных детского возраста было 3 человека (0,7%), молодого возраста - 5 (1,2%), зрелого - 6 (1,4%), среднего - 87 (19,9%), пожилого - 211 (48,4%), старческого - 113 (25,9%), долгожителей - 14 (3,2%).

Все больные обследованы травматологически. Кроме того, регистрировали электрокардиограмму (ЭКГ), по показаниям - реовазограмму (РВГ) и реокардиограмму (РКГ). Выполнялись общеклинические исследования. Использовали рентгенологическое исследование повреждённого тазобедренного сустава в стандартных укладках аппаратом "ТовЫЬа Яогапоск". Параметры рентгенографии области тазобедренного сустава выбирались с учётом объёма мягкотканного футляра исследуемой области и составили: напряжение - 63кУ, выдержка - 32-50 тАв. Субкапитальные переломы выявлены у 66 (15%) больных, трансцервикальные — у 198 (45%), базальные - у 176 (40%) больных. Переломы I типа по Гардену выявлены у 18 (4,1%)

больных, П типа у 9 (2,1%) больных, Ш типа - у 246 (56%) больных, IV типа - у 166 (37,8%) больных. Переломов I типа по Паувелсу выявлено у 193 (44%) больных, П типа - у 130 (29,5%) больных, Ш типа - у 116 (26,5%) больных.

Оперативное лечение выполнено 344 (78,4%) больным. Все оперированные больные разделены на три группы. Принципиальной основой деления на группы был возраст пострадавших. В детском возрасте при переломе шейки бедра методом выбора считали репозицию и фиксацию отломков спицами. Применение резьбовых фиксаторов для остеосинтеза шейки бедра в детской практике считали оправданным только у детей старшей возрастной группы. Больным в возрасте от 18 до 60 лет выполняли тот или иной вариант репозиции отломков с фиксацией жёсткими резьбовыми фиксаторами. Пожилым травмированным от 60 до 75 лет предпочтение отдавали тотальному эндопротезированию тазобедренного сустава, в старческом возрасте — биполярному протезированию.

Для осуществления компьютерного моделирования адаптации губчатой костной ткани проксимального отдела бедра к изменившимся нагрузкам и прогноза изменений механических свойств костной ткани в послеоперационном периоде в предоперационном планировании остеосинтеза шейки бедра резьбовыми фиксаторами учитывали следующие её параметры:

- структуру губчатой костной ткани проксимального отдела бедра - средний радиус г и плотность п пор;

- физическую плотность сырой губчатой костной ткани;

- прочность на срез губчатой костной ткани;

- коэффициент трения в паре «металл-кость» при имплантации стандартного резьбового фиксатора.

Для определения индивидуальных механических свойств и параметров структуры губчатой кости проксимального отдела бедра выполнено экспериментальное исследование. В качестве материала для исследования использован фрагмент бедра человека, включающий в себя головку, шейку и вертельную область (до уровня малого вертела). Выполняли рентгенографию фрагментов в двух проекциях (прямой и боковой снимки), используя тарированный алюминиевый клин-эталон с соответствующим паспортом (табл.1).

Таблица 1. Параметры клина-эталона (р„„, — поверхностная плотность ступеней клина)

Параметр Номер ступени клина-эталона.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Толщина, мм 1,1 2,0 2,9 3,6 4,8 5,6 6,3 7,2 8,2 9,2 10

р„„„ г/см2 0,253 0,460 0,667 0,828 1,104 1,288 1,449 1,656 1,948 2,185 2,300

Для определения структуры и механических свойств губчатой костной ткани из фрагментов тканей готовили образцы - по шесть вариантов каждого из них. Четыре образца из головки бедра, по одному - из шейки и вертельной зоны (рис 1).

- зона получения образца 1 -зона получения образцов 2; 3; 4

- зона получения образца 5

- зона получения образца 6

Рис. 1. Расположение зон забора образцов губчатой кости из проксимального отдела бедра.

Схематично обозначены места отбора губчатой костной ткани для приготовления образцов

Всего было получено 30 образцов. Полученный образец 1 имел форму диска толщиной 4,8-6,2 мм.. Образцы 2; 3; 4; 5; 6 имели форму прямоугольной шестигранной призмы. Расстояние от образца 1 до центра суставной поверхности головки бедра составило 6,0-6,5 мм.. Расстояние между образцом 1 и зоной получения образцов 2; 3; 4 составило 3 мм.. Полученные образцы маркировались. Образцам 2; 3; 4; 5; 6 присваивался порядковый номер от 1 до 22. Рентгенограммы фрагментов переводили в цифровой формат с помощью фотокамеры и подвергались стереологическому анализу на персональном компьютере с помощью программы Image Tool, созданной в центре изучения здоровья на базе Техасского университета в Сан-Антонио, США. По рентгенограмме в боковой проекции определяли диаметр головки, толщину шейки и вертельной зоны. Исследовали уровень интенсивности серого тона в определённых участках изображения фрагмента — «зонах интереса», которые соответствовали местам получения образцов губчатой костной ткани из данного фрагмента (рис. 2).

Ось шейки бедра

I зона интереса для образца 1

зона интереса для образцов 2; 3; 4

зона интереса для образца 5 зона интереса для образца 6

Рис. 2. Зоны интереса при проведении цифровой фотоденситометрии рентгенограмм фрагментов бедра. Схематично обозначены участки анализа изображения фрагмента

Сравнивая интенсивность серого тона в зоне интереса с интенсивностью серого тона изображения клина-эталона, находили ступень клина с идентичными характеристиками интенсивности серого тона и получали значение поверхностной оптической плотности (р„ов, г/см2). Делением значения поверхностной плотности на длину / хода луча в зоне интереса, вычисляли объёмную оптическую плотность (р0,„„, г/см3) изображения (Ливенцев Н. М. 1974). Длина хода луча на уровне образцов 1; 2; 3; 4 определяли с помощью геометрических построений (Чекмарёв A.A., 1995). Определение длины хода луча на уровне образцов 5; 6 осуществляли путём прямого замера диаметра головки, толщины шейки, вертельной области в зоне интереса в отборе образцов 5; 6 с последующим вычислением объёмной оптической плотности рот. Для определения касательных разрушающих напряжений губчатой костной ткани головки бедра образец 1 помещали в штамп с цилиндрическими пуансоном и матрицей диаметром 6,25 мм. Пуансон со скоростью 1 мм/мин внедряли в костную ткань на глубину 2,5 мм. Кривую "усилия-перемещения" фиксировали самописцем (рис.3).

0.5 1.0 1.5

Перемещение, мм

Рисунок. 3. Типичная кривая нагружения образцов при выдавливании. А-начало процесса разрушения, АВ—участок вязко-хрупкого разрушения, ВС—участок хрупкого разрушения

В образце 1 каждого фрагмента осуществляли выдавливание цилиндрических фрагментов в девяти областях. Восемь областей расположены равномерно по окружности близкой к краю диска, одна область - в центре образца.

Величину касательного напряжения разрушения г* определяли из условия равновесия цилиндра выдавливаемой костной ткани, высота которого меньше толщины образца И диска на величину упругого сжатия I по формуле

Р

т* = -

(1)

itd(h-l)

Для вычисления величины предельного момента закручивания при установке фиксатора учитывали значение коэффициента трения fp между опорной поверхностью резьбы и костью. Момент трения резьбы Мр обусловлен трением между поверхностью гребня резьбы А и костью и между опорной поверхностью Б резьбы и костью, и равен сумме соответствующих моментов трения

мр=м;+м; (2)

Момент трения Мр обуславливается радиальным давлением костной ткани на вершины витков резьбы, поскольку диаметр впадин резьбы в кости меньше диаметра вершин резьбы фиксатора из-за радиальной упругой деформации костной ткани, возникающей при контакте с метчиком Для определения коэффициента трения в паре «металл-кость» совместно с сотрудниками кафедры теоретической механики ГОУ ВПО ПГТУ выполнен следующий эксперимент. Методом аутопсии у мужчины 55 лет получен фрагмент проксимального отдела бедра справа, представляющий собой резецированную субкапитально головку бедра. Плоскость остеотомии проходила перпендикулярно оси шейки. Диаметр головки составил 40 мм. Фрагмент по плоскости остеотомии головки размечен на 4 зоны — передневерхняя (ПВ), передненижняя (ПН), задневерхняя (ЗВ), задненижняя (ЗН), соответственно прижизненному пространственному ориентированию головки при сгибании в тазобедренном суставе 180°, ротации - 0°. Для

определения момента трения Мр исследовалось предельное равновесие фиксатора при его закручивании без осевого усилия в просверленное отверстие с нарезанной метчиком резьбой. Усилие закручивания фиксировали пружинным динамометром с ценой деления 0,1 Н. Измерения проводились в каждом канале двукратно. Среднее значение усилия Р составило 1,66Н, = 0,07. Для определения суммарного момента трения Мр в формуле (2), в следующей части эксперимента завинчивали фиксатор, нагруженный осевой силой ^ = 60 Н. Усилие закручивания пятикратно фиксировали пружинным динамометром с ценой деления 0,1 Н.

При определении физических свойств и параметров структуры губчатой кости проксимального отдела бедра получены значения физической плотности сырой губчатой костной ткани рс, радиуса пор г, плотности пор и, пористость Р (или «коэффициент воздушности») губчатой костной ткани. Плотность сырой губчатой кости в образцах вычисляли путём деления их массы на объём. Величину среднего радиуса пор в образцах 2; 3; 4; 5; 6. определяли с помощью стереологического анализа плоского цифрового изображения поверхностей образцов после их прокаливания при температуре 600°С (Салтыков С.А., 1976). Значение плотности пор и губчатой кости определяется по формуле (Акулич Ю.В., 2006)

3

и= 1

4 пгъ

(3).

Р,-Рж

Физические плотности содержимого пор рж и костного вещества трабекул д„ губчатой костной ткани принимаются одинаковыми у всех пациентов и равными 1,0 г/см3 и 2,0 г/см3, соответственно (Martin КВ.,1998). Исходя из положения, что форма пор губчатой костной ткани приближена к сферической, рассчитывается пористость Р губчатой костной ткани — отношение объёма пор к объёму костной ткани (или «коэффициент воздушности»). Таким образом, для образца известного объёма вычисление пористости производиться по формуле

Р = Уълпг' (4),

где пи г- количество пор в единице объёма губчатой кости и средний радиус пор губчатой кости, соответственно.

Для определения механических свойств костной ткани проксимального отдела бедра у больных с переломами шейки бедра использовали рентгенологический метод исследования, выполненный по особому плану. При выполнении рентгенографии на кассету помещали тарированный алюминиевый клин-эталон с соответствующим паспортом и размерами 250 х 67 мм. (табл.2)

Параметр Номер ступени

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Толщина, мм 1,1 2,0 2,9 3,6 4,8 5,6 6,3 7,2 8,2 9,2 10

Рта > г/см2 0,253 0,460 0,667 0,828 1,104 1,288 1,449 1,656 1,948 2,185 2,300

Положение клина выбирали таким образом, чтобы обеспечить одинаковые условия рентгенографии кости и клина. Одновременно выполняли рентгенографию неповреждённого

тазобедренного сустава в боковой проекции, по которой можно было легко измерить толщину шейки бедра и вертельной области. Рентгенограммы тазобедренных суставов переводили на цифровой носитель путём фотографирования. Проводя анализ рентгенограмм тазобедренного сустава, вычисляли объём каждого участка, в каждом участке вычисляли значения физической плотности сырой кости рс, касательных напряжений разрушения г*, радиуса пор г, количество пор п в единице объёма губчатой костной ткани с помощью экспериментально полученных линейных зависимостей физической плотности, касательных напряжений разрушения и радиуса пор г сырой кости от оптической объёмной плотности ропт её рентгеновского изображения. В дальнейшем эти данные использовали в компьютерном моделировании процесса адаптации костной ткани к изменившейся в результате остеосинтеза механической нагрузке.

При выборе усилия закручивания и места расположения фиксатора на этапе предоперационного планирования мы исходили из следующих условий:

- непрерывное сохранение достигнутой репозиции;

- сохранение прочности губчатой костной ткани в зоне гребней резьбы фиксаторов по напряжениям разрушения;

— сохранение прочности на смятие губчатой костной ткани в области резьбы фиксатора на уровне 7,4 МПа (Кнетс И.В., 1980)

— сохранение пористости губчатой кости проксимального отдела бедра на уровне 0,55 - 0,93 (Martin R.B.,1998).

Если данные условия удовлетворяли нескольким значениям усилия закручивания фиксаторов, то предпочтение отдаётся наибольшему из них. С целью автоматизации расчёта усилия закручивания фиксаторов сотрудниками кафедры теоретической механики Пермского национального исследовательского политехнического университета составлена компьютерная программа «Остеосинтез шейки бедра-I», которой мы пользовались.

Для реализации данных предоперационного планирования с целью точного их соблюдения использована оригинальная методика остеосинтеза шейки бедра резьбовыми фиксаторами. В основе методики лежит реализация индивидуального рассчитанного на этапе предоперационного планирования усилия закручивания резьбовых фиксаторов при остеосинтезе шейки бедра дозированным закручиванием с использованием специального инструментария — динамометрических ключей измерительного и предельного типов Stahlwille 760/7,5 и Torsiomax Stahl Wille 775/30 фирмы Eduard Wille GmbH & Co. (рис.4 и 5).

Рис. 4. Использование динамометрического ключа измерительного типа 81аЫш11е 760/7,5 для регистрации усилия затирания в резьбе жёсткого фиксатора при его закручивании. В правом нижнем углу — способ измерения усилия. В данном случае усилие затирания резьбы составили 25 сНм.

к.

Рис. 5. Использование динамометрического ключа предельного типа 81аЫ\\т11е 775/30 для закручивания жёсткого резьбового фиксатора. В правом нижнем углу - способ ограничения усилия. В данном случае усилие закручивания составило 86 сНм.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Особенности математического моделирования губчатой костной ткани проксимального

отдела бедра

Результатом исследования фрагментов бедра и образцов губчатой костной ткани стала разработка экспериментальной модели определения индивидуальных механических свойств губчатой кости проксимального отдела бедра.

Выявлено, что наибольшей оптической плотностью обладает верхний сегмент образца 1 (табл. 3).

Таблица 3. Значения ропт ( г/см3) в различных зонах интереса образцов 1

Номер фрагмента Область исследования образца 1

Передний Задний Верхний Нижний Центральная

сегмент сегмент сегмент сегмент область

1 0,48 0,48 0,57 0,42 0,49

2 0,41 0,44 0,50 0,45 0,45

3 0,53 0,53 0,71 0,54 0,58

4 0,58 0,60 0,68 0,64 0,62

Значения оптической плотности в зонах интереса образцов 2-6 представлены в таблице 4. _Таблица 4. Набор значений /90пт(г/см3) в партии 22 образцов 2,3,4,5 б__

№ п\п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Р опт 0,42 0,44 0,46 0,48 0,56 0,43 0,36 0,50 0,32 0,36 0,37

№ п\п 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Р опт 0,39 0,63 0,41 0,55 0,42 0,58 0,64 0,47 0,33 0,42 0,35

При анализе значений величины напряжений разрушения губчатой костной ткани установлено, что наибольшей прочностью на срез обладают участки головки, расположенные в зоне контакта её с костными структурами таза при ортостатическом положении тела, а наименьшей - передненижние участки головки (табл. 5).

Таблица 5. Распределение средних значений касательных напряжений разрушения г*в образцах (МПа)1

Номер Номер фрагмента

области 1 2 3 4

1 7,88 5,06 5,96 6,09

2 4,09 5,00 4,49 7,32

3 3,91 3,73 2,63 4,23

4 2,00 2,13 1,40 2,17

5 3,24 0,72 2,23

6 5,12 5,40 1,96 1,25

7 5,37 7,18 4,05 7,17

8 6,14 6,82 5,80 6,92

9 4,92 3,10 1,86 6,71

Проведён анализ взаимосвязи полученных в эксперименте значений прочности и оптической плотности рентгеновского изображения губчатой кости в блоке статистической обработки Mathcat 14.0 (Parametric Technology Corporation, USA) (рис 6).

Рисунок 6. Линейное приближение экспериментальных данных прочности и оптической плотности губчатой костной ткани. Точками обозначены средние значения напряжений среза по соответствующим «зонам интереса» изучения оптической плотности в образце 1. Коэффициент корреляции данных Сг=0,596, стандартная ошибка 5^=0,724

1 Выделенные курсивом значения относятся к наиболее прочной задневерхней зоне образца

2 Повреждение образца в области 5.

С применением метода наименьших квадратов получена линейная зависимость величины значений касательных напряжений разрушения г* от оптической плотности рот„ губчатой костной ткани:

г* = 11,0/^-1,354 (5),

с помощью которой осуществляется определение индивидуальной прочности губчатой костной ткани на срез.

Распределение усилий закручивания фиксатора, нагруженного осевой силой ^ = 60 Н, представлено в таблице 6.

Таблица 6. Значения силы Р закручивания в каждом канале, Н

Зона Номер измерения Среднее значение Стандартное отклонение

1 2 3 4 5

ПВ 3,0 2,5 2,5 2,0 3,0 2,6 0,4

ПН 2,5 2,0 2,5 2,0 2,0 2,2 0,2

ЗВ 2 2 2 2,5 2 2,0 0,2

ЗН 1,5 2 1,5 2 1,5 1,5 0,2

Среднее значение усилий закручивания в данной части эксперимента составило 2,2 Н, стандартное отклонение - 0,75 Н. Следовательно, Мр = 2,2-0,14 = 0,31 Нм, а М'р, как следует из формулы (2), равен 0,08 Нм. Связь момента №р с осевой силой фиксатора даётся известной формулой (Решетов Д.Н., 1989)

(6)

где у, У - углы подъёма резьбы и трения в резьбе, соответственно. Из формулы (4) находится величина Искомый коэффициент трения между опорной поверхностью резьбы фиксатора и костью определяется по формуле

/Р='Я(Г) (7)

и равен 0,22 (Яковлев К.П., 1960).

Полученное значение коэффициента трения позволяет вычислить момент сопротивления закручиванию резьбового фиксатора, обусловленный трением между поверхностями резьбы фиксатора и губчатой костной тканью, и учитываемый при определении индивидуального момента закручивания фиксатора. При изучении величины максимального усилия, прилагаемого к резьбовому имплантату на этапе окончательного закручивания, установлено, что в кости создаются напряжения среза, значительно (в 4-5 раз) превосходящие допустимый уровень (Кнетс И.В., 1980), и, следовательно, в зоне контакта гребней резьбы с костью происходит разрушение структуры костной ткани с последующей резорбцией и возможной потерей стабильности фиксации.

При обобщении данных стереологического анализа плоского цифрового изображения поверхностей образцов получены значения среднего радиуса пор, представленные в таблице 7.

Таблица 7. Экспериментальные значения среднего радиуса пор г ( мм) образцов 2, 3, 4, 5, 6 __ фрагмента в опытной партии из 22 образцов __

№ п\п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

г 0,30 0,31 0,30 0,32 0,26 0,29 0,33 0,27 0,35 0,31 0,30

№ п\п 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

г 0,33 0,26 0,29 0,28 0,33 0,26 0,26 0,28 0,35 0,35 0,32

С помощью метода наименьших квадратов (Носов ВН., 1990) получена линейная связь между радиусом пор и оптической плотностью губчатой кости

г = 0,453-0,36ропт (8).

Графически данная зависимость представлена на рисунке 7.

0,35 0.33 0.31 0,29 0,27 0,25

0.3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0.65 0,7 Оптическая плотность, г/см3

Рисунок 7. Линейное приближение экспериментальных данных среднего радиуса пор и объёмной оптической плотности. Экспериментальные точки отмечены маленькими четырехугольниками и представляют значения радиуса пор соответственно «зонам интереса» изучения оптической плотности образцов 2; 3; 4; 5; 6. Коэффициент линейной корреляции данных С,= - 0,838 (стандартная ошибка 8Л=0,016)

Аналогичным способом установлена связь между физической плотностью сырой губчатой костной ткани рс и её оптической плотностью р„„„

/9СК =0,725 + 1,312рот (9),

и графически представлена на рисунке 7.

2.5Г

2.1?"

1.751.38-"

0.2 0.4 0.6 Оптическая плотность, г/см3

Рисунок 7. Линейное приближение экспериментальных данных плотности сырой кости и оптической объёмной плотности. Экспериментальные точки отмечены маленькими четырехугольниками и представляют значения физической плотности соответствующих «зонам интереса» изучения оптической плотности образцов 2; 3; 4; 5; 6. Коэффициент линейной корреляции данных Сг = 0,804, стандартная ошибка = 0Д99

Таким образом, разработана экспериментальная модель определения индивидуальных механических свойств губчатой кости проксимального отдела бедра. На основании полученных данных осуществлено программное обеспечение определения аналогичных свойств у пострадавших с переломами шейки бедра и прогноза изменений механических свойств губчатой кости после оперативного вмешательства, что позволяет определить индивидуальный оптимальный вариант закручивания резьбовых фиксаторов и аргументировано выбрать зону оптимального положения фиксаторов при лечении переломов шейки бедра.

Решающими аргументами при выборе тактики лечения в данном случае были индивидуальные значения механических свойств и параметров структуры костной ткани проксимального отдела бедра, полученные при компьютерном моделировании её биомеханических процессов при остеосинтезе жёсткими резьбовыми фиксаторами. Реализация индивидуального рассчитанного на этапе предоперационного планирования усилия закручивания резьбовых фиксаторов при остеосинтезе шейки бедра возможна применением методики дозированного закручивания с использованием специального инструментария -динамометрических ключей измерительного и предельного типов.

Сравнительные результаты остеосинтеза шейки бедра жёсткими резьбовыми фиксаторами

Данный способ хирургического лечения был выполнен 83 больным с переломами шейки бедра, что составило 18,7% от всех поступивших больных и 29,4% от всех прооперированных больных с повреждениями данной локализации. Женщин в данной группе было 33 (39,8%), мужчин — 50 (60,2%). Средний возраст пострадавших в данной группе составил 51,7 лет. Таким образом, практически все больные данной группы относились к средней возрастной группе по классификации ВОЗ (Валентей Д.И., 1985) . Субкапитальных переломов в данной группе было 20 (24,1%), трансцервикальных - 38 (45,8%), базальных - 25 (30,1%). Переломов I типа по Гардену в данной группе было 4 (6%), П типа - 9 (10,8%), Ш типа - 43 (51,8%), IV типа - 27 (32,5%). Переломов I типа по Пауэлсу в данной группе было 29 (34,9%), П типа - 32 (38,6%), Ш типа - 22 (26,5%).

У 20 (24,1%) больных данной группы остеосинтез шейки бедра жёсткими резьбовыми фиксаторами выполнен с учётом прочности и структуры губчатой кости проксимального отдела бедра. Возраст больных составил в среднем 50,3 года. Женщин в данной группе было 12 (60%). Субкапитальные переломы диагностированы у 11 (55%) больных из данной группы, у остальных 9 больных - трансцервикальные (45%). По классификации Гардена характеристика переломов шейки бедра в данной группе представлена следующим образом: переломы I стадии по Гардену не встретились ни у одного больного; П стадии зарегистрированы у 7 (35%) больных, Ш стадии — у 10 (50%) больных; IV стадии - у 3 (15%) больных данной группы. По классификации Линтона-Пауэлса переломы шейки бедра в данной группе распределились следующим образом: переломы I типа по Пауэлсу зарегистрированы у 1 (5%) больного; П типа - у 13 (65%) больных; Ш типа - у 6 (30%) больных. Всем больным выполнен остеосинтез шейки бедра резьбовыми фиксаторами с индивидуально рассчитанным усилием их закручивания с использованием специального

инструментария — динамометрических ключей измерительного и предельного типов. У всех больных использование трёх резьбовых фиксаторов было признано оптимальным количеством, а рассчитанное усилие закручивания соответствовало механическим свойствам и структуре костной ткани в зоне расположения резьбы фиксаторов.

У 63 (75.9%) больных данной группы остеосинтез резьбовыми фиксаторами выполнялся без учёта механических свойств и структуры костной ткани проксимального отдела бедра с недозированным усилием их закручивания. Женщин среди них было 22 (34,9%), мужчин - 41 (65.1%). Средний возраст больных данной группы составил 53,2 лет. Таким образом, практически все больные данной группы относились к средней возрастной группе по классификации ВОЗ. Субкапитальных переломов в данной группе было 9 (15%), трансцервикальных - 29 (46%), базальных - 25 (39%). Переломов I типа по Гардену в данной группе было 4 (6%), П типа - 2 (2,5%), Ш типа - 33 (53%), IV типа - 24 (38,5%). Переломов I типа по Паувелсу в данной группе было 28 (44%), П типа - 19 (30%), Ш типа - 16 (26%).Методика операции в данном случае отличалась тем, что при данном способе остеосинтеза не использовался специальный инструмент - динамометрические ключи измерительного и предельного типов.

Контрольное рентгенологическое исследование выполнялось через 4 месяца после операции. Целью исследования было проконтролировать положение отломков и фиксаторов, оценить степень консолидации. Тем больным, которым остеосинтез выполнен с дозированным усилием закручивания, контрольное рентгенографическое исследование выполнялось с клином-эталоном с целью определения механических свойств и структуры костной ткани проксимального отдела бедра. Из группы больных, оперированных с дозированным усилием закручивания фиксаторов у 19 человек прослежены результаты в срок до 12 месяцев. У всех 18 больных через 4 месяца после операции положение отломков осталось прежним, миграции фиксаторов не зафиксировано, наблюдалось характерное для данного срока течение репаративной регенерации.

У 11 (61,1%) больных из данной группы при компьютерном анализе рентгенограмм отмечено сохранение значений механических свойств и структуры губчатой кости в среднем по объёму проксимального отдела бедра на уровне предоперационного планирования, а у— 7 (38,9%) некоторое повышение оптической плотности в среднем по объёму проксимального отдела бедра, что говорит об активном течении репаративных процессов в костной ткани. Оценка функции тазобедренного сустава выполнялась в сроки 10-12 месяцев после операции по завершению сроков консолидации перелома. Для определения нарушения функции тазобедренного сустава использовали балльную систему оценки Б'АиЫ^е М. (Б'АиЫ^е М.К,1954), в которой в качестве критериев использовали боль, объём движений в суставе и способность к передвижению. Из 18 больных, осмотренных через год после операции, у 1 (5,6%) отмечено сращение перелома в варусной позиции с укорочением бедра на 1 см, у остальных 17 (94,4%) — сращение наступило в правильном положении. При оценке функции тазобедренного сустава в данной группе больных, у 4 (22,2%) функция тазобедренного сустава оценена как отличная, у 12 (66,7%) - как хорошая, у 2 (11,1%) - удовлетворительная.

При анализе исходов и результатов больных, оперированных без учёта механических свойств и структуры костной ткани проксимального отдела бедра зарегистрирована несколько иная картина. Из 63 больных данной группы результаты в срок 12 месяцев прослежены у 54 (85,7%) больных. На этапе контрольного рентгенологического исследования в сроки 5-6 месяцев у 6 (10,5%) больных выявлено вторичное смещение отломков и миграция металлоконструкций, причём у 1 из них зарегистрировано нарушение предписанного режима с ранней осевой нагрузкой на ногу. Исход лечения у этих больных признан неблагоприятным без оценки функции тазобедренного сустава. У 11 (21%) больных данной группы в срок 12 месяцев зарегистрировано отсутствие консолидации перелома с формированием ложного сустава и так же функция тазобедренного сустава признана неудовлетворительной. У остальных 37 (68,5%) больных наступило сращение перелома, однако у 4 (10,8%) из них сращение наступило в варусной позиции с укорочением конечности на 1-2 см. При исследовании функции тазобедренного сустава 48 больных данной группы в сроки около 12 месяцев неудовлетворительный результат зарегистрирован у 14 (29,2%), удовлетворительный - у 25 (52,1%), хороший - у 9 (18,8%), отличный - у 2 (4,2%) больных. Летальных исходов не зафиксировано.

При анализе литературных данных нами отмечена высокая частота неблагоприятных исходов при остеосинтезе переломов шейки бедра у лиц до 60 лет с применением резьбовых фиксаторов. Несращение перелома в данной возрастной группе встречается до 16 % случаев, асептический некроз головки бедра - до 10 % (Мурзабеков И.А., 2006; Andersen Е., 1987; Lindequist В., 1993). При анализе собственных наблюдений нами зафиксирована аналогичная ситуация. Несращение перелома зарегистрировано в 21 % случаев применения жёстких резьбовых фиксаторов у лиц в возрасте до 60 лет. Подавляющее большинство лиц этой группы нуждаются в восстановлении функции тазобедренного сустава, что диктует необходимость выполнения, как правило, тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. При анализе демографической ситуации и её тенденции установлено, что в России лица зрелого возраста от 30 до 45 лет составляют около 30,5 млн. человек (мужчины - 15 млн. человек, женщины - 15,5 млн. человек), лица среднего возраста от 46 до 60 лет - 32,133 млн. человек (мужчины - 14,6 млн. человек, женщины - 17,533 млн. человек) (http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat/ rosstatsite/main/popu-lation/demography/). Учитывая отечественную и мировую статистику переломов шейки бедра в различных группах населения, можно утверждать, что только в 2013 - 2014 году в России произойдёт около 58 тысяч переломов шейки бедра у лиц моложе 60 лет (Аникин С.Г., 1999; Falch J.A., 1985; http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat/ rosstatsite/main/population/demography/). При сохранении частоты несращений переломов при остеосинтезе жёсткими фиксаторами на уровне 16% данной группе лиц понадобится около 9000 эндопротезов тазобедренного сустава. При учёте стоимости имплантатов российского производства, инструментария для эндопротезирования, сроков стационарного лечения, затраты составят свыше 1 млрд. рублей. Применение методики остеосинтеза шейки бедра жёсткими резьбовыми фиксаторами с дозированным усилием их закручивания позволяет снизить количество случаев первичного и ревизионного

эндопротезирования тазобедренного сустава по поводу неблагоприятных исходов данного повреждения. Снижение количества несращений при переломах шейки бедра у лиц в возрасте до 60 лет только на 1% позволит сэкономить до 60 млн. рублей в год.

Хирургическое лечение переломов шейки бедра у лиц пожилого и старческого возраста

В настоящее время, как и в большинстве крупных клиник, мы придерживаемся единообразного подхода к хирургическому лечению переломов шейки бедра у лиц старше 60 лет и используем тот или иной вариант протезирования тазобедренного сустава. Выбор типа протеза, его фиксации определяли возрастом пострадавшего. Лицам пожилого возраста от 60 до 75 лет, в основном, выполняли тотальное протезирование тазобедренного сустава, как правило, с бесцементным вариантом фиксации имплантата. Пострадавшим старше 75 лет отдавали предпочтение однополюсному протезированию тазобедренного сустава протезом типа Мура-Цито или с биполярной головкой и цементным типом их фиксации.

Эндопротезирование тазобедренного сустава выполнено 241 пострадавшему с переломами шейки бедра, что составило 54,9% всех поступивших больных с переломами шейки бедра и 70,1% всех прооперированных больных. В раннем послеоперационном периоде особое внимание уделяли борьбе с кровопотерей, профилактике тромбоэмболий, инфекционных осложнений. Несмотря на тщательный гемостаз, у части больных в первые 4-6 часов раннего послеоперационного периода отмечали довольно значительное вторичное кровотечение. Интраоперационная локальная профилактика вторичного кровотечения гемостатическими средствами, включая их современные аналоги типа тахакомба, оказались неэффективными. С целью коррекции гемодинамических нарушений в структуре инфузинно-трансфузионной терапии одно из ведущих мест принадлежало реинфузии дренажной крови с использованием системы HandyVac ATS ("Уномедикал", Дания).

Из ранних осложнений отмечен один случай вывиха протеза Мура-Цито. Внутрибольничная летальность составила 7 человек (2,9%). Инфекционных осложнений не было. В сроки до 5 лет исследована функция тазобедренного сустава у 120 (81,1%) больных после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава и 49 (52,7%) больных после однополюсного и биполярного эндопротезирования по поводу перелома шейки бедра. Функция тазобедренного сустава после тотального эндопротезирования оценивали по шкале W.H. Hams, которая предполагает оценку четырёх категорий - боль, функция, деформация, амплитуда движений. Отличная и хорошая функция тазобедренного сустава после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава по поводу перелома шейки бедра отмечена у 38 больных, удовлетворительная — у 79, неудовлетворительная — у 3.

При оценке функции тазобедренного сустава после однополюсного и биполярного протезирования использовали балльную систему оценки D'Aubigne М, в которой в качестве критериев отмечали боль, объём движений в суставе и способность к передвижению. Отличные и хорошие результаты в группе больных после однополюсного и биполярного эндопротезирования

отмечены у 27 больных, удовлетворительные - у 18, неудовлетворительные - у 4 без существенного различия между биполярным и однополюсным типами имплантатов. Внебольничная летальность в срок до 5 лет в группе больных после тотального эндопротезирования составила 12 (8,1%) человек, в группе после однополюсного эндопротезирования - 26 (28,0%) больных.

Установлено, что применение тотального и однополюсного варианта эндопротезирования тазобедренного сустава у лиц пожилого и старческого возраста при переломах шейки бедра позволяет восстановить функцию тазобедренного сустава, опорность конечности, снизить количество неблагоприятных исходов и летальность при данных повреждениях. Применение цементной фиксации компонентов протеза делает возможным раннюю нагрузку на конечность даже в условиях низкого качества костной ткани бедра и вертлужной впадины. Использование биполярной конструкции эндопротеза для протезирования проксимального отдела бедра не приводит к достоверно лучшим результатам по сравнению с однополюсным протезом.

Выводы

1. Экспериментально разработанная модель биомеханических параметров костной ткани по 30-ти образцам проксимального отдела бедра позволяет оценить индивидуальные механические свойства и структуру костной ткани.

2. Механические свойства и структура костной ткани различных отделов проксимального отдела бедра находятся в корреляционной зависимости от её оптической плотности.

3. Количественная оценка механических свойств костной ткани проксимального отдела бедра возможна и определена у 83-х больных путём цифрового анализа рентгенограмм с применением тарированного клина-эталона с последующей обработкой полученных данных специальным программным обеспечением.

4. Расположение, количество, усилия закручивания резьбовых фиксаторов при остеосинтезе шейки бедра зависят от напряжения разрушения губчатой костной ткани в зоне резьбы фиксаторов.

5. Результаты остеосинтеза шейки бедра резьбовыми фиксаторами с дозированным усилием их закручивания, рассчитанным по оптической плотности костной ткани, равным от 40 до 100 сНм, позволяют добиться снижения неблагоприятных исходов при переломах шейки бедра у лиц молодого и среднего возраста.

Практические рекомендации

Достоверные значения механических свойств и структуры костной ткани проксимального отдела бедра возможно получить при определении её оптической плотности.

Высокие уровни значения напряжения разрушения костной ткани проксимального отдела бедра в зоне расположения резьбы фиксаторов позволяют ограничиться тремя фиксаторами с произвольной зоной их расположения.

Строгое соблюдение усилия закручивания резьбовых фиксаторов при остеосинтезе шейки бедра возможно при использовании специального инструментария -динамометрических ключей измерительного и предельного типов.

Список опубликованных работ

1. Акулич А.Ю., Денисов A.C., Акулич Ю.В. Предоперационное определение прочности на срез губчатой кости головки бедра пациента // Пермский медицинский журнал. -2006. - Т. 23, JV» 5 - С. 6-14.

2. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов A.C., Подгаец P.M. Адаптационные процессы в кости после остеосинтеза шейки бедра упругими резьбовыми фиксаторами II Российский журнал биомеханики. - 2007. - Т.11, № 3 - С. 39-53.

3. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов A.C. Адаптационные изменения свойств костной ткани фрагментов кости после остеосинтеза шейки бедра жёсткими резьбовыми фиксаторами //Механика композиционных материалов и конструкции. - 2008. - Т. 14, № 3 - С. 313-331

4. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов A.C. Предоперационное определение индивидуальных физических характеристик губчатой костной ткани проксимального отдела бедра человека // Российский Журнал Биомеханики. - 2011. - Т.15, JY» 1(51). - С. 33-41.

5. АЛО. Акулич, Ю.В. Акулич, А. С. Денисов. Возможности аргументированного подхода к остеосинтезу шейки бедра резьбовыми фиксаторами с учётом механических и адаптационных свойств костной ткани // Гений ортопедии. - 2012. - JV» 2. - С. 22-26.

6. Ю.В. Акулич, А. Ю. Акулич, A.C. Денисов. Влияние количества и размеров резьбовых фиксаторов на адантационные изменения механических свойств губчатой костной ткани и усилие сжатия отломков после контролируемого остеосинтеза перелома шейки бедра //Российский журнал биомеханики. - 2012. - Т. 16, № 2. - С. 21-29.

7. Ю.В. Акулич, А.Ю. Акулич, П.А. Брюханов, A.C. Денисов. Контролируемое восстановление кортикальной костной ткани после лечения в аппаратах внешней фиксации // Известия Саратовского университета. Новая серия. Сер. Математика. Механика. Информатика. -2012. - Т. 11, № 2. - С. 50-59.

8. Устройство для остеосинтеза: пат. 2231990 Рос. Федерация / А.Ю. Акулич, Ю.В. Акулич, A.C. Денисов. № 2002134498; заявл. 20.12.2002; онубл. 10.07.2002. Бюл. № 19 - 3 с.

9. Устройство для остеосинтеза: пат. 58335 Рос. Федерация / А.Ю. Акулич, Ю.В. Акулич, A.C. Денисов. JV» 2006104252/22; заявл. 13.02.2006; опубл. 27.11.2006. Бюл. № 33 - Зс.

1. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов A.C., Подгаец P.M. Компьютерное моделирование изменения модуля упругости костной ткани головки бедра при изменении нагрузки на тазобедренный сустав // Российский Журнал Биомеханики. - 1999. — № 1. — С. 53-61 (англ.).

2. Акулич Ю.В., Денисов A.C., Няшин Ю.И., Подгаец Р.М, Акулич А.Ю. Компьютерный прогноз восстановления механических свойств костной ткани бедренной головки в процессе послеоперационной реабилитации // Всероссийская конференция по биомеханике. Пермь 2-4 июня 1999 года. Аннотации докладов. Пермь: Российский Журнал Биомеханики. - 1999. -№ 2. - С. 19.

3. Акулич Ю. В., Денисов A.C., Няшин Ю.И., Подгаец P.M., Акулич А.Ю. Исследования по биомеханике проксимального отдела бедра //Российский Журнал Биомеханики. - 2001. - Т. 5, №2. - С. 39-48 (англ.).

4. А.Ю. Акулич, Ю.В. Акулич, A.C. Денисов, Ю.И. Няшин, P.M. Подгаец, B.JI. Скрябин, A.B. Сотин Адаптационные свойства губчатой и плотной костных тканей человека // Восьмой Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Пермь 23-29 августа 2001 года. Аннотации докладов. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. г. Пермь, 2001, с. 30.

5. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов A.C. Биомеханика остеосинтеза шейки бедра упругими винтовыми имплантатами // Биомеханика 2004: тез. докл. VII всерос. конф., Нижний Новгород, 24 - 28 мая, 2004 г. - Нижний Новгород, 2004. - Т. 1. - С. 90.

6. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов A.C., Скрябин B.JL, Сотин A.B. Биомеханика восстановления костных тканей нижней конечности человека // IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике: тез. докл., Нижний Новгород, 22-28 авг., 2006 г. -Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского, 2006.-Т. 1.-С. 125.

7. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов A.C., Подгаец P.M., Скрябин В.Л., Сотин A.B. Биомеханика восстановления костных тканей бедра человека (лекция) // Биомеханика-2006: тез. докл. VHI Всерос. конф. по биомеханике. - Нижний Новгород. -2006. - С. 9-13.

8. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов A.C. Адаптационные изменения свойств костной ткани фрагментов кости после остеосинтеза шейки бедра жесткими и упругими резьбовыми фиксаторами //Биомеханика-2008: тез. докл. IX Всерос. конф. по биомеханике, Нижний Новгород, 20-24 мая. - 2008 г. - С. 149-150.

9. Акулич Ю.В. Акулич А.Ю., Денисов A.C. Индивидуальный остеосинтез шейки бедра резьбовыми фиксаторами // Биомеханика-2010: тез. докл. X Всерос. конф., Саратов, 16-22 мая, 2010 г. - Саратов: Изд.-во СГУ, 2010. - С. 21.

СПИСОК ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИХ СОКРАЩЕНИЙ АО — ассоциация остеосинтеза ВОЗ — всемирная организация здравоохранения кН — килоньютон

МПК - минеральная плотность кости

Н - ньютон

Нм - ньютонметр

сНм - сантиньютонметр

ЭОП - электронно-оптический преобразователь ОНБ — динамический бедренный винт кУ — киловольт

Подписано в печать 29.10.2012. Формат 60 х 90/16. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 2095/2012.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии издательства Пермского национального исследовательского политехнического университета. Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342) 219-80-33.

Актуальность проблемы.

Переломы проксимального отдела бедра превышают 70% всех переломов бедра [25, 55]. Конечно, подавляющее большинство таких повреждений падает на пожилой и старческий возраст, когда снижается минерализация костной ткани, особенно тех структур, где биомеханическая нагрузка происходит под значительным углом. Вместе с тем, в пожилом и старческом возрасте сформировалось практически единое мнение крупных клиник относительно хирургической тактики при переломах шейки бедра. У пожилых пострадавших (от 60 до 75 лет) выгоднее выполнить тотальное эндопротезирование проксимального отдела бедра, а в старческом возрасте возможно однополюсное, лучше биполярное протезирование, хотя в каждом конкретном случае допускается индивидуальное решение. Сроки сращения, жизнедеятельность имплантатов, осложнения эндопротезирования заставляют пристально взглянуть на особенности хирургического пособия в молодом и среднем возрасте. Вот где нет единого мнения, поэтому мы и попытались аргументировано отнестись именно к этой возрастной группе. Она не так малочисленна - 15-20% всех переломов шейки бедра происходит до 60-летнего возраста. Несмотря на активную хирургическую тактику, частота неудовлетворительных исходов в данной возрастной группе 4 составляет, по данным различных авторов, от 10 до 23% [33, 49, 91, 124].

Применение эндопротезирования тазобедренного сустава при свежих переломах шейки бедра (через 48-72 часа) позволяет избежать таких осложнений, как несращение перелома, ложный сустав шейки бедра, асептический некроз головки бедра. Действительно, результаты тотального эндопротезирования тазобедренного сустава по поводу перелома шейки бедра в первые два года в большинства случаев отличные и хорошие [33]. Однако, с течением времени уменьшается картина благополучия. При анализе отдалённых результатов бесцементного тотального эндопротезирования тазобедренного сустава лицам в возрасте до 60 лет частота возникновения только асептической нестабильности компонентов имплантата в сроки свыше 5 лет, требующая ревизионного хирургического вмешательства, превышает 40% больных [58]. Анализ исходов однополюсного эндопротезирования тазобедренного сустава по поводу перелома шейки бедра у лиц старческого возраста так же показал скромный уровень хороших и удовлетворительных результатов - 53-55% [29]. Таким образом, лечение больных с переломами шейки бедра остается одной из актуальных проблем современной травматологии, где с широким распространением эндопротезирования проблема не исчезла.

Целью настоящего исследования является повышение эффективности хирургического лечения переломов шейки бедра в молодом и среднем возрасте при использовании резьбовых фиксаторов с тщательным учетом 5 индивидуальных механических свойств губчатой костной ткани головки и шейки бедра.

Задачи исследования.

1. Разработать математическую модель биомеханических параметров проксимального отдела бедра. Оценить механические свойства различных отделов головки и шейки.

2. Разработать в эксперименте и в клинике методику количественной оценки индивидуальных значений механических свойств костной ткани у пострадавших с переломами проксимального отдела бедра.

3. Рассчитать рациональное расположение резьбовых фиксаторов и установить адекватное механическое усилие их закручивания.

4. Сравнить эффективность аргументированного закручивания фиксаторов с вариантом произвольных неконтролируемых усилий.

Положения, выносимые на защиту.

1. Математическое моделирование механических свойств и структуры костной ткани проксимального отдела бедра позволяет достоверно изучить указанные свойства у пострадавших с переломами шейки бедра.

2. Предложенная методика цифрового анализа рентгенограмм тазобедренного сустава даёт возможность определить оптическую плотность костной ткани проксимального отдела бедра и по ней рассчитать оптимальные возможности механических усилий, прилагаемых к проксимальному отделу бедра.

3. Учёт индивидуальных значений прочности и структуры губчатой кости проксимального отдела бедра является одним из решающих аргументов предоперационного планирования расположения, количества и усилия закручивания резьбовых фиксаторов при остеосинтезе шейки бедра.

4. Применение резьбовых имплантатов со строго дозированным усилием закручивания фиксаторов специальным инструментарием измерительного и предельного типов при остеосинтезе переломов шейки бедра позволяет снизить количество неблагоприятных исходов данного повреждения.

Научная новизна.

Разработана математическая модель механических параметров костных структур проксимального отдела бедра.

Предложена методика цифрового анализа рентгенограмм тазобедренного сустава, позволяющая определить индивидуальные механические свойства костной ткани у пострадавших с переломами шейки бедра.

Разработан способ определения рационального расположения и усилия закручивания фиксаторов в зависимости от механических свойств костной ткани при остеосинтезе шейки бедра.

Разработана методика остеосинтеза шейки бедра резьбовыми фиксаторами с дозированным усилием их закручивания при учёте структуры и механических свойств костной ткани головки и шейки бедра.

Научная новизна проведенных исследований защищена патентами Российской Федерации № 2231990 от 10 07 2004 г. на изобретение «Устройство для остеосинтеза», № 58335 от 27 11 06 г. на полезную модель «Устройство для остеосинтеза». Результаты работы удостоены диплома и серебряной медали У1-го Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 7-10 февраля 2006 г).

Практическая значимость.

Исследование механических свойств и параметров структуры губчатой кости проксимального отдела бедра позволит аргументировано, просто и быстро выбрать способ хирургического пособия при переломе шейки бедра. Разработанная методика остеосинтеза переломов шейки бедра с использованием жёстких резьбовых имплантатов дозированного момента закручивания с учетом индивидуальных значений механических свойств и структуры губчатой костной ткани проксимального отдела бедра позволяет снизить количество неблагоприятных исходов данных повреждений. Разработанные методики внедрены в практику работы клиники травматологии и ортопедии ПГМА на базе МСЧ № 9, полученные результаты исследований используются в учебных программах для студентов старших курсов, клинических интернов, ординаторов, аспирантов и на циклах усовершенствования врачей кафедры травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии Пермской государственной медицинской академии. Тема охраноспособна.

Апробация работы.

Основные положения исследования изложены в 18 печатных работах, патенте Российской Федерации № 2231990 от 10 07 2004 г. на изобретение «Устройство для остеосинтеза», патенте Российской Федерации № 58335 от 27 11 06 г. на полезную модель «Устройство для остеосинтеза», доложены на Международном симпозиуме «Эндопротезирование крупных суставов» (Москва, 2000), VII Всероссийской конференции по биомеханике (г. Нижний Новгород, 2004), VIII Всероссийской конференции по биомеханике (г. Нижний Новгород, 2006), Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине-2006» (Саратов, 2006), VI международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2006 г), IX Всероссийской конференции по биомеханике (г. Нижний Новгород, 2008), научной сессии Пермской государственной медицинской академии (г. Пермь, 2011), Междисциплинарном симпозиуме Пермской государственной медицинской академии и Пермского национального исследовательского политехнического университета (г. Пермь, 2011), краевой конференции травматологов-ортопедов «Принципы лечения метафизарных переломов длинных трубчатых костей» (г. Пермь, 2011).

Объём работы.

Работа состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, представлена 49 рисунками и схемами, 21 таблицей. Список изученной литературы по теме диссертации включает 126 источников, из них: 82 - отечественных авторов, 42 - иностранных, 2 -электронных ресурса.

выводы

1. Экспериментально разработанная модель биомеханических параметров костной ткани по 30-ти образцам проксимального отдела бедра позволяет оценить индивидуальные механические свойства и структуру костной ткани проксимального отдела бедра.

2. Механические свойства и структура костной ткани различных отделов проксимального отдела бедра находятся в корреляционной зависимости от её оптической плотности

3. Количественная оценка механических свойств костной ткани проксимального отдела бедра возможна и определена у 83-х больных путём цифрового анализа рентгенограмм с применением тарированного клина-эталона с последующей обработкой полученных данных специальным программным обеспечением.

4. Расположение, количество, усилия затягивания резьбовых фиксаторов при остеосинтезе шейки бедра зависят от напряжения разрушения губчатой костной ткани в зоне резьбы фиксаторов.

5. Результаты остеосинтеза шейки бедра резьбовыми фиксаторами с дозированным усилием их закручивания, рассчитанным по оптической плотности костной ткани, равным от 40 до 100 сНм, позволяют добиться снижения неблагоприятных исходов при переломах шейки бедра у лиц молодого и среднего возраста.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Достоверные значения механических свойств и структуры костной ткани проксимального отдела бедра возможно получить при определении её оптической плотности.

Высокие уровни значения напряжения разрушения костной ткани проксимального отдела бедра в зоне расположения резьбы фиксаторов позволяют ограничиться тремя фиксаторами с произвольной зоной их расположения.

Строгое соблюдение усилия закручивания резьбовых фиксаторов при остеосинтезе шейки бедра возможно при использовании специального инструментария - динамометрических ключей измерительного и предельного типов.